风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法。包括以下步骤：利用威布尔分布模型模拟风速的累计概率分布；对风速的累计概率分布进行处理得到获得模拟风速，获得风力发电出力；获得含换流器的交直流耦合方程；确定换流器所在节点的节点功率平衡模型；利用含换流器的交直流耦合方程和换流器所在节点的节点功率平衡模型，建立最优调度模型；最优调度模型根据风力发电出力、可用换流器数量和发电机组可用情况进行模型求解获得负荷减少的量，由负荷减少的量计算供电不足电量，根据供电不足电量进行提高电力系统的可靠性。本发明专利技术有效对特高压直流和风电接入的电力系统进行可靠性分析，采取有效的措施保证电力系统的可靠运行。电力系统的可靠运行。电力系统的可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法


[0001]本专利技术涉及一种电力系统的可靠性提高方法，具体涉及了一种基于换流器数量的考虑风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法。

技术介绍

[0002]当前，随着能源、环境、气候变化问题的日益突出，发展可再生能源成为世界能源发展的新趋势；另外我国东部经济地区资源贫乏，但对电能需求日渐增加，特高压跨区送电成为解决电力区域共需不平衡矛盾的重中之重。然而，风力发电大规模应用和高比例特高压接入会对电力系统的可靠性带来影响，如风电具有出力不确定性、特高压直流的故障都会导致电力供应出现缺额，因此给电力系统的安全运行带来挑战。
[0003]目前特高压直流接入电力系统可靠性分析复杂，求解时维数大，求解难度大的问题，以及受端电力系统目前有大量风电接入，进一步加大受端电力系统的可靠性分析重要性。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题和需求，本专利技术提供基于换流器数量的考虑风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，以达到提高电力系统的运行可靠性目的。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术包括步骤如下：
[0007]步骤1：利用威布尔分布模型模拟风速的累计概率分布；
[0008]步骤2：对风速的累计概率分布进行处理得到获得模拟风速，通过风力发电出力与模拟风速的关系对模拟风速进行计算获得风力发电出力，实现风力发电出力的不确定性模拟；
[0009]步骤3：根据电力系统的换流站中换流器的准稳态模型，获得含换流器的交直流耦合方程；
[0010]步骤4：根据电力系统的交直流潮流方程获取换流器数量和功率的关系，获得各自换流器所在节点的功率平衡方程，确定换流器所在节点的节点功率平衡模型；
[0011]步骤5：利用含换流器的交直流耦合方程和换流器所在节点的节点功率平衡模型，建立最优调度模型；
[0012]步骤6：根据电力系统的可靠性参数确定可用换流器个数和发电机组的可用情况，同时获取风力发电出力，然后将可用换流器个数、发电机组的可用情况和风力发电出力输入最优调度模型，最优调度模型根据上述数据进行模型求解，获得负荷减少的量，并由负荷减少的量计算供电不足电量，最后根据供电不足电量进行提高电力系统的可靠性。
[0013]所述步骤1具体为：
[0014]威布尔分布模型模拟风速的累计概率分布，公式如下：
[0015][0016]式中，v为模拟风速，c为尺度参数，k为形状参数，y表示出现模拟风速v时对应的概率，y满足0≤y≤1。
[0017]所述步骤2具体为：
[0018]将风速的累计概率分布进行处理得到威布尔分布的风速，对威布尔分布的风速随机取值后获得模拟风速，公式如下：
[0019][0020]其中，v为模拟风速，c为尺度参数，k为形状参数，出现模拟风速v时对应的概率y满足0≤y≤1并且出现模拟风速v时对应的概率y在[0,1]的范围中随机取值；
