專利名稱：含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的擴(kuò)展規(guī)劃和安全性分析領(lǐng)域，具體講，涉及含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法。
背景技術(shù)：
我國風(fēng)能資源豐富，多個大風(fēng)電基地建設(shè)已進(jìn)入國家風(fēng)電發(fā)展統(tǒng)籌規(guī)劃之中。但由于風(fēng)電具有間歇性和不確定性，其集中接入對電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行都會帶來極大的影響。再加之大型風(fēng)電基地大都位于電力系統(tǒng)的末梢、功率無法就地消納，且風(fēng)電具有建設(shè)周期短的特點，致使風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)必須與其他形式電源和電網(wǎng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃[I]。但目前，關(guān)于風(fēng)電與電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃的研究還并不完善。文獻(xiàn)[2]以大規(guī)模風(fēng)電場群為研究對象提出了考慮其功率匯聚特性的外送輸電容量靜態(tài)優(yōu)化方法。文獻(xiàn)[3]將風(fēng)電場的輸出功率、負(fù)荷變化等不確定因素以場景分析和概率計算的方式描述，建立了輸電網(wǎng)規(guī)劃的柔性規(guī)劃模型并使用遺傳算法求解。文獻(xiàn)[4]通過建立輸電網(wǎng)的機(jī)會約束規(guī)劃模型來處理風(fēng)電出力的不確定性。由于風(fēng)速的時變性，風(fēng)電場出力每時每刻都在不斷變化，而無論是基于多場景的方法還是基于概率統(tǒng)計的方法都難以模擬風(fēng)速突然變化的系統(tǒng)條件(缺少對規(guī)劃水平年全年8760小時按小時乃至更短時段的系統(tǒng)進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度仿真)，因此也就難以精確地模擬系統(tǒng)的調(diào)節(jié)(調(diào)頻調(diào)峰)特性和計及系統(tǒng)的備用容量。雖然已有文獻(xiàn)使用了蒙特卡羅模擬法評估風(fēng)電接入系統(tǒng)規(guī)劃方案的可靠性[5，6]，但并未涉及風(fēng)電接入后系統(tǒng)的動態(tài)安全性，更沒有綜合考慮電源、電網(wǎng)規(guī)劃方案對環(huán)境的影響。參考文獻(xiàn)[I]白建華，辛頌旭，賈德香.我國風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)面臨的規(guī)劃和運(yùn)行問題分析.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，21 (2) 7-11.[2]穆鋼，崔楊，嚴(yán)干貴.確定風(fēng)電場群功率匯聚外送輸電容量的靜態(tài)綜合優(yōu)化方法.中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31 (I) :15-19.[3]袁越，吳博文，李振杰，等.基于多場景概率的含大型風(fēng)電場的輸電網(wǎng)柔性規(guī)劃.電力自動化設(shè)備，2009，29 (10) 8-12.[4] Yu H, Chung C Y, Wong K P, et al. A chance constrained transmissionnetwork expansion planning method with consideration of load and wind farmuncertainties. IEEE Transactions on Power Systems，2009，24(3) :1568-1576.[5]Billinton R, Wangdee W, Reliability-based transmission reinforcementplanning associated with large-scale wind farms， IEEE Transactions on PowerSystems，2007，22(I) :34-41[6]Billinton R，Gao Y，Karki R. Composite System Adequacy AssessmentIncorporating Large-Scale Wind Energy Conversion Systems Considering Wind SpeedCorrelation. IEEE Transactions on Power Systems，2009，24(3) :1375-138
