一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，包括以下步骤：确定安全性对频率的要求；确定充裕性对频率的要求；设计评价指标。本发明专利技术构造了一个新的充裕性指标——失频率期望，定量地描述电力系统频率在事故后的偏移程度和可能性，用以反映事故扰动对电力系统供电能力的影响。本发明专利技术在设计中，同时考虑电力系统充裕度和安全性要求，从长期(一个月到一年)和短期(分钟级)两个时间尺度出发，分别对频率的累积越限时间和持续越限时间进行约束，结合安全裕度指标，通过理论推导，得到评价指标的解析表达，实现对稳态下频率长期和短期波动态势的要求，具有完备的理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法
本专利技术涉及一种电力系统可靠运行的评价方法，特别是一种有功平衡控制性能评价方法。
技术介绍
为共同分享备用资源以提高供电可靠性、利用不同区域电网间能源结构不平衡所具有的资源互补特性等，目前的电网广泛互联。组成互联电网的经济上独立的子电力系统被称之为控制区域，亦被称为平衡机构。互联电网安全稳定运行的基础是全网设备同步运行，其运行品质通常用频率波动来描述。频率波动是由组成互联电网的所有控制区域发电出力之和与负荷之和二者间的不平衡所引起，故区域自身的有功平衡调节与控制行为直接决定电力系统频率的质量，因此，需要制定相应的控制性能评价方法，来引导和规范各控制区域的有功平衡控制行为，使他们既能满足电力系统运行的可靠性要求，又能公平地分享电网互联所带来的益处。目前在我国，现行的主流评价方法是以北美CPS(ControlPerformanceStandard)为底本所设计而得，包括两个子标准：CPS1和CPS2。北美CPS1标准通过限制频差变化在一年时间尺度下的标准差来保证频率的长期质量，但我国为了避免北美CPS1中所固有的对短期频率波动约束力缺失可能会造成的运行安全问题，在评价方法设计中将CPS1指标中的年滚动平均修改为15分钟的时段平均。这种做法一方面未达到约束短期频率波动的预期目标、无法满足可靠性要求；另一方面由于15分钟这一时间尺度的选择没有扎实的理论依据，使得我国CPS1标准缺少理论的完备性。与此同时，我国现行的CPS2标准主要是限制联络线上的无意交换电量，并没有直接限制频率波动，无法体现可靠性对频率的要求，在实施过程中还存在考核时段不全面、忽略区域ACE(AreaControlError)之间相关性等一些缺陷。从评价方法的发展历程来看，电力系统可靠性逐渐成为评价方法设计中考虑的首要因素。尽管每代评价方法比其前代评价方法增强了对可靠性的考量，但每个评价方法的理论依据和设计原则均没有直接反映可靠性的具体要求；由于评价方法设计并未基于一个完整的理论体系，导致评价方法的研制过程始终处于修补状态，没有形成一个完善的系列评价方法。
技术实现思路
为解决现有标准理论体系不完备、无法满足可靠性要求的问题，本专利技术要设计一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法。新方法以可靠性要求为其设计的基本原则，构建理论完备的标准体系。在指标设计中，考虑电力系统充裕度和安全性要求，通过理论推导，得到评价指标的解析表达，具有完备的理论基础；若运行中各控制区域均满足标准要求，则整个电力系统可靠性就能够得到保障。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，所述的可靠性包括充裕性和安全性，具体包括以下步骤：A、确定安全性对频率的要求安全性用来描述电力系统承受突然扰动时的不间断供电能力，也叫动态可靠性；为保证电力系统运行安全，需保证在出现扰动的情况下，频率波动对电力系统供电能力造成的不良影响，在电力系统可承受的范围之内。频率在异常状态下对电力系统产生的“持续效应”和“累积效应”是影响电力系统安全性的主要因素，分别影响电力系统的短期安全和长期安全。所述的扰动是指电力系统的运行事故或故障。A1、确定短期安全性对频率的要求频率偏移的“持续效应”对设备造成的影响直接关系到电力系统运行的短期安全性，电力系统中的元件和设备对异常的频率都有各自能够承受的最长持续时间，且根据异常频率的大小不同，相应的最长持续时间也不同，表示为Tn(ΔFm)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N。其中，ΔFm表示第m个异常频率；Tn()表示第n个设备或元件能够承受的最长持续时间。