[0021]通过风力发电出力与模拟风速的关系对模拟风速进行计算，获得模拟风速对应的风力发电出力，风力发电出力与模拟风速的关系如下：
[0022][0023]其中，P
w
为风力发电出力；P
r
为风机的额定出力；v
ci
为切入风速；v
co
为切除风速；为额定风速。
[0024]所述步骤3具体为：
[0025]根据电力系统换流站中换流器的准稳态模型，按照下述公式建立含换流器的交直流耦合方程：
[0026][0027][0028][0029]式中，V
t
为电力系统中交流侧的电压；I
t
为电力系统中交流侧的电流；V
d
为电力系统中直流侧的电压；I
d
为电力系统中直流侧的电流；k
T
为直流侧和交流侧之间的换流变压器的变比；N
T
为换流器个数；X
c
为换流器的等效阻抗；θ
d
为换流时换流器设置的控制角；为交流侧的功率相角；k
γ
为考虑换流时换相效应系数；π为圆周率。
[0030]所述步骤4具体为：
[0031]根据电力系统的交直流潮流方程获取换流器数量和功率之间的关系，利用换流器数量和功率之间的关系，通过以下公式获得各自换流器所在节点的功率平衡方程，对换流器所在节点的功率平衡方程进行建模，获得换流器所在节点的功率平衡方程模型；
[0032]电力系统中换流器所在节点i处的功率平衡方程如下：
[0033][0034][0035]其中，P
is
为节点i输入的有功功率；Q
is
为节点i输入的无功功率；V
i
为节点i的电压；V
j
为节点j的电压；NB为电力系统中节点的集合；G
ij
为线路ij导纳的实部；B
ij
为线路ij导纳的虚部；线路ij为节点i与节点j之间的连接线；θ
ij
为节点i与节点j之间的相角差；N
T
为换流器个数；V
d
为电力系统中直流侧的电压；I
d
为电力系统中直流侧的电流，为交流侧节点i的功率相角。
[0036]所述步骤5具体为：
[0037]利用含换流器的交直流耦合方程和换流器所在节点的节点功率平衡模型获得约束条件，建立满足约束条件的最优调度模型；最优调度模型在给定可变数据下，优化调度发电机组的出力和合理减少负荷的需求使得电力系统的发电代价和减少负荷代价总和最小，所述给定可变数据包括可用换流器数量、发电机组的可用情况、风力发电出力；
[0038]最优调度模型的目标函数为电力系统的发电代价和减少负荷代价总和最小，公式如下：
[0039][0040]式中，TC为电力系统的发电代价和减少负荷代价总和；NG为电力系统中所有发电机组的集合；C
n
()为发电机组n的发电代价函数；P
G,n
为发电机组n的有功出力；VOLL为电力系统的单位负荷减少对应的代价；ΔP
laod
为电力系统的负荷减少的量；
[0041]所述约束条件具体为节点能量平衡约束、节点电压约束、发电机组出力约束、负荷减少约束、线路潮流约束、直流变量约束和控制站控制方式约束；
[0042]1)节点能量平衡约束
[0043]节点能量平衡约束包括换流器所在节点的功率平衡方程和纯交流节点的功率平衡方程，所述的纯交流节点为无换流站的节点，纯交流节点包括有发电机组的节点和普通节点；
[0044]其中换流器所在节点的功率平衡方程如下式所示：
[0045][0046]其中，P
is
节点i输入的有功功率；Q
is
为节点i输入的无功功率；V
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：利用威布尔分布模型模拟风速的累计概率分布；步骤2：对风速的累计概率分布进行处理得到获得模拟风速，通过风力发电出力与模拟风速的关系对模拟风速进行计算获得风力发电出力，实现风力发电出力的不确定性模拟；步骤3：根据电力系统的换流站中换流器的准稳态模型，获得含换流器的交直流耦合方程；步骤4：根据电力系统的交直流潮流方程获取换流器数量和功率的关系，获得各自换流器所在节点的功率平衡方程，确定换流器所在节点的节点功率平衡模型；步骤5：利用含换流器的交直流耦合方程和换流器所在节点的节点功率平衡模型，建立最优调度模型；步骤6：根据电力系统的可靠性参数确定可用换流器个数和发电机组的可用情况，同时获取风力发电出力，然后将可用换流器个数、发电机组的可用情况和风力发电出力输入最优调度模型，最优调度模型根据上述数据进行模型求解，获得负荷减少的量，并由负荷减少的量计算供电不足电量，最后根据供电不足电量进行提高电力系统的可靠性。