[发明专利]一种计及新能源影响的电网静动态结合脆弱性评估方法

权利要求书

1.一种计及新能源影响的电网静动态结合脆弱性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：采用区间数表示新能源的不确定性，基于区间直流潮流的最小切负荷模型计算各节点的区间静态指标；

步骤2：基于单机等效延伸方法计算各节点的稳定性裕度，并根据稳定性裕度的正负对应计算各节点的动态性能指标；

步骤3：综合两种指标对网络节点进行排序，分析评估网络节点的脆弱性，建立不确定信息下电网节点脆弱性综合指标；

其中，步骤1具体包括：

1-1：建立基于区间直流潮流的最小切负荷模型；

1-2：求出区间静态性能指标SPII(Static Performance Interval Indices)，在稳态条件下通过各自节点的静态性能区间值指标SPII对各节点进行排序；SPII值的计算采用基于区间直流潮流的最小切负荷模型，获取每个节点切负荷的总量；区间静态性能指标用来衡量一个节点的临界程度；对于一个给定节点的SPII值是根据发生在特定灾害场景的切负荷区间值总量构造的；对于系统中的某个节点i，首先，考虑当节点i发生突发故障时，使用区间直流潮流方法分析这个突发场景；如果检测到负荷过载，使用式(1)所示的基于区间直流潮流的最小切负荷模型计算相应的切负荷区间量，并使用式(2)计算节点i的SPII值Q_i：

式中，Q_i为节点i的静态性能区间值指标，为节点i的区间切负荷量；

1-3：提出基于可能度的区间指标排序方法；

式(2)所得的静态性能指标Q为区间数，无法进行直接大小比较，必须借助适当的转换方法才能进行比较；所以采用基于可能度的区间数排序法对所有节点的区间静态性能指标进行排序：

记Q＝[Q^-,Q⁺]＝{x|Q^-≤x≤Q⁺}，称Q为一个区间数；当Q_i,Q_j同时为区间数或者有一个为区间数时，设Q_i＝[Q_i^-,Q_i⁺]，Q_j＝[Q_j^-,Q_j⁺]，且记l_i＝Q_i⁺-Q_i^-，l_j＝Q_j⁺-Q_j^-，则称：

为Q_i≥Q_j的可能度，且记i与j的次序关系为对于各节点的区间静态指标值，把其中的区间数两两比较，利用式(3)求得的值为矩阵元素构成的可能度矩阵P＝(p_ij)_N×N，并利用如下的排序公式(4)得到可能度矩阵P的排序向量ω中元素ω_i，并对其大小进行排序，

1-4：静态排序的算法流程；

基于以上分析，不确定信息下节点静态排序的流程如下所示：

1)读取电力网络拓扑及运行特性数据；

2)枚举考虑各节点的突发事故；

3)对于网络中的突发事故，首先使用区间直流潮流分析在当前事故下是否有线路过载，如果发现过载，进入步骤4)，否则进入步骤5)；

4)使用式(1)所示的基于区间直流潮流的最小切负荷模型对故障事件进行切负荷计算，并保存当前故障下的区间切负荷值，算法继续；

5)如果没有余下的突发事件进行分析，输出切负荷结果；

6)按式(3)和式(4)对输出结果进行基于可能度的区间数排序方法进行排序；

7)输出最终的排序结果，算法终止，得到各节点的静态区间脆弱性指标结果；

所述步骤2具体包括：

2-1：建立计及波动性新能源的动态排序模型；

利用一种新方法来提高单机等效SIME(Single Machine Equivalent)方法的稳定性和精确性，评估具有波动性新能源系统的动态脆弱性，其实质为通过一个正弦函数来预估单机等效系统的传输功率转移函数，进而计算系统的稳定性裕度；

采用改进的单机等效法对新能源系统进行暂态稳定性评估，能够更快和更准确地计算系统的稳定性裕度，动态排序的目标函数为预估清除故障后几毫秒内系统的稳定性裕度，为计算稳定性裕度，首先通过式(5)计算故障后的单机无穷大母线故障后的功率转移特性曲线P_e(δ)：

式中，δ为等效机械转子角；E_m(δ)为滞后暂态电抗的等效电压，其建模为转子角的函数；E_∞为无穷大母线电压，为一个常数；P₀为等效单机无穷大母线的额定电压；

对于加入新能源电源的系统中某一节点发生的故障，单机等效法将故障后系统的失步看成是主导机群CMs(Critical Machines)和非主导机群NMs(Non-Critical Machines)之间功角的相对振荡，在时域仿真的基础上，将包含新能源电源的多机系统等效为单机无穷大母线系统；式(5)中参数E_m(δ)为滞后主导机群中发电机的暂态电抗的平均电压值，即：

式中，C为主导机群的集合，N_C为主导机群中发电机的数量；式(5)中参数X_e估算为每个发电机的外阻抗加权平均值加上自身的暂态阻抗：

式中，M_k为惯性系数，x′_dk和x_ek分别为发电机k的暂态电抗和外阻抗，M_C为主导机群集合C中所有惯性系数M_k之和；

根据以上预估的功率转移特性，稳定性裕度定义为OMIBP_e-δ曲线减速区域超过加速区域的面积：

η＝A_dec-A_acc (8)

式中，η为系统的稳定性裕度，A_acc为系统加速区域，代表故障时期储存的系统动能；A_dec为系统减速区域，代表系统在故障后能够使用的最大潜在能量；于是，如果加速区域小于最大减速区域，OMIB系统就是暂态稳定的，换句话说，系统在η＜0的情况下不稳定，在η＞0的情况下稳定，等于0的情况下临界稳定；

2-2：提出计及波动性新能源电源的动态性能指标；

根据步骤2-1所得稳定性裕度的正负，提出了两种不同形式的动态性能指标；

正裕度指标I_p主要是依据发电机转子角轨迹接近电势边界的距离所决定的：

式中，δ_u为单机等效法不稳定均衡点的角度，δ_r为转子回归角，δ_s为故障后平衡点角度，δ_a为一小常数角；正裕度指标I_p的值范围在0到1之间，其中0代表处于临界稳定状态，1代表非常稳定；

对于不稳定的轨迹，负裕度指标I_m为：

式中，Vke_min和Vke_max分别为故障后单机等效法轨迹的最小系统动能和最大动能值；其范围在-1到0之间，其中0代表临界不稳定状态，-1表示为一个高不稳定条件；系统动能值的计算如下所示：

式中，n为发电机数目，ω_k为发电机k的角速度；

2-3：提出动态指标排序方法；

对于步骤2-2中两种不同形式的动态性能指标，由于正负值的差别，不能直接进行数值比较，使用归一化的方法对两种指标进行处理后得到动态性能指标Wd_i：

式中，I_Pi和I_mi为节点i的正裕度指标和负裕度指标；

2-4：动态排序算法流程；

应用单机等效延伸方法的动态排序方法可用如下所示的步骤计算：

1)读取计及新能源接入的系统拓扑图和运行参数；

2)应用暂态稳定性准则选取节点加入三相短路故障；

3)对给定故障进行时域仿真，确定CMs和NMs；

4)采用惯量中心坐标，将CMs和NMs分别等效，系统降阶为双机系统；

5)进一步将系统等效为无穷大母线系统，计算OMIB参数，包括：功角曲线，角速度曲线和加速功率曲线；

6)根据式(5)-式(8)计算稳定性裕度η，并根据式(9)和式(10)计算相应的裕度指标；

7)重复2)-6)，直至所有节点仿真完成，输出所有指标结果；

8)对结果按式(12)进行归一化处理，并排序。