一种地区电网新能源承载能力的评估方法及系统与流程

本发明属于新能源消纳领域，尤其涉及一种地区电网新能源承载能力的评估方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源接入规模不断增大，为了限制短路电流，避免电磁环网运行风险，我国地区电网己逐步形成以500kv变电站为中心，以次输电网和高压配网为主干网架，分层分区运行的基本格局。《电力系统安全稳定导则》(gb38755)也指出：随着高电压等级电网的建设，低电压等级电网应逐步实现分区运行，相邻分区之间保持互为备用，按照电网电压等级和区域供电范围，形成合理的分层分区。

2、地区电网具备高一级电压等级线路所构成的骨干网架，且需足够变电容量以满足新能源下送的疏散和消纳需求。但目前对新能源承载能力的评估大都忽略了待评估电网的多电压层级结构或仅以升/降压变电站容量约束表征其他层级电网的影响效果，难以分析地区电网内部输变电设备容量利用率、上/下层电网潮流转移能力等因素对新能源承载能力的制约；易造成评估结果过于乐观，难以保证新能源接入下的系统安全。

3、公开号为cn109687521a的现有技术公开了一种地区电网接纳新能源能力的评估方法，该评估方法仅以变电站和低压线路允许容量表征网架结构信息；公开号为cn113381456a的现有技术公开了一种电力系统新能源承载能力评估方法及系统，该评估方法同样仅考虑了输电线路的传输容量，未分析多电压层级结构对地区电网承载能力的制约影响。

4、同时，现有技术中评估方法存在建模复杂、计算量大的限制，虽已有研究通过层次分析等方法对新能源承载能力制约因素的提出了相应的改进建议，但仍存在主观性较强，无法分析区间型指标的问题，可能会造成关键信息淹没，评估结果可信度较差问题，未能解决面向分层分区地区电网在多场景下的评估需求及其带来的新能源消纳问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种地区电网新能源承载能力的评估方法及系统。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种地区电网新能源承载能力的评估方法，所述地区电网为以500kv变电站为中心的、以次输电网和高压配网为主干网架的以及分层分区运行的区域电网，所述方法包括：

4、构建地区电网新能源承载能力评估体系以及新能源消纳场景集；所述评估体系以地区电网新能源承载能力为目标层，并以用于评价地区电网新能源发电特性的第1一级指标、用于评价地区电网网架结构的第2一级指标、用于评价地区电网负荷特性的第3一级指标、用于评价地区电网调峰资源特性的第4一级指标和用于评价地区电网安全稳定约束的第5一级指标为目的层，且以目的层各一级指标下的二级指标为评估体系的指标层；所述新能源消纳场景集包括若干场景；

5、根据所建立的评估体系，采用模糊层次分析法分别获取地区电网在新能源消纳场景集中每一场景下的承载能力评分，取评分中的最小值为地区电网的承载能力最终评分，以最终评分实现对地区电网新能源承载能力的评估。

6、进一步地，所述第1一级指标下的二级指标包括新能源出力波动率二级指标和新能源出力同时率二级指标；

7、所述第2一级指标下的二级指标包括线路重载/轻载率二级指标、主变重载/轻载率二级指标和功率转移支撑强度二级指标；

8、所述第3一级指标下的二级指标包括电网负载率二级指标和日负荷峰谷差率二级指标；

9、所述第4一级指标下的二级指标包括调峰约束下新能源渗透率二级指标；

10、所述第5一级指标下的二级指标包括短路电流校验二级指标、频率偏差校验二级指标和电压校验二级指标。

11、进一步地，所述场景包括冬季负荷高峰重载稳态运行工况、冬季负荷高峰重载重要线路及主变n-1工况、冬季负荷高峰保供稳态运行工况、冬季负荷高峰保供重要线路及主变n-1工况、夏季负荷高峰重载稳态运行工况、夏季负荷高峰重载重要线路及主变n-1工况、夏季负荷高峰保供稳态运行工况、夏季负荷高峰保供重要线路及主变n-1工况、负荷低谷重载稳态运行工况和负荷低谷重载重要线路及主变n-1工况。