2.根据权利要求1所述的风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，其特征在于：所述步骤1具体为：威布尔分布模型模拟风速的累计概率分布，公式如下：式中，v为模拟风速，c为尺度参数，k为形状参数，y表示出现模拟风速v时对应的概率，y满足0≤y≤1。3.根据权利要求1所述的风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，其特征在于：所述步骤2具体为：将风速的累计概率分布进行处理得到威布尔分布的风速，对威布尔分布的风速随机取值后获得模拟风速，公式如下：其中，v为模拟风速，c为尺度参数，k为形状参数，出现模拟风速v时对应的概率y满足0≤y≤1并且出现模拟风速v时对应的概率y在[0,1]的范围中随机取值；通过风力发电出力与模拟风速的关系对模拟风速进行计算，获得模拟风速对应的风力发电出力，风力发电出力与模拟风速的关系如下：其中，P
w
为风力发电出力；P
r
为风机的额定出力；v
ci
为切入风速；v
co
为切除风速；为额定风速。4.根据权利要求1所述的风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，
其特征在于：所述步骤3具体为：根据电力系统换流站中换流器的准稳态模型，按照下述公式建立含换流器的交直流耦合方程：合方程：合方程：式中，V
t
为电力系统中交流侧的电压；I
t
为电力系统中交流侧的电流；V
d
为电力系统中直流侧的电压；I
d
为电力系统中直流侧的电流；k
T
为直流侧和交流侧之间的换流变压器的变比；N
T
为换流器个数；X
c
为换流器的等效阻抗；θ
d
为换流时换流器设置的控制角；为交流侧的功率相角；k
γ
为考虑换流时换相效应系数；π为圆周率。5.根据权利要求1所述的风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，其特征在于：所述步骤4具体为：根据电力系统的交直流潮流方程获取换流器数量和功率之间的关系，利用换流器数量和功率之间的关系，通过以下公式获得各自换流器所在节点的功率平衡方程，对换流器所在节点的功率平衡方程进行建模，获得换流器所在节点的功率平衡方程模型；电力系统中换流器所在节点i处的功率平衡方程如下：电力系统中换流器所在节点i处的功率平衡方程如下：其中，P
is
为节点i输入的有功功率；Q
is
为节点i输入的无功功率；V
i
为节点i的电压；V
j
为节点j的电压；NB为电力系统中节点的集合；G
ij
为线路ij导纳的实部；B
ij
为线路ij导纳的虚部；线路ij为节点i与节点j之间的连接线；θ
ij
为节点i与节点j之间的相角差；N
T
为换流器个数；V
d
为电力系统中直流侧的电压；I
d
为电力系统中直流侧的电流，为交流侧节点i的功率相角。6.根据权利要求1所述的风电不确定性的特高压直流接入电力系统可靠性提高方法，其特征在于：所述步骤5具体为：利用含换流器的交直流耦合方程和换流器所在节点的节点功率平衡模型获得约束条件，建立满足约束条件的最优调度模型；最优调度模型在给定可变数据下，优化调度发电机组的出力和合理减少负荷的需求使得电力系统的发电代价和减少负荷代价总和最小；最优调度模型的目标函数为电力系统的发电代价和减少负荷代价总和最小，公式如下：式中，TC为电力系统的发电代价和减少负荷代价总和；NG为电力系统中所有发电机组的集合；C
n
()为发电机组n的发电代价函数；P
G,n
为发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：项中明，殷伟斌，吴一峰，徐立中，张思，陶欢，杨晓雷，丁磊明，唐律，李洋，梁梓杨，丁一，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：