[发明专利]一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法

摘要

本发明公开了一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，包括以下步骤：确定安全性对频率的要求；确定充裕性对频率的要求；设计评价指标。本发明构造了一个新的充裕性指标——失频率期望，定量地描述电力系统频率在事故后的偏移程度和可能性，用以反映事故扰动对电力系统供电能力的影响。本发明在设计中，同时考虑电力系统充裕度和安全性要求，从长期(一个月到一年)和短期(分钟级)两个时间尺度出发，分别对频率的累积越限时间和持续越限时间进行约束，结合安全裕度指标，通过理论推导，得到评价指标的解析表达，实现对稳态下频率长期和短期波动态势的要求，具有完备的理论基础。

主权项

1.一种基于电力系统可靠性的有功平衡控制性能评价方法，所述的可靠性包括充裕性和安全性，其特征在于：具体包括以下步骤：A、确定安全性对频率的要求安全性用来描述电力系统承受突然扰动时的不间断供电能力，也叫动态可靠性；为保证电力系统运行安全，需保证在出现扰动的情况下，频率波动对电力系统供电能力造成的不良影响，在电力系统可承受的范围之内；频率在异常状态下对电力系统产生的“持续效应”和“累积效应”是影响电力系统安全性的主要因素，分别影响电力系统的短期安全和长期安全；所述的扰动是指电力系统的运行事故或故障；A1、确定短期安全性对频率的要求频率偏移的“持续效应”对设备造成的影响直接关系到电力系统运行的短期安全性，电力系统中的元件和设备对异常的频率都有各自能够承受的最长持续时间，且根据异常频率的大小不同，相应的最长持续时间也不同，表示为T_n(ΔF_m)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N；其中，ΔF_m表示第m个异常频率；T_n()表示第n个设备或元件能够承受的最长持续时间；整个电力系统所有元件或设备能够承受的最长持续时间用M*N阶矩阵CX描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下电力系统中各个元件或设备能够承受的最长持续时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔF_m的最大持续时间，表示为：CX_m＝(T₁(ΔF_m),T₂(ΔF_m),…,T_N(ΔF_m))   (2)整个电力系统能够承受的最长持续时间T_m为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：T_m＝min(CX_m)    (3)min(CX_m)＝min(T₁(ΔF_m),T₂(ΔF_m),…,T_N(ΔF_m))   (4)通过规范控制区域的调节行为，约束频率持续越限的时间，公式表示为：T(|ΔF′|≥ΔF_m)≤T_m     (5)式中，ΔF′为扰动下的频率偏差，T()表示电力系统频率持续越限的时间；上式反映了在扰动情况下，电力系统短期安全性对频率波动态势的要求；A2、确定长期安全性对频率的要求与“持续效应”不同的是，频率偏移的“累积效应”对电力系统产生的影响是个长期的积累过程，需要在较长的时间内考察；“累积效应”直接关系到电力系统运行的长期安全性，不同类型、不同厂家的设备对频率偏移的累积时间都有限制要求；和电力系统能够承受的最大持续时间一样，最大累积时间也和异常频率的大小有关，表示为t_n(ΔF_m)，m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N；其中，ΔF_m表示第m个异常频率；t_n()表示第n个设备或元件能够承受的最长累积时间；整个电力系统所有元件或设备能够承受的最大累积时间用M*N阶矩阵LJ描述，其中，包括M个行向量，分别表示M个异常频率下，电力系统中各个元件或设备能够承受的最大累积时间，表示为：每个行向量包括N个元素，分别表示N个元件或设备承受同一个异常频率ΔF_m的最大累积时间，表示为：LJ_m＝(t₁(ΔF_m),t₂(ΔF_m),…,t_N(ΔF_m))    (7)整个电力系统能够承受的最长累积时间t_m为所有元件或设备承受时间中的最小值，表示为：t_m＝min(LJ_m)    (8)min(LJ_m)＝min(t₁(ΔF_m),t₂(ΔF_m),…,t_N(ΔF_m))    (9)通过规范区域的调节行为，约束频率累积越限时间，用公式表示为：t(|ΔF′|≥ΔF_m)≤t_m   (10)式中，t()为异常频率在一段长时间内的累积越限时间；根据概率论原理，时间取1年，则上式表示为：P(|ΔF′|≥ΔF_m)≤P_m     (11)式中，P()表示一年中频率越限的概率；t_year表示一年的时间；上式反映了在扰动情况下，电力系统长期安全性对频率波动态势的要求；B、确定充裕性对频率的要求为防止大扰动危害电力系统的安全性，保证电力系统可靠性达到期望的水平，需要保证稳态下频率的波动范围具有安全裕度来应对大扰动带来的影响，这就是充裕性对频率的要求；B1、构造新充裕性指标—失频率期望依据事故扰动所引起的电力系统频率偏移的期望，来定量地描述电力系统频率在事故后的偏移程度和可能性，用以反映事故扰动对电力系统供电能力的影响；据此，依据频率为参量构造一个新的充裕性指标—失频率期望：式中，E_ELOF为失频率期望；X为充裕性分析中可能出现的所有状态集合；I_f(x)为电力系统状态二值函数，故障状态取1，正常状态取0；ΔF(x)为电力系统状态x下的频率偏移量，其由EDNS指标中的失负荷量除以频率自然响应系数β得到，或根据历史事故统计数据得到；P(x)为电力系统状态x出现的概率；EDNS指标为期望缺供电力指标；B2、构造安全裕度指标稳态下频率波动具有安全裕度是电力系统充裕性的要求；因此，需要定义安全裕度指标来描述稳态下频率波动应有的安全裕度，为指标设计提供依据；此裕度指标依据式(13)构造的失频率期望E_ELOF得到，E_AOFC＝α·E_ELOF    (14)式中，E_AOFC为安全裕度指标；α为安全裕度系数，取值大于1；C、设计评价指标评价方法的关键是确定安全的频率波动范围，保证稳态下频率波动具有充裕度，以应对扰动给频率带来的影响，最终满足电力系统安全性的要求；C1、设计短期评价指标短期评价指标的设计思路是以保证电力系统运行的短期安全为基础，考虑异常频率具有的“持续效应”，根据电力系统能够承受的最大持续时间，结合频率安全裕度指标，形成稳态下频率的短期波动态势要求，即短期评价指标；在式(5)的基础之上，引入频率控制的裕度指标E_AOFC，得到稳态下电力系统频率短期波动态势的要求，公式表示为：T(|ΔF|≥ΔF_m‑E_AOFC)≤T_m    (15)式中，ΔF为稳态下的频率偏差；上式能够保证频率在稳态下的波动具有裕度空间，来应对扰动引起的频率偏移；根据电力系统频差和区域ACE之间的如下关系：所述的ACE为区域控制误差Area Control Error的简称；式中，B_s和E_ACE,s分别为电力系统总的频率偏差系数和ACE；B_i和E_ACE,i分别为单个区域的频率偏差系数和ACE；n为电力系统包含的控制区域数量；ACE为区域控制误差Area Control Error的简称；得到对区域ACE的约束要求如下：E_ACE,i≤f(B_i,T_m,E_AOFC,ΔF_m)   (19)式中，f(B_i,T_m,E_AOFC,ΔF_m)为对区域ACE的约束函数，由电力系统能够承受的最长累积时间T_m、对应的频差限值ΔF_m、裕度指标E_AOFC和控制区域的频率偏差系数B_i确定；由于ΔF_m取不同的异常频差，相对应的T_m不同，因此通过式(19)得到的短期评价指标有很多组；C2、设计长期评价指标长期评价指标的设计思路是以保证电力系统运行的长期安全为基础，考虑异常频率具有的“累积效应”，根据电力系统能够承受的最大累积时间，结合频率安全裕度指标，形成稳态下频率的长期波动态势要求，即长期评价指标；在式(11)的基础之上，引入频率控制的裕度指标E_AOFC，得到稳态下电力系统频率的长期波动态势要求；用公式表示为，P(|ΔF|≥ΔF_m‑E_AOFC)≤P_m     (20)上式保证频率在稳态下的波动具有裕度空间，来应对扰动引起的频率偏移；假设频差在1年中的波动态势满足正态分布，那么通过约束频率偏移的标准差，来实现上式分布概率的约束，用公式表示为：RMS(|ΔF|)≤δ     (21)式中，RMS()为求标准差运算；δ为标准差限值，根据P_m及ΔF_m‑E_AOFC的大小，结合正态分布概率表得到。