12、进一步地，采用模糊层次分析法分别获取地区电网在每一场景下的承载能力评分包括如下步骤：

13、1)、分别获取地区电网在新能源消纳场景集中每一场景下的潮流数据，计算评估体系对应各场景的二级指标值；

14、2)、计算评估体系对应各场景的目的层综合权重矩阵；

15、3)、将评估体系指标层中各二级指标按对其新能源承载能力作用效果进行划分，其中新能源出力波动率、线路重载/轻载率、主变重载/轻载率、功率转移支撑强度和日负荷峰谷差率划分为制约型指标；电网负载率、新能源出力同时率和调峰约束下新能源渗透率划分为效益型指标；短路电流校验指标、频率偏差校验指标、电压校验指标划分为安全校验类别指标；

16、4)、设置评估体系指标层评语集；其中，制约型指标以及效益型指标中各二级指标的评语集采用优、中和差三个评语等级，安全校验类别指标中各二级指标的评语集采用合格和不合格两个评语等级；

17、5)、任选一场景，分别计算制约型指标、效益型指标以及安全校验类别指标在所选场景下的对应评语集中各评语等级的隶属度以及各评语等级的评分；

18、6)、根据计算得到的隶属度和评分，分别计算评估体系对应所选场景的各二级指标模糊评分，由此形成评估体系对应所选场景的目的层模糊评分矩阵；

19、7)、根据评估体系对应所选场景的目的层模糊评分矩阵以及评估体系对应所选场景的目的层综合权重矩阵，计算地区电网在所选场景下的承载能力评分：

20、8)、重复步骤5)～步骤7)直至获取地区电网在所有场景下的承载能力评分。进一步地，所述目的层综合权重矩阵表示为：

21、ji＝(ji1,...,jih)t

22、式中，ji为目的层第i一级指标的综合权重矩阵；i＝a,b,c,d,e分别表示目的层第1到第5一级指标；ji1,...,jih分别为目的层第i一级指标下第1个～第h个二级指标的权重，ji1,...,jih通过利用熵权法修正目的层一级指标下第1个～第h个二级指标值，并采用几何平均法对修正后的二级指标值进行归一化处理得到。

23、进一步地，效益型指标对应评语集中各评语等级的隶属度采用如下隶属度函数计算：

24、

25、

26、

27、式中，为效益型指标o对应评语等级k的隶属度，k＝1,2,3分别对应表示评语等级为差、中、优，o＝1,2,3分别对应表示效益型指标中电网负载率、新能源出力同时率、调峰约束下新能源渗透率；xo为效益型指标o对应的二级指标值；b1、b2和b3分别为效益型指标对应隶属度为1时差、中、优的指标数值；

28、效益型指标对应评语集中各评语等级的评分规则如下：

29、

30、式中，效益型指标对应评语集中评语等级差的评分f1＝60；

31、效益型指标对应评语集中评语等级中的评分为f2＝80；

32、效益型指标对应评语集中评语等级优的评分为f3＝100。

33、制约型指标对应评语集中各评语等级的隶属度采用如下隶属度函数计算：

34、

35、

36、

37、式中，为制约型指标o对应评语等级k的隶属度，k＝1,2,3分别对应表示评语等级为优、中、差，o＝4,5,…,8分别对应表示制约型指标中新能源出力波动率、线路重载/轻载率、主变重载/轻载率、功率转移支撑强度、日负荷峰谷差；xo为制约型指标o对应的二级指标值；b1、b2和b3分别为制约型指标对应隶属度为1时优、中、差的指标数值。

38、制约型指标对应评语集中各评语等级的评分规则如下：

39、

40、式中，制约型指标对应评语集中评语等级优的评分为f1＝100；

41、制约型指标对应评语集中评语等级中的评分为f2＝80；

42、制约型指标对应评语集中评语等级差的评分为f3＝60；

43、安全校验型指标对应评语集中各评语等级的隶属度采用如下隶属度函数计算：

44、

45、式中，为安全校验型指标i对应评语等级k的隶属度，k＝3,4分别对应表示评语等级为合格、不合格，o＝9,10,11分别对应表示安全校验型指标中短路电流校验指标、频率偏差校验指标、电压校验指标；xo为效益型指标o对应的二级指标值；b0、b4分别为制约型指标对应隶属度为1时合格、不合格的指标数值。