整个电力系统所有元件或设备能够承受的最长持续时间用M*N阶矩阵CX描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下电力系统中各个元件或设备能够承受的最长持续时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔFm的最大持续时间，表示为：CXm＝(T1(ΔFm),T2(ΔFm),…,TN(ΔFm))(2)整个电力系统能够承受的最长持续时间Tm为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：Tm＝min(CXm)(3)min(CXm)＝min(T1(ΔFm),T2(ΔFm),…,TN(ΔFm))(4)通过规范控制区域的调节行为，约束频率持续越限的时间，公式表示为：T(|ΔF′|≥ΔFm)≤Tm(5)式中，ΔF′为扰动下的频率偏差，T()表示电力系统频率持续越限的时间。上式反映了在扰动情况下，电力系统短期安全性对频率波动态势的要求。A2、确定长期安全性对频率的要求与“持续效应”不同的是，频率偏移的“累积效应”对电力系统产生的影响是个长期的积累过程，需要在较长的时间内考察。“累积效应”直接关系到电力系统运行的长期安全性，不同类型、不同厂家的设备对频率偏移的累积时间都有限制要求。和电力系统能够承受的最大持续时间一样，最大累积时间也和异常频率的大小有关，表示为tn(ΔFm)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N。其中，ΔFm表示第m个异常频率；tn()表示第n个设备或元件能够承受的最长累积时间。整个电力系统所有元件或设备能够承受的最大累积时间用M*N阶矩阵LJ描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下，电力系统中各个元件或设备能够承受的最大累积时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔFm的最大累积时间，表示为：LJm＝(t1(ΔFm),t2(ΔFm),…,tN(ΔFm))(7)整个电力系统能够承受的最长累积时间tm为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：tm＝min(LJm)(8)min(LJm)＝min(t1(ΔFm),t2(ΔFm),…,tN(ΔFm))(9)通过规范区域的调节行为，约束频率累积越限时间，用公式表示为：t(|ΔF′|≥ΔFm)≤tm(10)式中，t()为异常频率在一段长时间内的累积越限时间。根据概率论原理，时间取1年，则上式表示为：P(|ΔF′|≥ΔFm)≤Pm(11)式中，P()表示一年中频率越限的概率；tyear表示一年的时间。上式反映了在扰动情况下，电力系统长期安全性对频率波动态势的要求。B、确定充裕性对频率的要求为防止大扰动危害电力系统的安全性，保证电力系统可靠性达到期望的水平，需要保证稳态下频率的波动范围具有安全裕度来应对大扰动带来的影响，这就是充裕性对频率的要求。B1、构造新充裕性指标—失频率期望依据事故扰动所引起的电力系统频率偏移的期望，来定量地描述电力系统频率在事故后的偏移程度和可能性，用以反映事故扰动对电力系统供电能力的影响。据此，依据频率为参量构造一个新的充裕性指标—失频率期望：式中，EELOF为失频率期望；X为充裕性分析中可能出现的所有状态集合；If(x)为电力系统状态二值函数，故障状态取1，正常状态取0；ΔF(x)为电力系统状态x下的频率偏移量，其由ENDS指标中的失负荷量除以频率自然响应系数β得到，或根据历史事故统计数据得到。P(x)为电力系统状态x出现的概率。B2、构造安全裕度指标稳态下频率波动具有安全裕度是电力系统充裕性的要求。因此，需要定义安全裕度指标来描述稳态下频率波动应有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，所述的可靠性包括充裕性和安全性，其特征在于：具体包括以下步骤：A、确定安全性对频率的要求安全性用来描述电力系统承受突然扰动时的不间断供电能力，也叫动态可靠性；为保证电力系统运行安全，需保证在出现扰动的情况下，频率波动对电力系统供电能力造成的不良影响，在电力系统可承受的范围之内；频率在异常状态下对电力系统产生的“持续效应”和“累积效应”是影响电力系统安全性的主要因素，分别影响电力系统的短期安全和长期安全；所述的扰动是指电力系统的运行事故或故障；A1、确定短期安全性对频率的要求频率偏移的“持续效应”对设备造成的影响直接关系到电力系统运行的短期安全性，电力系统中的元件和设备对异常的频率都有各自能够承受的最长持续时间，且根据异常频率的大小不同，相应的最长持续时间也不同，表示为T

【技术特征摘要】
