一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法

本发明涉及电力系统规划领域，尤其是涉及一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法。

背景技术：

1、近年来，高比例新能源接入下电力系统频率安全问题日益显著，频率事件初期由于惯性资源不足或分布不合理导致频率下降过快是影响频率安全的重要因素。现有的计及频率安全的规划优化方法多采用集中式建模方式，忽略了系统惯量响应空间差异。在电力系统发生大扰动事故时，扰动初期频率下降速度与系统惯量分布紧密相关，惯量资源分布情况及网络线路结构情况均会对电力系统分布式惯量响应产生影响。因此，需要构建一种节点惯量薄弱性评估方法，对电力系统分布式惯量支撑能力进行描述。

2、电力系统惯量响应不仅受限于电源结构、机组容量，同时输电容量及网络拓扑会限制电源开机方式，间接影响系统惯量支撑能力，荷侧旋转装置及虚拟惯性装置会直接影响系统惯量水平。已有的规划模型未考虑源网荷资源对提升系统惯量响应能力的协同贡献，且未考虑扰动源概率分布情况，常采用n-1原则确定扰动量大小，考虑不够全面。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，考虑更加全面，求得规划方案更具有经济性且更符合实际。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，包括以下步骤：

4、步骤1)获取年负荷和新能源出力数据，并采用基于综合类直径的改进负荷-新能源场景缩减有序聚类模型对数据进行聚类，形成代表日场景数据集；

5、步骤2)考虑扰动源不确定性，构建计及扰动源概率分布的节点rocof计算模型；

6、步骤3)基于节点rocof计算模型确定节点rocof越限概率和节点rocof期望，构建节点惯量薄弱性评估模型；

7、步骤4)确定源网荷各侧参与资源及其基本规划约束条件，构建源网荷协调扩展规划模型；

8、步骤5)以代表日场景数据集作为源网荷协调扩展规划模型的输入，确定惯量资源建设约束及线路建设约束，利用节点惯量薄弱性评估模型对规划方案的节点进行评估，根据评估结果迭代优化求解规划方案，直至输出最优源网荷协调扩展规划方案。

9、所述步骤1)包括以下步骤：

10、步骤1-1)获取年负荷和新能源出力数据，并设定割点范围；

11、步骤1-2)采用基于综合类直径的改进负荷-新能源场景缩减有序聚类模型生成最优负荷切割方案；

12、步骤1-3)基于最优负荷切割方案生成新能源初步场景集；

13、步骤1-4)计算场景集内新能源出力在不同分割点下与原始质心的距离；

14、步骤1-5)根据与质心之间的距离对出力数据进行分组，并根据分组后数据重新计算质心；

15、步骤1-6)判断质心距离是否小于预配置的阈值，若是，则根据分组的出力数据和负荷数据确定新能源最终聚类结果，形成代表日场景数据集，若否，则更新质心，并返回步骤1-5)。

16、所述基于综合类直径的改进负荷-新能源场景缩减有序聚类模型为：

17、

18、式中，将n个有序样本分为k类，第g类样本组包括样本{xi,xi+1,…,xt,…xj}；表示第g个样本组对应的样本均值；表示第g个样本组对应的样本均值趋势度；d(i,j)表示第g个样本组对应的综合类直径；l[(b(n,k))]表示将n个样本数据分为k类的一种分法；p(n,k)表示在前述分类法下使得l[(b(n,k))]最小的一种最优解。

19、所述扰动源概率分布表示为：

20、

21、式中：指元件k1的工作情况；0代表正常工作；1代表发生故障；表示其发生故障的概率；rk1是对应元件k1抽取的随机数。

22、所述计及扰动源概率分布的节点rocof计算模型为：

23、

24、式中，δpi表示惯量节点i分配到的扰动功率大小；mik为惯量节点i和扰动节点k之间的同步功率系数；ei为惯量节点i电压；uk为扰动点k电压；bik和δik分别为惯量节点i与扰动节点k间的电纳和初始角度差；表示离散分布故障扰动源k1最大值；表示连续分布故障扰动源k2最大值；m1表示离散分布故障扰动源数目；m2表示连续分布故障扰动源数目；kik表示惯量节点i与扰动节点k之间的功率分配系数。