46、安全校验类别指标对应评语集中各评语等级的评分规则如下：

47、

48、式中，安全校验型指标对应评语集中评语等级合格的评分为f1＝100；

49、安全校验型指标对应评语集中评语等级不合格的评分为f2＝-∞。

50、进一步地，所述二级指标模糊评分的计算公式为：

51、

52、式中，fdo为二级指标o对应的模糊评分；o＝1,2,…,11分别对应表示效益型指标中电网负载率、新能源出力同时率、调峰约束下新能源渗透率、制约型指标中新能源出力波动率、线路重载/轻载率、主变重载/轻载率、功率转移支撑强度、日负荷峰谷差以及安全校验型指标中短路电流校验指标、频率偏差校验指标、电压校验指标；为二级指标o对应评语为k的隶属度；fo,k为二级指标o对应评语等级k的评分。

53、进一步地，所述目的层模糊评分矩阵表示为：

54、fdi＝(fdi1 fdi2,…,fdih)t

55、式中，fdi为目标层第i一级指标的模糊评分矩阵；i＝a,b,c,d,e分别表示目的层的第1到第5一级指标；fdi1,fdi2,...,fdih分别为目的层第i一级指标下二级指标1，2，...，h的模糊评分；

56、所述地区电网的承载能力评分采用如下公式计算得到：

57、

58、式中，fnet为地区电网的承载能力评分；ji和fdi分别为目标层第i一级指标的综合权重矩阵和模糊评分矩阵，i＝a,b,c,d,e分别表示目的层的第1到第5一级指标。

59、进一步地，所述第1一级指标中的新能源出力波动率二级指标，定义为新能源出力的方差标幺值，计算式为

60、

61、式中，sos为新能源出力波动率；pn(t)为典型日t时刻的新能源发电出力；png为新能源发电的平均功率；t表示典型日中某一时刻所对应的基准时间间隔数；n为典型工况下新能源发电出力采样总次数；

62、所述第1一级指标中的新能源出力同时率二级指标，定义为新能源机组日最高发电出力与新能源机组总装机容量之比，计算式为

63、

64、式中，ssc为新能源出力同时率；p(t)为为典型日t时刻的新能源发电出力；pn为新能源装机额定容量；

65、所述第2一级指标中的线路重载/轻载率二级指标，用于衡量地区电网潮流分布的不均衡程度和网架利用效率，定义为：

66、

67、式中，gl为线路重载/轻载率；lz为线路重载/轻载系数；lm为线路重载/轻载的条数，m＝1,2分别对应表示重载线路条数和轻载线路条数；nl为线路总条数；sz,p为线路z的负荷容量p，p＝1,2分别对应表示线路最大和最小负荷；sz,n为典型工况下线路z的额定容量；

68、所述第2一级指标中的主变重载/轻载率二级指标，计算式为

69、

70、式中，gt为主变重载/轻载率；lt为主变重载/轻载系数；ny为主变重载/轻载变压器数量；y＝1,2分别对应表示重载/轻载的条数；n2为变压器总个数；pt,g为主变t的负荷容量g，g＝1,2分别对应表示主变最大和最小负荷；st,n为典型工况下主变t的额定容量；

71、所述第2一级指标中的功率转移支撑强度二级指标，定义为互联地区电网间关键通道分别发生故障后，潮流转移通道的功率与断面功率极限之比，该二级指标反映关键通道发生故障后，潮流转移至上一层通道或其他通道的能力，表征上层或其他互联通道在n-1下的支撑能力，表达式为：

72、

73、式中，ktrans为地区电网的平均潮流转移能力；kac,dc为地区电网的潮流转移能力；kac,dc,w为地区电网第w条关键通道的潮流转移能力，w地区电网关键通道的序号，w＝1,...,r,r为地区电网关键通道的总数；δp为功率转移量；pac0为故障发生前潮流转移通道的功率；paclimit为潮流转移通道的输送功率极限；