1.一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，所述的可靠性包括充裕性和安全性，其特征在于：具体包括以下步骤：A、确定安全性对频率的要求安全性用来描述电力系统承受突然扰动时的不间断供电能力，也叫动态可靠性；为保证电力系统运行安全，需保证在出现扰动的情况下，频率波动对电力系统供电能力造成的不良影响，在电力系统可承受的范围之内；频率在异常状态下对电力系统产生的“持续效应”和“累积效应”是影响电力系统安全性的主要因素，分别影响电力系统的短期安全和长期安全；所述的扰动是指电力系统的运行事故或故障；A1、确定短期安全性对频率的要求频率偏移的“持续效应”对设备造成的影响直接关系到电力系统运行的短期安全性，电力系统中的元件和设备对异常的频率都有各自能够承受的最长持续时间，且根据异常频率的大小不同，相应的最长持续时间也不同，表示为Tn(ΔFm)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N；其中，ΔFm表示第m个异常频率；Tn()表示第n个设备或元件能够承受的最长持续时间；整个电力系统所有元件或设备能够承受的最长持续时间用M*N阶矩阵CX描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下电力系统中各个元件或设备能够承受的最长持续时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔFm的最大持续时间，表示为：CXm＝(T1(ΔFm),T2(ΔFm),…,TN(ΔFm))(2)整个电力系统能够承受的最长持续时间Tm为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：Tm＝min(CXm)(3)min(CXm)＝min(T1(ΔFm),T2(ΔFm),…,TN(ΔFm))(4)通过规范控制区域的调节行为，约束频率持续越限的时间，公式表示为：T(|ΔF′|≥ΔFm)≤Tm(5)式中，ΔF′为扰动下的频率偏差，T()表示电力系统频率持续越限的时间；上式反映了在扰动情况下，电力系统短期安全性对频率波动态势的要求；A2、确定长期安全性对频率的要求与“持续效应”不同的是，频率偏移的“累积效应”对电力系统产生的影响是个长期的积累过程，需要在较长的时间内考察；“累积效应”直接关系到电力系统运行的长期安全性，不同类型、不同厂家的设备对频率偏移的累积时间都有限制要求；和电力系统能够承受的最大持续时间一样，最大累积时间也和异常频率的大小有关，表示为tn(ΔFm)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N；其中，ΔFm表示第m个异常频率；tn()表示第n个设备或元件能够承受的最长累积时间；整个电力系统所有元件或设备能够承受的最大累积时间用M*N阶矩阵LJ描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下，电力系统中各个元件或设备能够承受的最大累积时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔFm的最大累积时间，表示为：LJm＝(t1(ΔFm),t2(ΔFm),…,tN(ΔFm))(7)整个电力系统能够承受的最长累积时间tm为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：tm＝min(LJm)(8)min(LJm)＝min(t1(ΔFm),t2(ΔFm),…,tN(ΔFm))(9)通过规范区域的调节行为，约束频率累积越限时间，用公式表示为：t(|ΔF′|≥ΔFm)≤tm(10)式中，t()为异常频率在一段长时间内的累积越限时间；根据概率论原理，时间取1年，则上式表示为：P(|ΔF′|≥ΔFm)≤Pm(11)式中，P()表示一年中频率越限的概率；tyear表示一年的时间；上式反映了在扰动情况下，电力系统长期安全性对频率波动态势的要求；B、确定充裕性对频率的要求为防止大扰动危害电力系统的安全性，保证电力系统可靠性达到期望的水平，需要保证稳态下频率的波动范围具有安全裕度来应对大扰动带来的影响，这就是充裕性对频率的要求；B1、构造新充裕性指标—失频率期望依据事故扰动所引起的电力系统频率偏移的期望，来定量地描述电力系统频率在事故后的偏移程度和可能性，用以反映事故扰动对电力系统供...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫东，常烨骙，巴宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21