一種考慮暫態(tài)安全約束的新能源接納能力評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源接納能力評估領(lǐng)域，具體涉及一種從電網(wǎng)暫態(tài)安全穩(wěn)定角度評 估電網(wǎng)對新能源大規(guī)模并網(wǎng)接納能力的評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)電光伏新能源裝機(jī)并網(wǎng)規(guī)模迅猛增長，新能源的大規(guī)模開發(fā)利用一定 程度上緩解了傳統(tǒng)能源枯竭和環(huán)境污染問題。然而，以風(fēng)電光伏為代表的新能源具有出力 不確定性、隨機(jī)性、反調(diào)峰的特點(diǎn)，其并網(wǎng)接入對電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行及調(diào)度安排帶來了不小困 難。此外，由于風(fēng)電光伏機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率解耦、隱含慣量的特點(diǎn)，其大規(guī)模集中并網(wǎng)對 系統(tǒng)特性帶來了改變，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了更大風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。因此，有必要研宄電網(wǎng) 如何在滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對新能源的最大接納能力。
[0003]目前電力規(guī)劃和調(diào)度部門主要基于電力系統(tǒng)調(diào)峰約束和頻率約束計(jì)算新能源的 接納能力，也有基于經(jīng)濟(jì)調(diào)度和基于穩(wěn)定的接納能力評估等方法。然而，基于調(diào)峰調(diào)頻約束 的評估方法只簡單從全網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻需求考慮了峰谷差系數(shù)、強(qiáng)迫出力容量、區(qū)域交換功率 等常規(guī)因素，忽略了新能源并網(wǎng)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的約束；基于經(jīng)濟(jì)調(diào)度評估方法從新能源并網(wǎng) 綜合經(jīng)濟(jì)效益視角評估其最優(yōu)接納容量。這些方法或計(jì)及到調(diào)峰調(diào)頻但忽略了通道約束， 或單純從經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)入手評估新能源的接納能力，對新能源接納能力的衡量都比較片面和 局限，沒有全面系統(tǒng)地從全網(wǎng)約束和局部安穩(wěn)校核予以通盤評估，因此有待進(jìn)一步完善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明目的是：為了克服上述現(xiàn)有評估方法的不足，提出一種考慮暫態(tài)安全約束 的新能源接納能力評估方法，該方法以整體調(diào)峰約束為基準(zhǔn)明確全網(wǎng)新能源開機(jī)投運(yùn)邊 界，以暫態(tài)安全約束為深化進(jìn)一步校核新能源各接入點(diǎn)及其外送通道最大輸電能力。
[0005] 具體地說，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟：
[0006] 1)統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)內(nèi)電源、負(fù)荷及風(fēng)電特性，得到系統(tǒng)有功平衡基值；結(jié)合系統(tǒng)備用安 排，確定電網(wǎng)最大負(fù)荷時(shí)的電源開機(jī)方式，并依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對負(fù)荷峰谷差予以預(yù) 測，全面考慮各影響因素計(jì)算低谷負(fù)荷時(shí)滿足系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻約束的新能源接納量的初值， 以得到的新能源接納量的初值作為新能源并網(wǎng)值的初值；
[0007] 2)基于新能源并網(wǎng)值及其送出通道的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)定預(yù)想事故集并進(jìn)行暫態(tài) 穩(wěn)定安全評估，利用安全穩(wěn)定量化分析算法EEAC對各故障集暫穩(wěn)校核結(jié)果進(jìn)行分析，得到 各事故集下的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度n d、暫態(tài)電壓安全裕度nv&暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度 nf；
[0008] 3)選取暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度、暫態(tài)電壓安全裕度和暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度中的 最小值作為暫態(tài)安全裕度n :
