[发明专利]一种考虑旋转备用的风电接入系统的暂态风险控制方法

权利要求书

1.一种考虑旋转备用的风电接入系统的暂态风险控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据实际电力系统数据与电网结构，确定电力系统预计发生的故障及相应的故障概率，对各个预计发生的故障依次进行离线扫描并计算出相应的动态安全域；

步骤二、由风电功率预测和负荷预测制定日前调度计划，根据日前调度计划中风电功率预测误差的概率分布计算各个时段中风电场的各种可能出力的概率，并分别对各个时段中风电场的可能出力进行组合，确定系统在各个时段中可能出现的运行点及其概率；

步骤三、利用步骤一中计算得到的与各个预计发生的故障对应的动态安全域依次判定系统运行点的暂态稳定性，如果运行点处于动态安全域外，则发生给定故障时系统将失去暂态稳定，通过发电调整及切负荷手段将运行点调整到动态安全域内，保证系统的安全水平，计算此调整过程中失稳运行点的最小切负荷量和最小发电调整量，所切除的负荷量作为运行点在该故障状态下的负荷损失，风电场降低的出力作为运行点在该故障状态下的风能损失；

步骤四、根据运行点出现的概率、故障状态的概率以及运行点在该故障状态下的负荷损失，计算电力系统在各时段中的期望缺供电量风险指标EENS_t，并依此进一步计算系统中各元件发生故障所造成的期望缺供电量风险指标EENS_c和系统在各节点的期望缺供电量风险指标EENS_b；根据运行点出现的概率、故障状态的概率以及运行点在该故障状态下的风能损失，计算电力系统在各时段的期望风能浪费风险指标EWWR_t；由各时段中的期望缺供电量风险指标EENS_t和期望风能浪费风险指标EWWR_t、系统中各元件发生故障所造成的期望缺供电量风险指标EENS_c、系统在各节点的期望缺供电量风险指标EENS_b分别确定出电力系统的高风险时段、严重故障元件、薄弱节点的风险信息；

步骤五、对于步骤四中的高风险时段，计算并确定应投入电力系统中的旋转备用容量，以便将各个时段的风险水平控制在风险阈值以内，即将系统风险控制在合理水平。

2.根据权利要求1所述考虑旋转备用的风电接入系统的暂态风险控制方法，其特征在于，所述步骤三中计算失稳运行点的最小切负荷量和最小发电调整量的具体内容包括：

步骤1)计算失稳运行点的最小切负荷量和最小发电调整量：假设HP为基于有功注入功率空间实际拟合的安全域边界超平面，其数学表达式为：

α₁P₁+α₂P₂+α₃P₃+…α_nP_n＝1 (1)

式(1)中α是超平面方程的系数；P是节点有功功率注入；n是有功功率注入节点的个数；

设一失稳运行点为P(P₁，P₂，…，P_n)，调整后得到的稳定运行点为P’(P₁’，P₂’，…，P_n’)，且调整后的运行点P’位于安全域边界超平面HP上，即调整后的运行点P’(P₁’，P₂’，…，P_n’)满足式(1)；PP’所在直线与安全域边界超平面HP垂直，此时PP’所在直线表示为：

失稳运行点到安全域边界超平面HP的距离即为最小切负荷量和最小发电调整量ΔP，记ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,…,ΔP_n]，得到ΔP的表达式为：

式(3)中，ΔP_i是第i个有功功率注入节点的最小切负荷量或发电机节点的最小发电调整量；

步骤2)对步骤1)获得的最小切负荷量为负值的各负荷节点，即负荷值需要增加的负荷节点，保持该负荷节点原有功功率注入值不变，同时，对失稳运行点中的其他各节点的最小切负荷量和最小发电调整量进行校验；该校验过程如下：

步骤2-1)判断由式(3)计算的第i个负荷节点的最小切负荷量ΔP_i是否为负值；

步骤2-2)若为非负值，跳到步骤2-3)；否则，令P_i’＝P_i，n＝n-1，此时调整后得到的稳定运行点P’中有n个变量，消掉式(2)中含有P_i’的项，得到PP’所在直线为：

同时，将调整后的稳定运行点P’(P₁’，P₂’，…，P_n’)带入到式(1)，并用失稳运行点P的第i个负荷节点的有功注入功率P_i替换调整后的稳定运行点P’的第i个负荷节点的有功注入功率P_i’：

α₁P′₁+…+a_iP_i+…+α_nP′_n＝1 (5)

步骤2-3)判断i是否等于有功功率注入节点中的负荷节点总数，若等于，联立式(4)和式(5)，求得经过调整并初步校验后的运行点P”(P₁”，P₂”，…，P_n”)，并转入步骤3)；否则，i＝i+1，返回步骤2-1)；

步骤3)对步骤2)中初步校验后的运行点P”，进一步校验其各个节点的注入有功功率是否出现负值，若出现负值，则设置该节点调整后的有功注入为0；同时，对失稳运行点中的其他各节点的最小切负荷量和最小发电调整量进行校验；具体过程如下：

步骤3-1)判断步骤2)中初步校验后的运行点P”的第i个节点的注入有功功率P_i”是否出现负值；

步骤3-2)若该注入有功功率P_i”为非负值，跳到步骤3-3)；否则，令P_i”＝0，n＝n-1，此时，初步校验后的运行点P”中有n个变量，消掉式(2)中含有P_i’的项，得到PP’所在直线为式(4)，同时，将初步校验后的运行点P”(P₁”，P₂”，…，P_n”)带入到式(1)，并将初步校验后的运行点P”的第i个节点的有功注入功率P”设置为0：

