一种考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法

一种考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源接纳能力评估领域，具体涉及一种从电网暂态安全稳定角度评 估电网对新能源大规模并网接纳能力的评估方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，风电光伏新能源装机并网规模迅猛增长，新能源的大规模开发利用一定 程度上缓解了传统能源枯竭和环境污染问题。然而，以风电光伏为代表的新能源具有出力 不确定性、随机性、反调峰的特点，其并网接入对电网的规划运行及调度安排带来了不小困 难。此外，由于风电光伏机组转速与电网频率解耦、隐含惯量的特点，其大规模集中并网对 系统特性带来了改变，给电网安全稳定运行带来了更大风险和挑战。因此，有必要研宄电网 如何在满足安全稳定运行的同时实现对新能源的最大接纳能力。
[0003]目前电力规划和调度部门主要基于电力系统调峰约束和频率约束计算新能源的 接纳能力，也有基于经济调度和基于稳定的接纳能力评估等方法。然而，基于调峰调频约束 的评估方法只简单从全网调峰调频需求考虑了峰谷差系数、强迫出力容量、区域交换功率 等常规因素，忽略了新能源并网点网架结构的约束；基于经济调度评估方法从新能源并网 综合经济效益视角评估其最优接纳容量。这些方法或计及到调峰调频但忽略了通道约束， 或单纯从经济性指标入手评估新能源的接纳能力，对新能源接纳能力的衡量都比较片面和 局限，没有全面系统地从全网约束和局部安稳校核予以通盘评估，因此有待进一步完善。

【发明内容】

[0004] 本发明目的是：为了克服上述现有评估方法的不足，提出一种考虑暂态安全约束 的新能源接纳能力评估方法，该方法以整体调峰约束为基准明确全网新能源开机投运边 界，以暂态安全约束为深化进一步校核新能源各接入点及其外送通道最大输电能力。
[0005] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
[0006] 1)统计电网内电源、负荷及风电特性，得到系统有功平衡基值；结合系统备用安 排，确定电网最大负荷时的电源开机方式，并依据电网实际运行经验对负荷峰谷差予以预 测，全面考虑各影响因素计算低谷负荷时满足系统调峰调频约束的新能源接纳量的初值， 以得到的新能源接纳量的初值作为新能源并网值的初值；
[0007] 2)基于新能源并网值及其送出通道的网架结构特点设定预想事故集并进行暂态 稳定安全评估，利用安全稳定量化分析算法EEAC对各故障集暂稳校核结果进行分析，得到 各事故集下的暂态功角稳定裕度n d、暂态电压安全裕度nv&暂态频率偏移可接受性裕度 nf；
[0008] 3)选取暂态功角稳定裕度、暂态电压安全裕度和暂态频率偏移可接受性裕度中的 最小值作为暂态安全裕度n :
[0009]n=min(nd,nv,nf)
[00i0] 然后对各故障集下暂态安全裕度值按从小到大的次序排列，其中暂态安全裕度值 为0代表临界稳定、为负值代表暂态不稳定、为正值代表稳定且绝对值越大稳定度越高；
[0011] 4)若所有预想事故集下暂态安全裕度值均大于等于零，则系统是暂态安全的，认 为步骤1)中满足调峰调频约束的新能源并网值能全部消纳，结束本方法；若存在暂态稳定 裕度值小于零的故障集，则该新能源并网值不能满足系统暂稳约束条件，进入下一步；
[0012] 5)选出所有暂态安全裕度值为负值的事故组成限制性故障集，进入下一步；
[0013] 6)计算新能源机组出力调整的灵敏度系数：
[0014]
[0015] 其中，U为第i个失稳模态方式下第m个新能源机组的出力调整的灵敏度系数、 用第i个失稳模态方式下调整第m个新能源机组的出力所导致系统暂态安全裕度变化量与 新能源机组出力变化量的比值表示，A ni表示调整新能源机组出力所引起系统暂态安全 裕度的变化量，△ Pm表示第m个新能源机组的出力变化量，灵敏度系数kmi越高，代表调整该 新能源机组出力对失稳模态的回稳控制效果越明显；
[0016] 按照计算出的灵敏度系数由高到低排列确定新能源机组的出力调整次序，进入下 一步；
[0017] 7)按照上步确定的新能源机组出力调整次序依次调整新能源机组出力，以EEAC 理论和暂态电压及频率安全裕度的灵敏度分析为基础进行极限搜索计算，求取参数稳定极 限，得到控制机组及其出力调整的优化调整方案，返回步骤2)重新对事故集进行暂态安全 裕度评估，直至所有事故集暂态安全，调整后的新能源机组总出力即为考虑暂态安全的新 能源接纳量。
[0018] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中暂态功角稳定裕度nd、暂态电压 安全裕度nv及暂态频率偏移可接受性裕度n f的具体计算过程如下：