25、所述节点惯量薄弱性评估模型为：

26、

27、式中，γi表示节点i的rocof越限概率；δi表示节点i的rocof期望值；wγ、wδ、分别表示rocof越限概率及rocof期望值的权重系数；表示节点irocof超越临界值的次数；表示扰动模拟总次数；ji和bj表示将rocof分类的区间数目和区间长度；rmj表示区间j内rocof中间值。

28、所述源网荷协调扩展规划模型的优化目标函数为：

29、

30、式中，t、k、h分别为规划年，场景日，日内每小时的索引；g、r、e、l分别为待建火电机组、待改造小火电机组、待建储能装置、待建建线路索引；ω表示各资源对应的集合；cinv和为待投建或改造元件的整体成本及等年值成本；κt表示现市值系数；drate表示贴现率；pk、dk表示场景k发生概率及所对应的天数；分别表示火电机组、储能装置、风电机组每小时出力；表示风电机组预测出力；yt表示元件是否投建的0-1变量；utkh表示每小时装置启停状态的0-1变量。

31、所述源网荷协调扩展规划模型的基本约束条件为：

32、

33、式中，m、s分别表示送端节点和受端节点索引；d表示节点原有装置索引；xl为线路l的电抗；m为一个较大常数值；plmax为线路l的潮流上限；el表示已有线路集合；cl表示待选线路集合；和分别为线路l的送端节点与受端节点的相角；和分别表示节点b的相角与其上下限；分别表示机组g的出力上下限值；eg、cg分别表示已有发电机组和新建发电机组的集合；表示风电场w的预测出力；mceh为储能系统e在时段h的充电功率倍数；和分别为mceh的上下限值；mdeh为储能装置系统e在时段h的放电功率倍数；和为mdeh的上下限值；eeh为储能系统e在时段h的电量；和分别为eeh的上下限值；ee0和eet分别为场景始末储能系统e的电量。

34、所述惯量资源建设约束为：

35、

36、式中，ωi表示节点i待建或待改造惯量资源集合；ωg表示所有节点待建或待改造惯量资源集合；分别为待建发电机组，待改造小火电机组，待建储能装置的惯性时间常数；

37、所述线路建设约束为：

38、

39、式中，ξt,max、χt,max分别表示在第t规划年，系统中所有节点的电气耦合度最大值和距扰动源电气距离最大值；zii、zjj分别表示节点i和节点j的自阻抗；zij表示节点j与节点j的互阻抗。

40、所述步骤5)包括以下步骤：

41、步骤5-1)以代表日场景数据集作为源网荷协调扩展规划模型的输入，同时输入其他初始信息；

42、步骤5-2)确定惯量资源建设约束及线路建设约束，

43、步骤5-3)根据初始信息以及节点惯量薄弱性评估模型中的控制因子，在满足源网荷协调扩展规划模型约束条件下求解系统扩展规划方案，并更新系统网络信息和惯量资源信息；

44、步骤5-4)利用节点惯量薄弱性评估模型对规划方案的节点进行评估；

45、步骤5-5)判断是否所有节点均满足评估要求，若是，则转步骤5-6)，否则，对不满足评估要求的节点上调控制因子，并返回步骤5-3)重新求解系统扩展规划方案；

46、步骤5-6)判断迭代次数是否达到预配置的值，若是，转步骤5-7)，否则，记录本次求解结果至可行解库，并上调控制因子，返回步骤5-3)重新求解系统扩展规划方案；

47、步骤5-7)从可行解库中抽取最优方案，输出最优源网荷协调扩展规划方案。

48、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

49、(1)本发明采用基于综合类直径的负荷-新能源场景缩减方法，可以在保证聚类效果的基础上减少聚类场景数，减少后续规划中的计算规模；

50、(2)本发明考虑扰动源不确定性可以计及扰动发生中的随机因素，使得模拟结果更加贴合实际，更适于高比例新能源接入的应用场景；

51、(3)本发明对节点惯量薄弱性进行评估，可以充分考虑不确定性扰动源，网络拓扑对节点惯量支撑能力影响，可以定量刻画系统分布式惯量响应水平，可以应用于不同规划方案的分布式惯量支撑能力评估。

52、(4)本发明将节点惯量薄弱性评估嵌入源网荷协同规划模型中，可以协同优化源网荷各侧惯量资源，提高规划方案的分布式惯量响应能力，降低大扰动下rocof越限风险。