[0009]n=min(nd,nv,nf)
[00i0] 然后對各故障集下暫態(tài)安全裕度值按從小到大的次序排列，其中暫態(tài)安全裕度值 為0代表臨界穩(wěn)定、為負(fù)值代表暫態(tài)不穩(wěn)定、為正值代表穩(wěn)定且絕對值越大穩(wěn)定度越高；
[0011] 4)若所有預(yù)想事故集下暫態(tài)安全裕度值均大于等于零，則系統(tǒng)是暫態(tài)安全的，認(rèn) 為步驟1)中滿足調(diào)峰調(diào)頻約束的新能源并網(wǎng)值能全部消納，結(jié)束本方法；若存在暫態(tài)穩(wěn)定 裕度值小于零的故障集，則該新能源并網(wǎng)值不能滿足系統(tǒng)暫穩(wěn)約束條件，進(jìn)入下一步；
[0012] 5)選出所有暫態(tài)安全裕度值為負(fù)值的事故組成限制性故障集，進(jìn)入下一步；
[0013] 6)計(jì)算新能源機(jī)組出力調(diào)整的靈敏度系數(shù)：
[0014]
[0015] 其中，U為第i個(gè)失穩(wěn)模態(tài)方式下第m個(gè)新能源機(jī)組的出力調(diào)整的靈敏度系數(shù)、 用第i個(gè)失穩(wěn)模態(tài)方式下調(diào)整第m個(gè)新能源機(jī)組的出力所導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)安全裕度變化量與 新能源機(jī)組出力變化量的比值表示，A ni表示調(diào)整新能源機(jī)組出力所引起系統(tǒng)暫態(tài)安全 裕度的變化量，△ Pm表示第m個(gè)新能源機(jī)組的出力變化量，靈敏度系數(shù)kmi越高，代表調(diào)整該 新能源機(jī)組出力對失穩(wěn)模態(tài)的回穩(wěn)控制效果越明顯；
[0016] 按照計(jì)算出的靈敏度系數(shù)由高到低排列確定新能源機(jī)組的出力調(diào)整次序，進(jìn)入下 一步；
[0017] 7)按照上步確定的新能源機(jī)組出力調(diào)整次序依次調(diào)整新能源機(jī)組出力，以EEAC 理論和暫態(tài)電壓及頻率安全裕度的靈敏度分析為基礎(chǔ)進(jìn)行極限搜索計(jì)算，求取參數(shù)穩(wěn)定極 限，得到控制機(jī)組及其出力調(diào)整的優(yōu)化調(diào)整方案，返回步驟2)重新對事故集進(jìn)行暫態(tài)安全 裕度評估，直至所有事故集暫態(tài)安全，調(diào)整后的新能源機(jī)組總出力即為考慮暫態(tài)安全的新 能源接納量。
[0018] 上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟2)中暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度nd、暫態(tài)電壓 安全裕度nv及暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度n f的具體計(jì)算過程如下：
[0019] 2-1)首先考量暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度nd，該裕度值計(jì)算方法如下：
[0020]
[0021 ] Ade。代表EEAC理論暫態(tài)過程中的動能減少面積，A in。代表動能增加面積；A dee> A inc 貝1J系統(tǒng)功角穩(wěn)定，Adec= A in。時(shí)為臨界穩(wěn)定，n d為負(fù)值時(shí)則代表暫態(tài)功角失穩(wěn)；
[0022] 2-2)計(jì)算暫態(tài)電壓安全裕度nv:首先分別計(jì)算暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度n vs和暫態(tài)電 壓偏移可接受性裕度nvd:
[0023]
[0024] nvd= [V^-^-kJJJXlOO%
[0025] 其中，H、S和Mm分別為感應(yīng)電動機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)差和機(jī)械功率；V和T分 別是母線的電壓偏移門檻值和允許的持續(xù)時(shí)間，v ext指暫態(tài)過程中母線電壓的極值，ki為把 臨界電壓偏移持續(xù)時(shí)間換算成電壓的折算因子；nvs為正值代表感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)定，n vd為正 值表示電壓偏移能夠接受。
[0026] 暫態(tài)電壓安全裕度nv定義為nvs和nvd之間的小者：
[0027] nv=min(nvs,nvd)
[0028] 2-3)計(jì)算暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度nf:
[0029] nf= [fext-(fcr-k2Tcr)]X100%
[0030] 其中和T"分別是母線的頻率偏移門檻值和允許的持續(xù)時(shí)間，f&指暫態(tài)過程 中母線頻率的極值，k2為把臨界頻率偏移持續(xù)時(shí)間換算成電壓的折算因子；nf為正值表示 頻率偏移可接受。