74、所述第3一级指标中的电网负载率二级指标，定义电网负载率为电网平均负荷与最大负荷的比值，该值越接近于0，则表明电网负荷均衡性越差，地区电网新能源承载能力越弱，表达式为：

75、

76、式中，llr为电网负载率；pp为监测时间内电网的平均负荷；pmax为监测时间内电网的最大负荷；

77、所述第3一级指标中的日负荷峰谷差率二级指标，定义日最大负荷与最小负荷之差与日最大负荷的比值，该值越接近于1，则表明电网负荷峰谷差越大，地区电网新能源承载能力越弱，表达式为：

78、

79、式中，lfr为日负荷峰谷差率；pmin为监测时间内电网的最小负荷；pmax为监测时间内电网的最大负荷；

80、所述第4一级指标中的调峰约束下新能源渗透率二级指标，表达式为：

81、

82、式中，ppv为调峰约束下新能源渗透率；plmax为地区电网高峰负荷；ptr为联络线路的传输功率；ρ为弃风弃光率；pren,max为负荷低谷时新能源最大出力；a为火电机组最小出力率；pgmin为火电机组最小出力；

83、所述第5一级指标中的短路电流校验二级指标，定义地区电网发生短路故障时，局部短路电流与断路器的遮断容量之差的归一化值，表达为:

84、

85、式中，ksh为短路电流校验值，表示短路电流裕度；ishort为节点的三相短路电流大小；ibmax为节点允许的最大短路电流大小；

86、所述第5一级指标中的频率偏差校验二级指标，表达式为：

87、

88、式中，gc为节点c的频率校验值；fmax和fmin分别为地区电网中频率上、下限；fc为节点c的频率；

89、所述第5一级指标中的电压校验二级指标，定义为新能源基地接入点电压uc是否处于电压允许上、下限内，表达式为：

90、

91、式中，ec为新能源接入点c的电压校验值；uc,max和uc,min分别为地区电网中节点c的电压上、下限；uc为节点c的电压。

92、一种地区电网新能源承载能力的评估系统，所述地区电网为以500kv变电站为中心的、以次输电网和高压配网为主干网架的以及分层分区运行的区域电网，所述系统包括：

93、构建模块，用于构建地区电网新能源承载能力评估体系以及新能源消纳场景集；所述评估体系以地区电网新能源承载能力为目标层，并以用于评价地区电网新能源发电特性的第1一级指标、用于评价地区电网网架结构的第2一级指标、用于评价地区电网负荷特性的第3一级指标、用于评价地区电网调峰资源特性的第4一级指标和用于评价地区电网安全稳定约束的第5一级指标为目的层，且以目的层各一级指标下的二级指标为评估体系的指标层；所述新能源消纳场景集包括若干场景；

94、处理模块，用于根据所建立的评估体系，采用模糊层次分析法分别获取地区电网在新能源消纳场景集中每一场景下的承载能力评分，取评分中的最小值为该地区电网的承载能力最终评分，以该最终评分实现对地区电网新能源承载能力的评估。

95、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

96、本发明提供一种地区电网新能源承载能力评估方法及系统，该评估方法同时考虑电网的源网荷及调峰制约因素，提出一种基于模糊层次分析的地区电网新能源承载能力评估方法，解决了现有方法难以分析网架层级结构对新能源承载能力的制约影响，评估方法较为主观，关键信息易淹没的问题。

97、本发明的新能源承载能力评估体系同时考虑电网源网荷调峰等制约因素，其中，所构建指标体系除了考虑新能源接入电网的安全限制，还将电网均衡性、网架利用效率、与互联地区电网/上级电网的配合考虑进来，可有效反映地区电网内部输变电设备容量紧张和过剩并存，新能源送出受限与负荷供电紧张并存的问题，评估体系较为全面、严谨。

98、评估方法不同于已有研究中简单按照类别赋值权重和评分的方法，而是将评估指标按类别划分建立权重矩阵，按作用效果划分构造评分矩阵。模糊化评分有效防止了电网关键信息的淹没，权重矩阵的构造兼顾了电网运行特性的全局性因素和局部因素，更加贴合工程实际。对准确计及地区电网新能源承载能力，进一步提出提升电网灵活性的网架优化方法都具有参考意义。