新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法与流程

本发明属于新能源电力系统，具体涉及一种新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法。

背景技术：

1、电力系统的安全稳定运行事关国计民生，研究电力系统的安全稳定控制理论，发展新型控制技术对于实现电力资源的合理配置、提高电力系统的输电能力和电网的安全稳定运行具有重要的意义。作为电力系统安全稳定控制领域的重要内容，制定合适的预防控制策略能够有效消除可能存在的电力安全事故，防止可能出现的经济损失，降低系统的停运风险，对保证电力系统的稳定运行十分关键。

2、传统的预防控制虽然能针对预想故障作出合理调控以保证系统安全性要求，但是无法识别不同类型的故障特征，不能有效平衡控制代价的经济性和系统安全性之间的关系。随着新能源接入电网比例不断增加，电网的不确定性也不断增强，这使得电力系统的操作和动态行为显著复杂化，给电力系统预防控制带来了极大的挑战。一方面，未来电网运行方式的不确定性和时变性将导致预防控制的策略制定极为困难，另一方面，如何考虑电网在不同运行方式下的控制代价是一个新的难题。因此，如何权衡系统的不确定性风险和控制代价，制定合适的预防控制策略将是保障未来高比例新能源电力系统的重要问题。

技术实现思路

1、为了解决上述因风电等新能源高比例接入而导致的电网运行方式不确定性和时变性显著增强，难以考虑控制代价的问题，本发明目的是提供一种新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法。本发明在已知系统拓扑及参数的基础上，设置风险阈值、灵敏度计算范围和预想故障参数，求取预想状况下的稳定裕度和暂态风险值，利用轨迹灵敏度线性化稳定约束，基于田口正交阵列试验方法和风险判别提出新能源电力系统的预防控制策略，能够合理的权衡预防控制代价和系统安全性要求之间的关系。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1：设置发电机出力参数pgi、电力系统总体风险阈值和单个预想故障风险阈值稳定裕度的灵敏度计算范围δλ、迭代算法收敛判定阈值ε和预想故障集；

5、步骤2：设置故障为故障集中第k个故障，根据田口正交阵列试验方法计算选定代表新能源的测试场景，修改新能源机组出力参数；

6、步骤3：启动潮流计算和暂态稳定时域仿真，读取运行结果，利用扩展等面积准则进行暂态稳定评估：依据功角运行规律，将发电机组分为s群和a群，再将发电机组等值计算为单机无穷大系统，拟合功角曲线，计算第k个故障对应的稳定裕度ηk并归一化，修改故障参数重新计算直至故障集中故障遍历，依据故障概率计算考虑预想故障集下的总体风险值r和单个预想故障风险值rk；

7、步骤4：判断预想故障集中是否所有单个预想故障风险值rk均满足小于单个预想故障风险阈值如满足，输出结果；否则，进行步骤5；

8、步骤5：通过判断单个预想故障风险值rk是否满足单个预想故障风险阈值对故障进行筛选，高于阈值的风险构成高风险集合，低于阈值的风险构成低风险集合；

9、步骤6：将步骤1中发电机出力参数pgi修改为pgi·(1±δλ)，进行连续仿真，计算暂态稳定裕度η并求取在当前发电机出力参数下第k个预想故障风险值对第i台发电机出力的轨迹灵敏度φi(rk,pgi)；

10、步骤7：判断总体风险值r是否满足如满足，采取控制策略1：

11、

12、否则，采取控制策略2：

13、

14、式中：δr为总体风险的变化量；nc为预想故障个数；δrk为第k个故障对应风险变化量；ng为发电机组数量；φi(rk,pgi)为对应于第k个故障下当前出力的轨迹灵敏度；δpgi为第i台发电机的出力调整量；为总体风险阈值；为单个风险阈值；cu为高风险集合；cs为低风险集合；