[0031] 本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明以系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻要求為基準(zhǔn)約束初步確定新能源 并網(wǎng)值，進(jìn)一步以暫態(tài)穩(wěn)定安全性約束條件評估該新能源并網(wǎng)值下多個(gè)預(yù)想故障集下電網(wǎng) 的安全穩(wěn)定特性，從整體調(diào)峰到局部安穩(wěn)校核全方位對新能源接納能力進(jìn)行了量化評估， 比現(xiàn)有的評估方法更加具體和全面；通過功角穩(wěn)定裕度、電壓安全裕度及頻率偏移可接受 性裕度三個(gè)量化指標(biāo)，可以直觀地衡量新能源消納規(guī)模對電網(wǎng)暫穩(wěn)能力影響的大小，為大 型新能源基地規(guī)劃建設(shè)提供直觀參考；依照失穩(wěn)模態(tài)下的新能源機(jī)組出力調(diào)整的靈敏度確 定新能源機(jī)組出力調(diào)整次序，調(diào)整后利用極限搜索能達(dá)到極限穩(wěn)定狀態(tài)，使新能源機(jī)組總 體調(diào)整量最小，最大限度地提高了新能源接納能力，能為調(diào)度運(yùn)行人員提供切實(shí)可行的調(diào) 控指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034] 如圖1，一種考慮暫態(tài)安全約束的新能源接納能力評估方法，包括以下步驟：
[0035] 步驟1是基于現(xiàn)有成熟的調(diào)峰計(jì)算方法初步計(jì)算得到滿足系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻約束的 新能源接納量，將其作為并網(wǎng)值，以此為基準(zhǔn)深化校核局部安穩(wěn)約束下的接納能力。具體而 言，包括以下內(nèi)容：統(tǒng)計(jì)電網(wǎng)內(nèi)電源、負(fù)荷、風(fēng)電特性，得到系統(tǒng)有功平衡基值；結(jié)合系統(tǒng)備 用安排（充分考慮自備電源、抽水蓄能容量等強(qiáng)迫出力容量）確定電網(wǎng)最大負(fù)荷時(shí)的電源 開機(jī)方式，并依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對負(fù)荷峰谷差予以預(yù)測，全面考慮各影響因素計(jì)算低 谷負(fù)荷時(shí)滿足系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻約束的新能源接納量的初值，以得到的新能源接納量的初值作 為新能源并網(wǎng)值的初值。
[0036] 步驟2是以局部安穩(wěn)約束涵蓋新能源外送通道熱穩(wěn)、暫穩(wěn)、動穩(wěn)各受限條件尤其 以暫穩(wěn)約束作為限制條件，充分考慮多種預(yù)想事故集，量化各預(yù)想事故集下的暫態(tài)功角穩(wěn) 定裕度、暫態(tài)電壓安全裕度及暫態(tài)頻率跌落可接受性裕度，幫助運(yùn)行規(guī)劃人員對新能源并 網(wǎng)消納后對電網(wǎng)的沖擊影響有直觀清晰地認(rèn)識。具體而言，包括以下內(nèi)容：基于新能源并網(wǎng) 值及其送出通道的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)定預(yù)想事故集并進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定安全評估，利用EEAC安 全穩(wěn)定量化分析算法對各故障集暫穩(wěn)校核結(jié)果進(jìn)行分析，得到各事故集下的暫態(tài)功角穩(wěn)定 裕度nd、暫態(tài)電壓安全裕度nv&暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度nf。
[0037] 暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度nd、暫態(tài)電壓安全裕度nv&暫態(tài)頻率偏移可接受性裕度nf 值的具體計(jì)算過程如下：
[0038] 步驟2-1 :優(yōu)先考量暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度n d，該裕度值計(jì)算方法如下：
[0039]
[0040] Ade。代表EEAC理論暫態(tài)過程中的動能減少面積，A in。代表動能增加面積；A dee> A in。 貝1J系統(tǒng)功角穩(wěn)定，Adec= Ain。時(shí)為臨界穩(wěn)定，n d為負(fù)值時(shí)則代表暫態(tài)功角失穩(wěn)。
[0041] 步驟2-2 :計(jì)算暫態(tài)電壓安全裕度nv，暫態(tài)電壓安全特性不僅要考慮系統(tǒng)受擾動 后維持母線電壓穩(wěn)定運(yùn)行的能力，還要考慮用戶對暫態(tài)過程中電壓跌落可接受性的要求。 因此，需要先計(jì)算暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度n vs和暫態(tài)電壓偏移可接受性裕度n vd。
[0042] 暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度nvs定義為：<