[0019] 2-1)首先考量暂态功角稳定裕度nd，该裕度值计算方法如下：
[0020]
[0021 ] Ade。代表EEAC理论暂态过程中的动能减少面积，A in。代表动能增加面积；A dee> A inc 贝1J系统功角稳定，Adec= A in。时为临界稳定，n d为负值时则代表暂态功角失稳；
[0022] 2-2)计算暂态电压安全裕度nv:首先分别计算暂态电压稳定裕度n vs和暂态电 压偏移可接受性裕度nvd:
[0023]
[0024] nvd= [V^-^-kJJJXlOO%
[0025] 其中，H、S和Mm分别为感应电动机的惯性时间常数、转差和机械功率；V和T分 别是母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，v ext指暂态过程中母线电压的极值，ki为把 临界电压偏移持续时间换算成电压的折算因子；nvs为正值代表感应电动机稳定，n vd为正 值表示电压偏移能够接受。
[0026] 暂态电压安全裕度nv定义为nvs和nvd之间的小者：
[0027] nv=min(nvs,nvd)
[0028] 2-3)计算暂态频率偏移可接受性裕度nf:
[0029] nf= [fext-(fcr-k2Tcr)]X100%
[0030] 其中和T"分别是母线的频率偏移门槛值和允许的持续时间，f&指暂态过程 中母线频率的极值，k2为把临界频率偏移持续时间换算成电压的折算因子；nf为正值表示 频率偏移可接受。
[0031] 本发明的有益效果如下：本发明以系统调峰调频要求为基准约束初步确定新能源 并网值，进一步以暂态稳定安全性约束条件评估该新能源并网值下多个预想故障集下电网 的安全稳定特性，从整体调峰到局部安稳校核全方位对新能源接纳能力进行了量化评估， 比现有的评估方法更加具体和全面；通过功角稳定裕度、电压安全裕度及频率偏移可接受 性裕度三个量化指标，可以直观地衡量新能源消纳规模对电网暂稳能力影响的大小，为大 型新能源基地规划建设提供直观参考；依照失稳模态下的新能源机组出力调整的灵敏度确 定新能源机组出力调整次序，调整后利用极限搜索能达到极限稳定状态，使新能源机组总 体调整量最小，最大限度地提高了新能源接纳能力，能为调度运行人员提供切实可行的调 控指导。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
[0034] 如图1，一种考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤1是基于现有成熟的调峰计算方法初步计算得到满足系统调峰调频约束的 新能源接纳量，将其作为并网值，以此为基准深化校核局部安稳约束下的接纳能力。具体而 言，包括以下内容：统计电网内电源、负荷、风电特性，得到系统有功平衡基值；结合系统备 用安排（充分考虑自备电源、抽水蓄能容量等强迫出力容量）确定电网最大负荷时的电源 开机方式，并依据电网实际运行经验对负荷峰谷差予以预测，全面考虑各影响因素计算低 谷负荷时满足系统调峰调频约束的新能源接纳量的初值，以得到的新能源接纳量的初值作 为新能源并网值的初值。
[0036] 步骤2是以局部安稳约束涵盖新能源外送通道热稳、暂稳、动稳各受限条件尤其 以暂稳约束作为限制条件，充分考虑多种预想事故集，量化各预想事故集下的暂态功角稳 定裕度、暂态电压安全裕度及暂态频率跌落可接受性裕度，帮助运行规划人员对新能源并 网消纳后对电网的冲击影响有直观清晰地认识。具体而言，包括以下内容：基于新能源并网 值及其送出通道的网架结构特点设定预想事故集并进行暂态稳定安全评估，利用EEAC安 全稳定量化分析算法对各故障集暂稳校核结果进行分析，得到各事故集下的暂态功角稳定 裕度nd、暂态电压安全裕度nv&暂态频率偏移可接受性裕度nf。
[0037] 暂态功角稳定裕度nd、暂态电压安全裕度nv&暂态频率偏移可接受性裕度nf 值的具体计算过程如下：
[0038] 步骤2-1 :优先考量暂态功角稳定裕度n d，该裕度值计算方法如下：
[0039]
[0040] Ade。代表EEAC理论暂态过程中的动能减少面积，A in。代表动能增加面积；A dee> A in。 贝1J系统功角稳定，Adec= Ain。时为临界稳定，n d为负值时则代表暂态功角失稳。
[0041] 步骤2-2 :计算暂态电压安全裕度nv，暂态电压安全特性不仅要考虑系统受扰动 后维持母线电压稳定运行的能力，还要考虑用户对暂态过程中电压跌落可接受性的要求。 因此，需要先计算暂态电压稳定裕度n vs和暂态电压偏移可接受性裕度n vd。
[0042] 暂态电压稳定裕度nvs定义为：< br>[0043]
[0044] 其中，H、S和Mm分别为感应电动机的惯性时间常数、转差和机械功率，n vs为正值 代表感应电动机稳定。