α₁P′₁+…+a_i-1P_i-1+a_i+1P_i+1+…+α_nP′_n＝1 (6)

步骤3-3)判断i是否等于有功功率注入节点的个数n，若等于，联立式(4)和式(6)，求得经过调整并进一步校验后的运行点P^*(P₁^*，P₂^*，…，P_n^*)，并计算得到进一步校验后的最小切负荷量和最小发电调整量ΔP^*(P₁-P₁^*，P₁-P₁^*，…，P_n-P_n^*)；否则，i＝i+1，返回步骤3-1)。

3.根据权利要求1所述一种考虑旋转备用的风电接入系统的暂态风险控制方法，其特征在于，所述步骤五中计算并确定应投入电力系统中的旋转备用容量的具体内容包括：

步骤1)电力系统在某一时段中的期望缺供电量风险指标EENS_t表示为：

式(7)中，t为研究时段的时长，即为风电功率预测的时间间隔，为1小时；EENS_t为t时段内系统的期望缺供电量风险指标；N为研究时段内可能出现的系统运行点总数；S_i表示系统处于第i个运行点时系统暂态失稳的故障状态总和；p(s)为故障状态s的概率；p(P_i)为第i个运行点出现的概率；ΔP(s)为状态s所造成的负荷削减量(MW)；M为故障元件总数；p(k)为风电出力取第k个量化误差的概率；p_m为第m个元件的故障概率；N_l为有功功率注入节点中的负荷节点集合；为第m个元件故障时，风电场出力取第k个量化误差时第j个负荷节点的切负荷量；

为计算应投入电力系统中的旋转备用容量，需将电力系统在t时段内系统的期望缺供电量风险指标EENS_t的公式(7)简化，并将待接入旋转备用的发电机节点的有功功率注入显示表示出来；对公式(7)的简化过程为：

因各功率注入节点的最小切负荷量或最小发电调整量ΔP_j满足以下关系：

ΔP₁:ΔP₂:...:ΔP_n＝α₁:α₂:...:α_n (8)

则均由第G个发电机节点的最小发电调整量ΔP_G^m,k表示：

式(9)中：为第m个元件发生故障时系统中第j个负荷节点的超平面系数；a_G^m为第m个元件发生故障时第G个发电机点的超平面系数；则有：

将各个风电预测误差对应的第G个发电机节点调整量表示为：

式(11)中：a_w^m为第m个元件发生故障时风机接入w节点的超平面系数；P_w^k为风电场出力取第k个量化误差时风机接入节点的注入功率；

k≠4对应的式(11)分别与k＝4的式(11)作差后，ΔP_G^m,k＝i(i＝1,2…7,i≠4)均由第四个量化误差对应的ΔP_G^m,k＝4表示，第四个量化误差为0：

式(12)中：P_w^t为t时段中无量化误差的风电场出力；δ(k)为风电出力的第k个量化误差；则：

将式(13)及k＝4时的式(12)带入到式(10)中，得到：

式(14)中：P₀(i)^t为t时段内风电场无量化误差、负荷节点取不计波动性的负荷预测值时第i个节点的功率注入量；

步骤2)设置各时段的期望缺供电量风险指标EENS_t的风险阈值为β，由此计算期望缺供电量风险指标EENS_t高出阈值的时段中应投入的正旋转备用容量；因第G个发电机节点的有功功率注入P_G与第j个节点的有功功率注入P_j(j≠G)相互独立，设t时段内第G个发电机节点加入的正旋转备用容量为R^u,t，则：

步骤3)电力系统在某一时段中的期望风能浪费风险指标EWWR_t表示为：

式(17)中：EWWR_t为t时段内系统的期望风能浪费风险指标；为第m个元件故障、风电场出力取第k个量化误差时，风电场接入节点的发电减小量，因此，式(17)中风电场的发电调整量ΔP_w只取正值，加横线上标表示取正值，下同；

与步骤1)相同，为计算应投入电力系统中的旋转备用容量，将电力系统在某一时段中的期望风能浪费风险指标EWWR_t的式(17)简化，并将待接入旋转备用的发电机节点的有功功率注入显示表示出来；式(17)的简化过程为：

由式(8)得到，风电场接入节点的发电减小量由第G个发电机节点的功率调整量ΔP_G^m,k表示：

将式(18)代入到式(17)中，得到：

式(19)中，P₀(j)^t,k为t时段内风电场出力取第k个量化误差、负荷节点取不计波动性的负荷预测值时第j个节点的功率注入量；

设置各时段的期望风能浪费风险指标 EWWR_t的风险阈值为η，由此计算期望风能浪费风险指标 EWWR_t高出阈值的时段中应投入的正旋转备用容量；第G个发电机节点的有功功率注入P_G与第j个节点的有功功率注入P_j(j≠G)相互独立，设t时段内第G个发电机节点加入的负旋转备用容量为R^d,t，则：

步骤4)根据式(16)、(21)分别计算出高风险时段中的各发电机节点需要投入的正旋转备用容量和负旋转备用容量；

系统运行人员在实际调度中根据各发电机节点投入的正旋转备用容量和负旋转备用容量及其单位备用容量的成本选择高风险时段应投入备用的节点和备用容量。