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為規(guī)劃方案的安全性評估提供一個系統(tǒng)化方法和較為完善的評估流程，將電力系統(tǒng)規(guī)劃的視角從傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估拓寬為社會價值的評估，為規(guī)劃方案安全性評估中嵌入連鎖事故的影響提供工具，使系統(tǒng)安全性的評估更為全面、合理。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，包括下列步驟
第一步，建立計及系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)安全性價值的電源、電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃模型，其中含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的成本主要包括如下幾個方面的內(nèi)容①風(fēng)電的開發(fā)成本Cw;②除風(fēng)電外其他電源的投資與運(yùn)行維護(hù)成本Cg ;③輸變電設(shè)備的投資與運(yùn)行維護(hù)成本Cn 預(yù)防控制成本Cpm 緊急控制成本f ;⑥控制措施無效的社會損失成本C°ut ;⑦網(wǎng)損成本C1t5ss ；首先可根據(jù)電源電網(wǎng)的已知數(shù)據(jù)求得①-③；第二步，開始對候選規(guī)劃方案進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)行模擬，從而評估方案的安全性價值首先根據(jù)預(yù)測的每天各時段的節(jié)點負(fù)荷和風(fēng)電出力進(jìn)行日前機(jī)組組合，以確定在負(fù)荷和風(fēng)電出力波動的條件下，當(dāng)前的電源規(guī)劃方案是否能夠滿足系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和各時段備用容量的要求；第三步，在機(jī)組組合之后，逐時段地對系統(tǒng)進(jìn)行安全性評估在某一時段，首先進(jìn)行預(yù)想事故掃描和連鎖事故預(yù)測，篩選出該時段需要考慮的單一故障的預(yù)想事故集和可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集，共同構(gòu)成該時段的預(yù)想事故集；第四步，對該預(yù)想事故集，通過“積極約束松弛法”進(jìn)行安全性綜合控制優(yōu)化，得到最優(yōu)的預(yù)防控制預(yù)想事故集和緊急控制預(yù)想事故集的劃分，并在每一時段的預(yù)防控制優(yōu)化與緊急控制優(yōu)化模型中使用安全域方法實現(xiàn)了動態(tài)安全約束的計及，從而能夠求出該時段的最優(yōu)控制方案和相應(yīng)的預(yù)防控制成本、緊急控制成本以及控制無效的社會損失，即得到系統(tǒng)在該時段的總的安全成本；第五步，通過對規(guī)劃水平年全年8760小時的評估，并結(jié)合電源、電網(wǎng)規(guī)劃方案的初始投資，即得出規(guī)劃方案全年總的安全性成本，結(jié)合第一步，即可得出規(guī)劃方案的總成本，以此作為評價規(guī)劃方案的依據(jù)。第四步進(jìn)一步細(xì)化為(I)計及安全性成本的電力系統(tǒng)規(guī)劃模型計及安全性成本C以后總成本最小的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案，其數(shù)學(xué)描述如下minC = Cw+Cg+Cn+Cpre+Cemer+Cout+Closs(I)(2)安全性價值評估流程首先根據(jù)預(yù)測的每天各時段的節(jié)點負(fù)荷和風(fēng)電出力進(jìn)行日前機(jī)組組合，以確定在負(fù)荷和風(fēng)電出力波動的條件下，當(dāng)前的電源規(guī)劃方案是否能夠滿足系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和各時段備用容量的要求，機(jī)組組合的方法是首先得出系統(tǒng)的凈負(fù)荷曲線，即負(fù)荷減去風(fēng)電出力，再據(jù)此對常規(guī)機(jī)組進(jìn)行組合；此處的機(jī)組組合是沒有考慮網(wǎng)絡(luò)約束在內(nèi)的；在機(jī)組組合之后，逐時段地對系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，在某一時段，首先進(jìn)行預(yù)想事故掃描和連鎖事故預(yù)測，篩選出該時段需要考慮的單一故障的預(yù)想事故集和可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集，共同構(gòu)成該時段的預(yù)想事故集，對該預(yù)想事故集，通過安全性綜合控制優(yōu)化，得到最優(yōu)的預(yù)防控制預(yù)想事故集和緊急控制預(yù)想事故集的劃分，從而能夠求出該時段的最優(yōu)控制方案和相應(yīng)的預(yù)防控制成本、緊急控制成本以及控制無效的社會損失，即得到系統(tǒng)在該時段的總的安全成本，通過對規(guī)劃水平年全年8760小時的評估，并結(jié)合電源、電網(wǎng)規(guī)劃方案的初始投資，即可得出規(guī)劃方案全年總的安全性成本。