考虑大规模风电接入的在线风险评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网安全评估技术领域，尤其涉及一种考虑大规模风电接入的在线风 险评估方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为新型的清洁能源，成为世界上很多国家能源战略的发展重心。中国风电 装机容量在2014年达到114GW，排名世界第一位，并且政府计划直至2020年，风电每年的装 机容量至少增加20GW。风电的大力发展可以减少温室气体的排放，节约化石能源的消耗，但 由于风电出力的不确定性和间歇性，其大规模并网给电网安全运行带了了巨大的挑战。
[0003] 风险评估方法可考虑电力系统的各种概率不确定因素，是近期用来研究电力系统 静态电压稳定的热点。文南犬"RiskAssessment of Generation and Transmission Systems Considering Wind Power Penetration"将风电出力分布及各元件故障作为状态量，运用 蒙特卡洛模拟方法评估系统运行风险，此方法精度与模拟次数成正比，计算量较大，主要用 于日前运行计划的确定。由于风电出力分钟级的波动已较为明显，为应对风电出力短期波 动带来的影响，亟需提出在线安全风险评估方法。文献"Risk Assessment Model for Wind Generator Tripping Off"针对风场脱网场景，提出了在线评估系统安全风险的分析方法， 风场在未脱网时的随机出力也会给系统安全运行带来风险，因此并网风场对系统安全运行 的影响也需关注。文献"Online risk-based security assessment"提出了在线风险评估 的基础思路，采用预估的运行状态及相应严重度确定系统短期运行风险，其中运用了连续 潮流方法获得负荷裕度，然而在针对节点数较多的大电力系统时，连续潮流计算量较大，对 在线计算造成困难。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种考虑大规模风电接入的在线风险 评估方法，提出了新的风险指标在线评估短期风电波动对静态电压稳定的影响，所提风险 指标融合了短期风电预测精度高和戴维南等值算法算量小的优点，且在风险指标中给出了 新的严重度函数，对安全域内不同运行状态进行差异化处理，提高了评估的准确性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 考虑大规模风电接入的在线风险评估方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，当前时刻为th，利用基于风电波动的马尔科夫链模型预测未来时刻紅+1时 风电出力区间及相应的概率；
[0008] 步骤二，对于每个预测的风电出力区间，利用局部线性化处理的方法来预估电网 运行状态；
[0009] 步骤三，利用所求结果以及能够反应静态电压稳定裕度的严重度函数求得相应风 电出力区间的严重度；
[0010] 步骤四，利用步骤一和步骤三得到的结果求得一个计算周期（th时刻到th+1时刻） 内的运行风险指标，根据求得的运行风险指标进行在线风险评估。
[0011] 所述步骤一中，风电出力变化为随机过程，形成一个状态空间数目为K的状态空间 1，1中任何一个状态都有上下限;利用马尔科夫链将来的状态独立于过去的状态，且只依赖 于现在的状态得到元素为的状态转移矩阵P;每个元素都能用转移频数矩阵N中的元 素表示出；预测的风场在th+1时刻的出力都为一个K维向量d，. Gw中的任一元素之严 为对应的区间的中值，而对应的区间的上下限都能由当前状态及状态转移矩阵计算得到， 由此得到th+1时刻风电出力的区间分布。
[0012] 风电出力为At对应的概率为Pj, u将其作为风险评估中的不确定场景概率Pr (Xi)，其中Xi为th+1时刻风电出力的第i个不确定区间。
[0013] 所述步骤二的具体方法为，风场按恒功率因数控制，将系统的有功和无功的变化 量用常规潮流计算迭代公式表示，对该公式雅可比矩阵求逆，得到节点电压向量的变化矩 阵，由节点电压向量的变化矩阵得到预估的节点电压幅值和相角向量。