[0045] 暂态电压偏移可接受性裕度nvd的计算方法如下：
[0046] nvd= [Vext-(Vcr-kJcr)]X100%
[0047] 其中V。,和T。,分别是母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，Vext指暂态过程 中母线电压的极值，ki为把临界电压偏移持续时间换算成电压的折算因子。nvd为正值表 不电压偏移可接受。
[0048] 暂态电压安全裕度nv定义为n vs和n vd之间的小者，即
[0049] nv= min(n vs, n vd)
[0050] 步骤2-3用于计算暂态频率偏移可接受性裕度n f，表示暂态过程中系统对频率跌 落可接受性的要求。由于负荷在不同频率偏移值下允许的持续时间不同，因而暂态过程中 频率异常的时间历程必须针对不同的频率偏移值用不同的最大持续时间来约束。
[0051] 暂态频率偏移可接受性裕度的计算方法如下：
[0052] nf= [fext-(fcr-k2Tcr)]X100%
[0053] 其中，f。,和T分别是母线的频率偏移门槛值和允许的持续时间，f ext指暂态过程 中母线频率的极值，k2为把临界频率偏移持续时间换算成电压的折算因子；n f为正值表示 频率偏移可接受。
[0054] 步骤3 :选取暂态功角稳定裕度、暂态电压安全裕度和暂态频率偏移可接受性裕 度中的最小值作为暂态安全裕度n :
[0055] n = min (n d, n v, n f)
[0056] 然后对各故障集下暂态安全裕度值按从小到大的次序排列，其中暂态安全裕度值 为0代表临界稳定、为负值代表暂态不稳定、为正值代表稳定且绝对值越大稳定度越高。
[0057] 步骤4 :若所有预想事故集下暂稳裕度均大于等于零，则系统是暂态安全的，认为 步骤1中调峰调频约束下的新能源并网值能全部消纳，流程结束；若存在暂态稳定裕度小 于零的故障集，则该新能源并网值不能满足系统暂稳约束条件，进入下一步。
[0058] 步骤5 :选出所有暂态安全裕度为负值的事故组成限制性故障集，进入下一步。
[0059] 步骤6 :计算新能源机组出力调整的灵敏度系数：
[0060]
[0061] 其中，U为第i个失稳模态方式下第m个新能源机组的出力调整的灵敏度系数、 用第i个失稳模态方式下调整第m个新能源机组的出力所导致系统暂态安全裕度变化量与 新能源机组出力变化量的比值表示，A ni表示调整新能源机组出力所引起系统暂态安全 裕度的变化量，△ Pm表示第m个新能源机组的出力变化量，灵敏度系数kmi越高，代表调整该 新能源机组出力对失稳模态的回稳控制效果越明显。按照灵敏度系数由高到低排列确定新 能源机组的出力调整次序，进入下一步。
[0062] 步骤7 :按照上步确定的新能源机组出力调整次序依次调整新能源机组出力，以 EEAC理论和暂态电压及频率安全裕度的灵敏度分析为基础进行极限搜索计算，求取参数稳 定极限，得到控制机组及其出力调整的优化调整方案。返回步骤2重新对事故集进行暂态 安全裕度评估，直至所有事故集暂态安全，调整后的新能源机组总出力即为考虑暂态安全 的新能源接纳量。
[0063] 总而言之，该方法充分考虑新能源并网对电网的安全稳定性影响，整体调峰调频 约束可实现对区域新能源并网消纳量的初步规模判别，利用局部暂稳校核结果进一步明确 各新能源并网点的实际接纳能力，并利用功角稳定裕度、电压安全裕度及频率跌落可接受 性裕度三个量化指标和失稳模态下的风电机组出力调整性能指标为调度运行人员提供切 实可行的调控指导，遵循确定的调整次序不断修正新能源出力直至达到极限稳定状态。该 方法能使新能源机群总体调整量最小，最大限度地提高了风电并网消纳能力，从而能使系 统运行在较高安全稳定水平的同时实现对新能源的最大接纳。由于本发明充分考虑新能源 并网对电网的安全稳定性影响，对于配套电源及基础设施建设严重滞后新能源装机规模的 千万千瓦级大型风光基地（如西北敦煌风电基地、青海鱼卡光伏、新疆风光基地等）尤为适 用。
[0064] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不 脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因 此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
【主权项】