安全性成本計算方法細(xì)化為設(shè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由n+1個節(jié)點，nb條線路組成，其中節(jié)點0為松弛節(jié)點，用G := {I,2,…，ng}表示發(fā)電機(jī)節(jié)點的集合；用L := {ng+l,…，n}表示負(fù)荷節(jié)點的集合；用N表示全部節(jié)點的集合，即N = GULUO ;用B表示全部線路的集合；CTS為單一故障的預(yù)想事故集，CTS由需采取預(yù)防控制措施的預(yù)想事故集即預(yù)防性控制集rp和需采取緊急控制措施以確保穩(wěn)定性的預(yù)想事故集即緊急控制集組成；CTS。為可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集3. I預(yù)防控制成本Cpire預(yù)防控制成本由三部分構(gòu)成
權(quán)利要求
1.一種含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，包括下列步驟 第一步，建立計及系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)安全性價值的電源、電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃模型，其中含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的成本主要包括如下幾個方面的內(nèi)容①風(fēng)電的開發(fā)成本Cw ；②除風(fēng)電外其他電源的投資與運(yùn)行維護(hù)成本Cg輸變電設(shè)備的投資與運(yùn)行維護(hù)成本Cn ；④預(yù)防控制成本Cpm 緊急控制成本f ;⑥控制措施無效的社會損失成本C°ut 網(wǎng)損成本C1t5ss ;首先可根據(jù)電源電網(wǎng)的已知數(shù)據(jù)求得①-③； 第二步，開始對候選規(guī)劃方案進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)行模擬，從而評估方案的安全性價值首先根據(jù)預(yù)測的每天各時段的節(jié)點負(fù)荷和風(fēng)電出力進(jìn)行日前機(jī)組組合，以確定在負(fù)荷和風(fēng)電出力波動的條件下，當(dāng)前的電源規(guī)劃方案是否能夠滿足系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和各時段備用容量的要 求； 第三步，在機(jī)組組合之后，逐時段地對系統(tǒng)進(jìn)行安全性評估在某一時段，首先進(jìn)行預(yù)想事故掃描和連鎖事故預(yù)測，篩選出該時段需要考慮的單一故障的預(yù)想事故集和可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集，共同構(gòu)成該時段的預(yù)想事故集； 第四步，對該預(yù)想事故集，通過“積極約束松弛法”進(jìn)行安全性綜合控制優(yōu)化，得到最優(yōu)的預(yù)防控制預(yù)想事故集和緊急控制預(yù)想事故集的劃分，并在每一時段的預(yù)防控制優(yōu)化與緊急控制優(yōu)化模型中使用安全域方法實現(xiàn)了動態(tài)安全約束的計及，從而能夠求出該時段的最優(yōu)控制方案和相應(yīng)的預(yù)防控制成本、緊急控制成本以及控制無效的社會損失，即得到系統(tǒng)在該時段的總的安全成本； 第五步，通過對規(guī)劃水平年全年8760小時的評估，并結(jié)合電源、電網(wǎng)規(guī)劃方案的初始投資，即得出規(guī)劃方案全年總的安全性成本，結(jié)合第一步，即可得出規(guī)劃方案的總成本，以此作為評價規(guī)劃方案的依據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，第四步進(jìn)一步細(xì)化為 (1)計及安全性成本的電力系統(tǒng)規(guī)劃模型計及安全性成本C以后總成本最小的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案，其數(shù)學(xué)描述如下 minC = Cw+Cg+Cn+Cpre+Cemer+Cout+Closs(I) (2)安全性價值評估流程 首先根據(jù)預(yù)測的每天各時段的節(jié)點負(fù)荷和風(fēng)電出力進(jìn)行日前機(jī)組組合，以確定在負(fù)荷和風(fēng)電出力波動的條件下，當(dāng)前的電源規(guī)劃方案是否能夠滿足系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰和各時段備用容量的要求，機(jī)組組合的方法是首先得出系統(tǒng)的凈負(fù)荷曲線，即負(fù)荷減去風(fēng)電出力，再據(jù)此對常規(guī)機(jī)組進(jìn)行組合；此處的機(jī)組組合是沒有考慮網(wǎng)絡(luò)約束在內(nèi)的； 