含高比例新能源主配网的紧急减载方法与流程

本发明属于电力配网系统。

背景技术：

1、近年来光伏发电技术已经逐步趋于成熟和完善，集中式光伏的并网容量逐渐增大，这也对加强电网调度管理水平提出了新的要求，但由于并网电压等级低，调度并未完全掌握其运行信息，对分布式新能源运行的风险感知能力仍存在不足,对电网调度运行方式安排产生影响和冲击，对电网运行带来极大的安全隐患。当电网出现故障造成受端电网出现大量功率缺额时，系统风险将急剧下降，某些区域的电压也会大幅跌落，严重影响电力系统的稳定性，极端情况下还可能出现大面积停电。紧急减负荷控制作为电力系统第三道防线，是应对电网严重故障和紧急状态的重要技术措施，也是保障大电网安全稳定运行的重要技术手段之一。其中，如何对含高比例光伏的主配网进行分层精准负荷控制是当前非常受关注的热点问题。

2、目前，传统切负荷策略主要是根据特定的阈值和预定义的切负荷量断开某些已经选定好的馈线或者馈线组合来达到恢复电网安全的目的。这也导致传统切负荷策略对系统运行方式适应性较差，不管电网遇到哪种类型严重故障，所求解出的切负荷量和切负荷地点都是固定的。面对高比例新能源主配网，传统切负荷策略并没有充分考虑分布式新能源对电网紧急状态下切负荷的影响，必须要结合各类电网可控资源，制定更为合理的切负荷策略。

技术实现思路

1、本发明的目的是构建的配电网精细化切负荷模型可以尽可能的少切含有高比例分布式光伏和重要负荷的馈线，提高电网的经济性和安全性，最终达到电网恢复稳定的含高比例新能源主配网的紧急减载方法。

2、本发明的步骤是：

3、s1、构建高比例新能源主配网风险评估体系

4、①节点电压越限风险指标为：

5、

6、

7、式中：rv,i(t)表示为t时刻节点i的电压越限运行风险指标值；nv,i(t)表示为t时刻节点i的电压状态数；ev,k(t)表示为t时刻节点i第k个电压状态的电压越限严重程度；v，vmax和vmin分别表示为t时刻电压值及电压标幺值的上、下限；p(sv,k)表示为第k个电压状态的概率；

8、②线路功率越限风险指标为：

9、

10、

11、式中：rp,l(t)表示为t时刻线路l的功率越限运行风险指标值；np,l(t)表示为t时刻线路l的电压状态数；ep,m(t)表示为t时刻线路l第m个电压状态的功率越限严重程度；ll为线路l的实际有功功率与额定有功功率的比值；p(sp,m)表示为线路l第m个功率状态的概率；

12、③光伏消纳风险指标：

13、

14、式中：rpv表示为含高比例分布式光伏的主配网光伏消纳运行风险指标值；sn表示为分布式光伏装机容量；qmax为电网峰值负荷；

15、④电网平衡风险指标：

16、

17、式中：rq表示为含高比例分布式光伏的主配网平衡风险指标值；qlose表示损失负荷；q表示为电网总负荷；

18、⑤将上述的电网运行风险进行归一化处理后，采用pca方法对原风险指标变量进行变换形成互相独立的主成分：

19、a、对计算所得风险指标数据进行标准化处理,消除其量纲，得到标准化风险指标矩阵b＝[xm",i"]h×k＝[b1,b2,…,bk]，其元素bm″,i″为：

20、

21、式中：xm″,i″[m"＝1,2,…,h；i"＝1,2,…k]为第m"个场景下第i"个风险指标计算值，h为待评价场景的数量，k为风险指标评价；为指标计算值均值；si"为指标计算值标准差；经标准化处理后，e(bi")＝0且d(bi")＝1；

22、b、根据标准化后的风险指标矩阵b，计算经z-score法处理后的相关系数矩阵rk×k，由于相关系数矩阵与协方差矩阵相等，且rk×k为正定矩阵，计算rk×k的q个特征值λ1≥λ2≥…≥λq”≥0及其对应的特征向量u1、u2、…、uq，q个特征值对应的规范正交特征向量矩阵为aq×k，则主成分矩阵y＝[y1,y2,…yq]t为：

23、y＝abt                                  (8)

24、c、主成分yi(i＝1,2,…,q)对应的特征值λi为该主成分的方差，则定义主成分yi的方差在总方差中的占比为贡献率vi，用以反映原有k个风险评价指标的综合能力；由于λ1≥λ2≥…≥λq，得v1≥v2≥…≥vq，主成分y1的贡献率最大，定义累积贡献率y为前k'个主成分的总综合能力：

