一种新型电力系统的电力平衡风险防控方法与流程

本发明涉及一种电力平衡风险防控方法，尤其涉及一种新型电力系统的电力平衡风险防控方法，属于电力系统领域。

背景技术：

1、近年来，新能源渗透率持续增加。在新能源高比例接入在大力助推新能源清洁低碳转型的同时，受其随机性、波动性等“不可靠”特性影响，使大电网电力和安全面临巨大挑战，需要寻找新的平衡模式，防范大电网平衡风险。如何实现新型电力系统的电力风险防控成为保障电网安全稳定运行面临的关键问题。

2、目前，针对新型电力系统的电力平衡问题，相关研究聚焦于新型电力系统平衡风险防控，从问题和影响、方法和策略等角度开展研究，或在开展新型电力系统系列研究时对出现的平衡风险问题进行连带分析，但难以实现基本平衡原理与平衡风险管控机理的有机结合，与工程实践场景结合不够紧密，缺乏直接适用于新型电力系统大电网电力平衡实践的平衡风险管控模型。

技术实现思路

1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种新型电力系统的电力平衡风险防控方法。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型电力系统的电力平衡风险防控方法，包括以下控制策略：

3、根据新能源发电的历史统计数据计算新能源发电的概率分布；

4、将新能源出力作为随机变量引入后，根据平衡风险管控要求，进行平衡约束；

5、确定平衡边界参数，计算关键平衡点ta，进而得到新型电力平衡方程；

6、基于新型电力平衡方程，进行开机容量r的计算；

7、若所得开机策略满足最大开机约束，可基于新型电力平衡方程计算新能源弃电量、限电量数据，进而形成平衡方案；

8、若不满足最大开机约束，申请应急调用联络线备用功率或采取可控负荷用电措施，进而形成新的平衡方案。

9、作为优选地，新能源发电的概率分布分为中长期、日前电力平衡维度；

10、通过新能源出力的概率分布函数确定新能源出力，公式有：

11、

12、式中，n°为概率分布，n、ξ均为新能源出力，fη为新能源同时率的概率密度函数，fn为新能源出力的概率分布函数。

13、作为优选地，中长期维度新能源没有具体预测能力，采用新能源装机作为参与电力平衡的基准量；

14、新能源出力/装机记作新能源同时率，对新能源同时率的历史数据进行统计，得到新能源同时率的样本空间；在新能源同时率的样本空间内，通过统计学方法得到随机变量新能源同时率η的概率密度为：

15、η°＝fη(η)   (1)

16、式中，η为具体的新能源同时率，η°为对应新能源同时率出现的概率，fη为新能源同时率的概率密度函数；

17、由式(1)及新能源同时率定义可以得到中长期平衡维度的新能源出力的概率密度为：

18、

19、式(2)中，n为具体的新能源出力，此处为中长期平衡维度的新能源出力；n°为对应新能源出力出现的概率，fn为新能源出力的概率密度函数，cn为新能源装机容量；

20、由式(2)进一步推得新能源出力的概率分布函数。

21、作为优选地，日前维度新能源有具体预测出力，采用新能源预测出力作为参与电力平衡的基准量；

22、对新能源预测偏差率的历史数据进行统计，得到新能源预测偏差率的样本空间，新能源预测偏差率的数学表达式为：

23、

24、式(4)中，ρ为新能源预测偏差率，n为具体的新能源出力，为新能源预测出力；

25、在新能源预测偏差率的样本空间内，通过统计学方法可以得到随机变量新能源预测偏差率ρ的概率密度为：

26、ρ°＝fρ(ρ)   (5)

27、式(5)中，ρ为预测偏差率，ρ°为对应预测偏差率出现的概率，fρ为新能源预测偏差率的概率密度函数；

28、由式(4)(5)可得日前平衡维度的新能源出力的概率密度为：

29、

30、式(6)中，n为具体的新能源出力，此处为日前平衡维度的新能源出力；n°为对应新能源出力出现的概率，fn为新能源出力的概率密度函数；

31、由式(6)进一步推得新能源出力的概率分布函数。

32、作为优选地，平衡约束包括平衡裕度概率化、平衡约束概率化；

33、以fn(n)统一表示中长期、日前维度新能源出力的概率密度，以fn(n)统一表示中长期、日前维度新能源出力的概率分布；

34、平衡裕度的概率化过程为：

35、任一电网任一时刻的电力平衡裕度表示为：

36、δ＝r+t+n-υl+x (8)

37、式(8)中，δ为平衡裕度，r为常规电源最大发电能力，t为联络线计划功率，n为新能源出力，l为负荷，υ为备用率系数，x为可控负荷；

38、当式(8)中的新能源出力n为随机变量时，平衡裕度δ也成为随机变量，δ的概率密度函数为：

39、δ°＝fδ(δ)＝fn(δ-r-t+υl-x)   (9)