15、步骤8：将下式(3)作为目标函数，步骤7所述控制策略作为约束条件构造优化模型，调用groubi求解器对优化模型进行求解，计算出r、rk和δpgi；

16、

17、其中，ai，bi和ci为发电机组燃料费用系数；ng为发电机数量；

18、判断优化结果中是否所有单个预想故障风险值rk均满足小于单个预想故障风险阈值如满足，输出结果；否则，进行步骤9；

19、步骤9：判断是否满足δpgi<ε，若不满足，迭代次数+1，根据优化结果将pgi+δpgi作为初始出力参数pgi返回步骤2继续进行运算，否则输出结果。

20、优选的，根据互补群惯量的中心变换方法将发电机组等值计算为单机无穷大系统，计算单机无穷大系统的暂态稳定裕度：

21、η＝sdec-sacc (4)

22、式中：η为单机无穷大系统的暂态稳定裕度；sdec为单机无穷大系统的减速面积；sacc为单机无穷大系统的加速面积。

23、优选的，步骤2所述根据田口正交阵列试验方法计算选定代表新能源的测试场景，并以此为基础在步骤3计算第k个故障对应的稳定裕度ηk，具体为：根据正交矩阵lh(bx)，使用h个测试场景来代表整个不确定风险，h＜＜bx，计算出h个测试场景中新能源出力参数，修改出力参数并进行仿真，ηk基于所有测试场景下的稳定裕度来获得：

24、

25、其中：ηk(li)是场景li的稳定裕度；x代表变量个数；b代表变量的取值水平；h为测试场景的个数。

26、优选的，步骤3所述考虑预想故障下的总体风险值r采用如下公式计算：

27、

28、式中：r为总体风险值；rk为单个预想故障风险值；ηk为第k个故障对应的稳定裕度；p(ek)为故障概率。

29、本发明在已知系统拓扑及参数的基础上，设置风险阈值、灵敏度计算范围和预想故障参数，利用扩展等面积准则求取预想状况下的稳定裕度和暂态风险值，利用轨迹灵敏度线性化稳定约束，基于田口正交阵列试验和风险判别提出新能源电力系统的预防控制策略，能够合理的权衡预防控制代价和系统安全性要求之间的关系，对于高比例新能源电力系统的安全稳定运行意义重大。

技术特征：

1.新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法，其特征在于，根据互补群惯量的中心变换方法将发电机组等值计算为单机无穷大系统，计算单机无穷大系统的暂态稳定裕度：

3.如权利要求1所述的新能源不确定风险与控制代价相协调的预防控制方法，其特征在于，步骤2所述根据田口正交阵列试验方法计算选定代表新能源的测试场景，并以此为基础在步骤3计算第k个故障对应的稳定裕度ηk，具体为：根据正交矩阵lh(bx)，使用h个测试场景来代表整个不确定风险，h＜＜bx，计算出h个测试场景中新能源出力参数，修改出力参数并进行仿真，ηk基于所有测试场景下的稳定裕度来获得：

4.如权利要求3所述的新能源不确定风险与控制代价相协调的预防控制方法，其特征在于，步骤3所述考虑预想故障下的总体风险值r采用如下公式计算：

技术总结
本发明公开了新能源不确定风险与控制代价相协调的电力系统预防控制方法，在已知系统拓扑及参数基础上，设置发电机出力、风险阈值、灵敏度计算范围和预想故障集，根据田口正交阵列试验方法计算代表新能源的测试场景；应用扩展等面积准则，计算暂态稳定裕度并归一化；令故障概率和故障对应‑η<subgt;k</subgt;的乘积为风险；调整出力连续仿真，求取轨迹灵敏度；通过对风险筛选采取不同控制策略，将上次的优化结果作为初始参数重新迭代。本发明利用扩展等面积准则进行暂态稳定评估，通过轨迹灵敏度线性化稳定约束，基于风险在新能源不确定输入下采取控制策略，能够更合理的权衡控制代价和安全性要求之间的关系，对于高比例新能源电力系统的安全稳定运行意义重大。

技术研发人员：范越,彭诚,霍超,程璞,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