考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法与流程

本发明属于新能源电力系统，具体涉及一种考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法。

背景技术：

1、随着经济社会的高质量发展，人民生活用电量持续增加，机组容量和电力系统规模不断增大，电力系统若发生失稳将造成的后果和经济损失也不断扩大。同时，在新一代能源革命和能源转型的大背景下，高比例新能源接入将成为我国新一代电力系统的主要发展趋势。新能源随机性、波动性、间歇性等特点将导致系统的可控性和可调度性降低，给电网的运行调度造成困难。针对此问题，已有大量研究探索电力系统的安全性和稳定性分析方法。其中，如何快速评估系统暂态稳定性是一个极其关键而重要的问题。

2、但是，新能源电力系统的暂态稳定评估难度较大，其原因主要在于，首先，新能源发电出力受地理环境和气象条件因素影响巨大，具体出力不能人为设置，需要借助预测手段来进行考虑，使得电网具体运行方式复杂多样且难以调整，在线计算量过大。其次，现有的安全稳定在线分析技术基于收敛的实时态或未来态潮流，将未来电网变化过程看作确定性状态，难以满足高比例新能源电力系统不确定性因素影响下安全稳定分析的要求。因此，实现电力系统的快速暂态稳定分析必须解决上述难题。

技术实现思路

1、为了解决上述因新能源高比例接入引入出力不确定性而导致的系统在线暂态稳定分析难以进行的问题，本发明目的是提供一种考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，用于系统暂态稳定分析。本发明方法能够通过已知的系统拓扑和参数及预想故障信息，给出预想情况下系统能够安全运行的连续性区域和不随系统运行方式变化的稳定性判据，确定概率形式表征的电力系统安全边界位置。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，给出了引入新能源出力非确定值情况下的系统暂态安全边界估计，包括如下步骤：

4、步骤1：设置电力系统潮流参数、包括预想故障参数的暂态稳定参数，设定功率步长δp、功率误差精度的最大允许值ε、拟合点数n；

5、步骤2：执行步进搜索，设置节点注入步长，步进调整电力系统各节点的注入功率，将第s步中调整前的注入功率记为ps，调整后记为(p+δp)s，且有ps+1＝(p+δp)s；

6、步骤3：通过潮流计算和暂态稳定时域仿真，获取电力系统的功角δ、角速度ω、机械功率pm、电磁功率pe；

7、步骤4：将多机电力系统通过互补群惯量中心变换等值为单机无穷大电力系统；对等值的单机无穷大电力系统进行相轨迹凹凸性的暂态稳定性判断，如稳定，则执行二分搜索，将下一步的注入功率调整为重复进行步骤4直到|ps+1-ps|＜ε，否则返回步骤2；

8、步骤5：记录当前临界稳定点的注入功率pi+1和当前临界稳定点失稳时的发电机分群方式即失稳模式，并将当前临界稳定点记为对应失稳模式中的第l个点，若存在l＜n的失稳模式，返回步骤2；

9、步骤6：根据搜索到的临界稳定点，将不同的失稳模式下的临界稳定点分别采用最小二乘方法拟合超平面形式的电力系统动态安全域边界解析式得到电力系统动态安全域边界；其中，i为注入节点编号，n为电力系统注入节点总数，αi为通过拟合法得到的注入节点i注入功率对应的灵敏度系数，pi为注入节点i的有功功率注入；

10、步骤7：将新能源节点j出力的概率密度函数记作p(pj)，并将电力系统动态安全域边界写为得到考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域边界，其中，k为新能源节点数，βi为考虑新能源节点影响修正后电力系统中注入节点i的灵敏度系数；该电力系统动态安全域边界作为电力系统的稳定性判据，且不随电力系统的运行方式而变化，为稳定情况。

11、优选的，超平面形式的电力系统动态安全域边界解析式仅保留部分注入节点得到低维投影形式，如式(1)所示；当电力系统其他注入节点功率保持不变而只关注部分关键注入节点对系统暂态稳定的影响时，采用低维投影形式可以大幅降低安全域边界拟合过程的计算量，快速判别电力系统的暂态稳定性。