25、

26、

27、d、综合风险评估指标结果f由上述k'个主成分的线性叠加得到：

28、f＝v1y1+v2y2+…+vk'yk'                   (11)；

29、s2、提取电网极端运行参数通过风险评估得出紧急运行场景集

30、影响线路故障后果严重度的指标

31、①支路开断脆弱指标：

32、定义基于潮流转移熵的支路开断脆弱指标为：

33、

34、式中：flk表示线路l断开对线路n的潮流转移熵；

35、②节点电压偏移指标：

36、线路k故障切除后，网络节点电压总偏移量为

37、

38、中：j为系统节点数；和分别为i故障切除前后节点i的电压；

39、③电气结构重要度指标：

40、对一个n节点的电力网络，定义电网的电气连接度为所有支路的等效阻抗之和：

41、

42、式中，zij是网络节点阻抗矩阵第i行第j列元素；

43、支路k的电气结构重要度定义为：

44、

45、式中，zg-k为移除支路k后电网电气连接度；的值越大，说明移除支路k后系统节点对间的电气距离越大，电网鲁棒性越差，系统受到的影响越大，表明支路k越重要；

46、s3、构建主网层双目标切负荷优化模型：

47、a、目标函数：

48、①配电网切负荷量最小，公式如下：

49、

50、式中：nl表示为负荷总数，plj为节点j负荷量，δclj为节点j需要切的负荷比例；

51、②电网综合风险最小，公式如下：

52、f2＝arv,i(τ)+brp,l(τ)+crpv+drq              (17)

53、式中：rv,i表示为节点电压越限风险指标值，rp,l为线路功率越限风险指标值，rpv为光伏消纳风险指标值，r为电网平衡风险指标值；

54、q

55、b、约束条件：

56、①网络约束

57、ⅰ、负荷节点电压约束：

58、vi,min≤vi≤vi,max                     (18)

59、ⅱ、线路安全约束：

60、pl,min≤pl≤pl,max                      (19)

61、式中：pl表示为注入馈线l的功率；

62、②主网火电机组运行约束

63、ⅰ、负荷节点电压约束：

64、pg,min≤pg≤pg,max                 (20)

65、ⅱ、火电机组节点电压约束：

66、vn,min≤vn≤vn,max                   (21)

67、③切负荷量约束：

68、δpmin≤δp≤δpmax                  (22)

69、s4、构建主网层离线随机森林模型

70、①对离线数据库中的样本集进行有放回的抽样，构建子数据集；

71、②将子数据集中的不同风险指标值作为输入特征x，各配电网的切负荷量作为输出结果y。利用子数据库中的输入特征x构建子决策树，通过信息增益从输入特征属性中选择出该节点的分裂属性，提高子决策树的性能从而能够更好的提升随机森林的整体性能；不断重复分裂过程，直到某节点选出的分裂属性是上次分裂使用过的属性时，分裂结束，子决策树构建完成；③重复上述①、②两个过程，得到n个子数据集和对应的子决策树模型从而构成随机森林模型；

72、s5、将可中断负荷参与减载作为切负荷第一轮次

73、可切系数用于同级可中断负荷的选择

74、gj＝γ1kj+γ2nj+γ3cj                 (23)

75、st.γ1+γ2+γ3＝1                           (24)

76、式中：γ1,γ2,γ3分别为丢包率，可中断负荷节点度数，被控次数的权重系数；kj,nj,cj分别为可中断负荷j的进行归一化处理后的丢包率，可中断负荷节点度数及被控次数的状态值；gj为可中断负荷j的可切系数，可切系数越小，表示该负荷参与切负荷动作的优先级越高；

77、s6、确定配网各馈线重要度并构建配网最优切负荷模型

78、在电网中节点度数表达式为：

79、

80、式中：di表示传统的节点度数即与该节点相邻的节点数，表示该系统的平均节点度数，dj表示与节点j相邻节点的节点度数；

81、改进的节点度数表达式为：

82、

83、式中：αi表示该节点负荷等级的加权系数，βi表示该节点光伏占比的加权系数，si表示节点i的视在功率，sj表示与节点i相邻节点的视在功率；

84、选出馈线重要度最小的馈线或者馈线组合作为目标函数

85、

86、约束条件：

87、

88、式中：xi为配网选择的馈线或者馈线组合，pi为所选馈线或馈线组合负荷量，δptot为需要切的总负荷量，n为所有馈线数量。

89、本发明提出的面向高比例分布式光伏主配网的紧急切负荷策略能够充分利用用户侧快速响应可控资源，将可中断负荷参与减载作为切负荷第一轮次，在电网降低运行风险的同时保证电网运行风险及各类运行参数不会因为切负荷量太大而突变。本发明构建的配电网精细化切负荷模型可以尽可能的少切含有高比例分布式光伏和重要负荷的馈线，提高电网的经济性和安全性，最终达到电网恢复稳定的目的。当含高比例新能源主配网遇到严重紧急故障时，能够精准地求解出最优切负荷地点和切负荷量。