在機(jī)組組合之后，逐時段地對系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，在某一時段，首先進(jìn)行預(yù)想事故掃描和連鎖事故預(yù)測，篩選出該時段需要考慮的單一故障的預(yù)想事故集和可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集，共同構(gòu)成該時段的預(yù)想事故集，對該預(yù)想事故集，通過安全性綜合控制優(yōu)化，得到最優(yōu)的預(yù)防控制預(yù)想事故集和緊急控制預(yù)想事故集的劃分，從而能夠求出該時段的最優(yōu)控制方案和相應(yīng)的預(yù)防控制成本、緊急控制成本以及控制無效的社會損失，即得到系統(tǒng)在該時段的總的安全成本，通過對規(guī)劃水平年全年8760小時的評估，并結(jié)合電源、電網(wǎng)規(guī)劃方案的初始投資，即可得出規(guī)劃方案全年總的安全性成本。
3.如權(quán)利要求I或2所述的含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，安全性成本計算方法細(xì)化為 設(shè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由n+1個節(jié)點，nb條線路組成，其中節(jié)點O為松弛節(jié)點，用G:= {1,2,…，ng}表示發(fā)電機(jī)節(jié)點的集合；用L := {ng+l,…，n}表示負(fù)荷節(jié)點的集合；用N表示全部節(jié)點的集合，即N = GULUO ;用B表示全部線路的集合；CTS為單一故障的預(yù)想事故集，CTS由需采取預(yù)防控制措施的預(yù)想事故集即預(yù)防性控制集rp和需采取緊急控制措施以確保穩(wěn)定性的預(yù)想事故集即緊急控制集r e組成；CTS。為可能引起線路連鎖停運(yùn)的預(yù)想事故集 .3.I預(yù)防控制成本CT6 預(yù)防控制成本由三部分構(gòu)成
4.如權(quán)利要求I所述的含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，其特征是，“積極約束松弛法”是，首先讓預(yù)防控制負(fù)責(zé)全部預(yù)想事故的安全性，這時預(yù)防控制成本最大，緊急控制成本為零；然后把預(yù)防控制子問題中部分或全部起作用的約束，即“積極約束”所對應(yīng)的事故從預(yù)防控制預(yù)想事故集1\中“松弛”出來，并入1\中，重新進(jìn)行新約束下的內(nèi)層優(yōu)化，并觀察總成本的變化；如果總成本變大，則上一次優(yōu)化得到的結(jié)果就是最優(yōu)解；如果總成本變小，則仍需把該步中的部分或全部積極約束所對應(yīng)的事故也并入1\，繼續(xù)進(jìn)行新的內(nèi)層優(yōu)化；如此反復(fù)進(jìn)行，直到總成本不再減小為止。
5.如權(quán)利要求I所述的含大規(guī)模風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，其特征是，安全性綜合控制優(yōu)化是，用預(yù)防控制和緊急控制來共同保證所有預(yù)想事故的安全性，同時使安全性控制的總成本最小，模型如下
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的擴(kuò)展規(guī)劃和安全性分析領(lǐng)域。為規(guī)劃方案的安全性評估提供一個系統(tǒng)化方法和較為完善的評估流程，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，含大風(fēng)電的電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的安全性價值評估方法，包括下列步驟第一步，建立計及系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)安全性價值的電源、電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃模型，第二步，開始對候選規(guī)劃方案進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)行模擬；第三步，在機(jī)組組合之后，逐時段地對系統(tǒng)進(jìn)行安全性評估；第四步，對該預(yù)想事故集，通過“積極約束松弛法”進(jìn)行安全性綜合控制優(yōu)化，得到最優(yōu)的預(yù)防控制預(yù)想事故集和緊急控制預(yù)想事故集的劃分；第五步，得出規(guī)劃方案的總成本，以此作為評價規(guī)劃方案的依據(jù)。本發(fā)明主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的擴(kuò)展規(guī)劃和安全性分析。
文檔編號G06Q50/06GK102637289SQ20121011019
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者余貽鑫, 呂曉陽, 王靖然 申請人:天津大學(xué)