[0014]所述步骤四的具体方法为，根据戴维南等值理论得到负荷节点的戴维南等值参 数，应用PV曲线中电压在鼻尖点处只有一个取值的原理计算负荷节点的负荷裕度λ"，将风 电并网节点处理成恒功率因数控制的PQ节点；假设电力系统共包含N个PQ节点，将第m个PQ 节点作为观察节点，计算出其负荷裕度为kr,m，m=l，2,3···Ν，计算所有PQ节点的负荷裕度， 选择其中负荷裕度最小值作为系统的负荷裕度λ Μη;结合th+1时刻第i个区间的风电出力，得 到对应风电出力第i个区间时系统的最小负荷裕度λ_ ;1，将λ_;1平方后取倒数求得th+埘 刻第i风电出力预测区间的严重度。
[0015] 风险指标的求解方法为，假设在th+1时刻风电出力共有K个不确定区间，每个不确 定区间的概率与该区间对应的严重度相乘后累加得到 th时刻到th+1时刻周期内的风险指 标。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 提出了新的风险指标在线评估短期风电波动对静态电压稳定的影响，所提风险指 标融合了短期风电预测精度高和戴维南等值算法算量小的优点，且在风险指标中给出了新 的严重度函数，对安全域内不同运行状态进行差异化处理，提高了评估的准确性。
【附图说明】
[0018]图1为简单两节点系统；
[0019] 图2为多端口网络模型；
[0020] 图3为在线风险评估系统流程图；
[0021]图4为IEEE 9节点系统单线图；
[0022] 图5为30 %渗透率下风险指标；
[0023] 图6为50%渗透率下风险指标；
[0024]图7为IEEE 39节点系统单线图；
[0025] 图8为25 %渗透率下风险指标；
[0026] 图9为44.1 %渗透率下风险指标。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0028] 本发明提出新的风险指标在线评估短期风电波动对静态电压稳定的影响，所提风 险指标融合了短期风电预测精度高和戴维南等值算法算量小的优点，且在风险指标中给出 了新的严重度函数对安全域内不同运行状态进行差异化处理。最后采用IEEE 9节点系统和 IEEE 39节点系统仿真验证了所提风险指标的有效性。
[0029] 1大规模风电并网的风险评估
[0030] 1.1风险指标定义
[0031] 风险指标是衡量事件发生概率及后果的综合指数，用于评估对目标的不确定影 响。在电力系统中，学者将风险的概念引入，用于评估元件在一定的强迫停运率下系统的运 行风险，考虑不确定性的风险评估方法可以提供更准确的信息，发挥电网的运行潜力。随着 风电渗透率的提高，风电出力的波动对电网静态安全的影响也日渐显著，甚至会引起电压 失稳，因此需要将电网运行风险的概念延拓到风电出力波动对电网所造成的影响，而不仅 仅研究风机脱网或电网元件出现不确定故障的情形。因此，本发明将风险指标用于评估风 电出力波动对电网静态安全稳定的影响，风险指标的定义如下：
[0032] (1)
[0033] 式中：K为不确定场景的总数目；X1为第i个不确定场景，IEK5Pr(X 1)为第i个场景 发生的概率;Se3v(X1)为第i个场景发生时对应的严重度。式（1)是风险指标的通用公式，应用 到电力系统中，场景概率和严重度可根据实际需要具备不同的含义。比如场景概率可以为 某元件的故障率，也可以为某事故的发生率;严重度可以是低压电程度、频率偏移量、支路 潮流越限量，也可以是负荷裕度。本发明将关注点放在风电出力波动对系统静态电压稳定 的影响上，具体分析上述变量应用到此场景时的定义。
[0034] 假定当前运行时刻为th，由于电力系统调度指令下达的周期为15min，15min后的 时刻为th+i。将15min作为一个计算周期，运用短期风电出力预测方法分析在未来15min内风 电出力变化的所有可能状态，获得的状态数目为K。其中第i个可能状态表示为Xni eK，其 对应的概率为Pr(X1),严重度为Sev(X 1)13将各区间个概率与严重度相乘可得到每个风电出力 状态时的风险值，累加可以获得电力系统的综合风险指标。调度人员不仅可以参考综合风 险指标来衡量系统短期运行风险，也可以单独分析其中小概率却大严重度的场景，从源头 处寻找解决方案，进一步降低此类小概率事件的发生甚至杜绝其发生。
[0035] 1.2Pr(Xi)的计算