1. 一种考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 统计电网内电源、负荷及风电特性，得到系统有功平衡基值；结合系统备用安排，确 定电网最大负荷时的电源开机方式，并依据电网实际运行经验对负荷峰谷差予以预测，全 面考虑各影响因素计算低谷负荷时满足系统调峰调频约束的新能源接纳量的初值，以得到 的新能源接纳量的初值作为新能源并网值的初值； 2) 基于新能源并网值及其送出通道的网架结构特点设定预想事故集并进行暂态稳定 安全评估，利用安全稳定量化分析算法EEAC对各故障集暂稳校核结果进行分析，得到各事 故集下的暂态功角稳定裕度n d、暂态电压安全裕度η 暂态频率偏移可接受性裕度n f; 3) 选取暂态功角稳定裕度、暂态电压安全裕度和暂态频率偏移可接受性裕度中的最小 值作为暂态安全裕度η : n = min (n d, η ν, η f) 然后对各故障集下暂态安全裕度值按从小到大的次序排列，其中暂态安全裕度值为ο 代表临界稳定、为负值代表暂态不稳定、为正值代表稳定且绝对值越大稳定度越高； 4) 若所有预想事故集下暂态安全裕度值均大于等于零，则系统是暂态安全的，认为步 骤1)中满足调峰调频约束的新能源并网值能全部消纳，结束本方法；若存在暂态稳定裕度 值小于零的故障集，则该新能源并网值不能满足系统暂稳约束条件，进入下一步； 5) 选出所有暂态安全裕度值为负值的事故组成限制性故障集，进入下一步； 6) 计算新能源机组出力调整的灵敏度系数：其中，kmi为第i个失稳模态方式下第m个新能源机组的出力调整的灵敏度系数、用第 i个失稳模态方式下调整第m个新能源机组的出力所导致系统暂态安全裕度变化量与新能 源机组出力变化量的比值表示，Δ n 1表示调整新能源机组出力所引起系统暂态安全裕度 的变化量，△ Pm表示第m个新能源机组的出力变化量，灵敏度系数kmi越高，代表调整该新能 源机组出力对失稳模态的回稳控制效果越明显； 按照计算出的灵敏度系数由高到低排列确定新能源机组的出力调整次序，进入下一 步； 7) 按照上步确定的新能源机组出力调整次序依次调整新能源机组出力，以EEAC理论 和暂态电压及频率安全裕度的灵敏度分析为基础进行极限搜索计算，求取参数稳定极限， 得到控制机组及其出力调整的优化调整方案，返回步骤2)重新对事故集进行暂态安全裕 度评估，直至所有事故集暂态安全，调整后的新能源机组总出力即为考虑暂态安全的新能 源接纳量。2. 根据权利要求1所述的考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法，其特征在 于，所述步骤2)中暂态功角稳定裕度rid、暂态电压安全裕度Il v及暂态频率偏移可接受性 裕度n f的具体计算过程如下： 2-1)首先考量暂态功角稳定裕度n d，该裕度值计算方法如下：Ade。代表EEAC理论暂态过程中的动能减少面积，A in。代表动能增加面积；A de。〉A in。则 系统功角稳定，Adec= Ain。时为临界稳定，n d为负值时则代表暂态功角失稳； 2-2)计算暂态电压安全裕度riv:首先分别计算暂态电压稳定裕度η vs和暂 态电压偏移可接受性裕度n vd:n vd= [vext-(Vcr-VTcr)] x ioo % 其中，h、s和Mm分别为感应电动机的惯性时间常数、转差和机械功率；v "和τ "分别是 母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，Vrait指暂态过程中母线电压的极值，k $把临界 电压偏移持续时间换算成电压的折算因子；n vs为正值代表感应电动机稳定，n vd为正值表 示电压偏移能够接受。 暂态电压安全裕度η v定义为n vs和n vd之间的小者： n V= min( n vs, nvd) 2-3)计算暂态频率偏移可接受性裕度rif: nf= [Hk2Tcr)] X100% 其中，4和τ "分别是母线的频率偏移门槛值和允许的持续时间，f ext指暂态过程中母 线频率的极值，k2为把临界频率偏移持续时间换算成电压的折算因子；η ,为正值表示频率 偏移可接受。
【专利摘要】本发明公开了一种考虑暂态安全约束的新能源接纳能力评估方法，属于新能源接纳能力评估领域。本发明基于EEAC理论将暂态安全约束加入到现有新能源接纳能力评估方法中，在以调峰调频约束为基准的现有评估方法上，充分考虑外送通道的暂态安全稳定约束，量化暂态功角稳定裕度、暂态电压安全裕度及暂态频率跌落可接受性裕度，依照失稳模态下的新能源机组出力调整灵敏度高低确定机组调整次序。本发明能实现暂态失稳限制故障集下新能源机组出力的最优调整，在满足电网安全稳定运行的同时实现对新能源并网的最大接纳。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN104882905
【申请号】CN201510145945
【发明人】周霞, 李威, 李碧君, 崔晓丹, 李兆伟, 吕亚洲, 张晋, 牛拴保, 霍超, 程林
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国家电网公司西北分部
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月30日