12、

13、式中：c为其余节点注入功率不变时的修正项；m为所保留关键注入节点数。

14、优选的，步骤2中的临界稳定点的步进搜索过程中，对第a个临界稳定点的第b次搜索的对应步长取值为δp＝hab*rand(50,100)，其中hab为1和-1构成的正交矩阵中第a行第b列的元素；rand(d,u)表示在下限d到上限u的闭区间内产生的随机数。采用含有随机数的步长可以避免对临界稳定点的搜索过程中由于搜索方向相同而重复搜到相同的临界稳定点参与拟合，提高了电力系统安全域边界拟合的精确性。

15、优选的，步骤4中采用互补群惯量中心变换对多机电力系统变换等值为单机无穷大电力系统。互补群惯量中心变换后的单机无穷大电力系统可以保持等值前多机电力系统的暂态稳定性，对多机电力系统暂态稳定性的判别可以在单机无穷大电力系统上进行，降低了计算的复杂度。标幺制下单机无穷大电力系统的表达式如式(2)所示：

16、

17、式中：m为单机无穷大电力系统等值转动惯量；δ为单机无穷大电力系统等值功角；表示δ对时间的二阶导数，为单机无穷大电力系统的等值角加速度；pm为单机无穷大电力系统等值机械功率；pe为单机无穷大电力系统等值电磁功率；mt为多机电力系统发电机惯量之和；mt为多机电力系统中发电机t的转动惯量；ms为多机电力系统中功角超前发电机群的转动惯量之和；ma为多机电力系统中功角滞后发电机群的转动惯量之和；t为多机电力系统发电机编号；r为多机电力系统发电机个数；pms为多机电力系统中功角超前发电机群的机械功率之和；pma为多机电力系统中功角滞后发电机群的机械功率之和；pes为多机电力系统中功角超前发电机群的电磁功率之和；pea为多机电力系统中功角滞后发电机群的电磁功率之和。

18、本发明方法能够通过电力系统的已知潮流参数及暂态稳定参数，给出对应参数设置情况下考虑新能源出力不确定性后以概率密度函数表征的电力系统动态安全域边界位置，确定电力系统能够安全运行的连续性区域，可以作为不随系统运行方式变化的稳定性判据。

技术特征：

1.考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，其特征在于：给出了引入新能源出力非确定值情况下的系统暂态安全边界估计，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，其特征在于，超平面形式的电力系统动态安全域边界解析式仅保留部分注入节点得到低维投影形式，如式(1)所示：

3.如权利要求1所述的考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，其特征在于，步骤2中的临界稳定点的步进搜索过程中，对第a个临界稳定点的第b次搜索的对应步长取值为δp＝hab*rand(50,100)，其中hab为1和-1构成的正交矩阵中第a行第b列的元素；rand(d,u)表示在下限d到上限u的闭区间内产生的随机数。

4.如权利要求1所述的考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，其特征在于，步骤4中采用互补群惯量中心变换对多机电力系统变换等值为单机无穷大电力系统，标幺制下单机无穷大电力系统的表达式如式(2)所示：

技术总结
本发明公开了考虑新能源出力不确定性的电力系统动态安全域估计方法，在实用动态安全域的假设上，引入相轨迹凹凸性的暂态稳定判据，通过改进的步进搜索和二分搜索结合寻找系统临界稳定运行点；通过功角和角速度差来进行发电机互补群分割，对不同的失稳模式的运行点分别拟合，得到近似的超平面形式动态安全域边界；将新能源出力不确定性通过概率分布形式代入到超平面形式的动态安全域表达式中，得到以概率密度表征的电力系统动态安全域边界位置范围。本发明方法将电力系统动态安全域边界以概率密度形式表征，可在新能源发电出力变化时给出电力系统安全边界，用于注入功率调节的参考，对新能源电力系统安全性分析和控制具有重要意义。

技术研发人员：范越,程璞,霍超,彭诚,荣秀婷,张旭,董雪涛,杨松浩,段乃欣,郝治国
受保护的技术使用者：国家电网有限公司西北分部
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4