40、式(9)中，δ°为对应平衡裕度出现的概率，fδ为δ的概率密度函数；

41、进一步得到δ的概率分布为：

42、

43、式(10)中，δ°为随机变量时的平衡裕度δ的概率分布，fδ为概率分布函数；式(10)即为概率化的电力平衡裕度；

44、平衡约束的概率化过程为：

45、在未引入随机变量前，传统平衡模式的平衡约束描述为：

46、δ＝r+t+n-υl+x≥δ0 (11)

47、式(11)中，δ0为平衡裕度阈值；将新能源出力n作为随机变量引入后，平衡约束转换为：

48、fδ(δ0)≤λ (12)

49、式(12)中，λ为允许的概率阈值，称λ为“平衡风险因子”，式(12)即为概率化的平衡约束。

50、作为优选地，基于平衡裕度阈值δ0、平衡风险因子λ，进一步地将概率化平衡方程的参数与关键可控量解耦，关键可控量包括电源开机容量r，即常规电源最大发电能力，联络线计划功率t，可控负荷x；

51、解耦过程为：将式(9)(10)代入式(12)，可得：

52、

53、将新能源出力的概率分布函数代入，式(13)可转换为：

54、

55、式(14)中，为新能源出力概率分布函数的逆函数；可控量包括电源开机容量r，即常规电源最大发电能力，联络线计划功率t和可控负荷x，为平衡安排过程中的可控量；含备用的负荷υl、平衡裕度阈值δ0和新能源参与平衡电力均为平衡安排过程中的不可控量，即平衡对象。

56、作为优选地，在新型电力平衡方程构建过程中，先确定新型电力系统的单点电力平衡，过程有：

57、由式(14)与单点电力平衡基本原理构建新型电力系统的单点电力平衡方程：

58、

59、式(18)中，y为新能源受限电力；α为常规电源调峰系数；t为一日内的平衡点数，以15min为一个平衡点，即全天96个平衡点。

60、作为优选地，式(18)在基础理论层面解析了新型电力系统单点电力平衡原理，结合工程实践分析96个平衡点间的关联联系，进一步构造出工程用日电力平衡方程。过程有：

61、一日内的常规电源最大发电能力基本稳定，且各平衡点的平衡风险管控要求相同，即：

62、

63、由式(18)(19)推导得：

64、

65、式(20)中，y为新能源限电量；必然存在时刻点ta，使得：

66、

67、则式(20)可以转换为：

68、

69、式(22)即为新型电力系统日电力平衡方程，并称时刻ta为关键平衡点。

70、作为优选地，在式(22)的基础上，引入多平衡风险约束，多平衡风险约束即是将单一平衡风险约束(δ0 λ)扩展为多组约束：

71、(δ0 λ)→[(δ1 λ1),…,(δi λi)…,(δk λk)]    (25)

72、式(25)代入式(20)后扩展为：

73、

74、式(26)即为多平衡风险约束的新型平衡方程。

75、作为优选地，针对式(14)，在新型电力系统的平衡实践中，备用的负荷υl、平衡裕度阈值δ0和联络线计划功率t为边界量，不考虑可控负荷措施，即x＝0，由(14)可进一步推得：

76、

77、式(15)中，rmin为常规电源最小发电能力，近似认为是最小开机容量；可知，rmin与相关，是关于λ的递增函数，则rmin与λ负相关；

78、为量化分析不同电网新能源发电特性差异的影响，消去新能源参与平衡基准量的影响，定义标准转换函数g(λ)：

79、

80、式(16)中，u为新能源参与平衡基准量，中长期平衡维度u＝cn，日前平衡维度

81、针对式(22)，在新型电力系统的平衡实践中，，l(t)、n(t)为不可控的平衡对象，t(t)为边界条件，常规电源调峰参数α相对固定，则由式(22)的第二子式可知，新能源限电量y受常规电源最大发电能力r，关键平衡点ta、平衡裕度阈值δ0(ta)、可控负荷量x(ta)、新能源参与平衡电力的影响；

82、鉴于关键平衡点ta、可控负荷量x(ta)、标准转换函数g(λ)都是客观不变的参数量，且电源开机容量r取式(22)中第一式的最小值时平衡最优；式(22)可简化表达为：

83、y＝fy[δ0(ta),λ]   (23)

84、即，新能源限电量是关于关键平衡点平衡裕度阈值及其平衡风险的函数；

85、实际运行中，平衡裕度阈值δ0(ta)＝0，式(23)可进一步简化为：

86、

87、即，当平衡裕度阈值为零时，新能源限电量是仅关于平衡风险单一变量的函数。

88、本发明公开了一个适用于新型电力系统的电力平衡风险防控方法，以改进现有电力平衡风险防控方法的不足，厘清新型电力系统平衡风险防控基本原理，构建直接适用于新型电力系统大电网电力平衡实践的平衡风险管控模型，提升新型电力系统风险防控方法的适用性，提高系统应对电力平衡风险的能力。