一種考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量檢測(cè)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于含風(fēng)機(jī)的配電網(wǎng)安全穩(wěn)定領(lǐng)域，更具體地，涉及一種考慮風(fēng)速和負(fù)荷 不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量檢測(cè)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電出力的波動(dòng)具有強(qiáng)烈的不確定性，其對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠性的影響隨著滲 透率的增加而越發(fā)突出。因此大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓水平下降、線路 傳輸功率超出熱極限、系統(tǒng)短路容量增加和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性改變等一系列問(wèn)題。升級(jí)現(xiàn)有 配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備可以解決以上問(wèn)題，但是需要大量的投資和基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)間，因 此就需要考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下的風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)入容量。
[0003] 風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)入容量是指在保證配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，系統(tǒng)所能接受的風(fēng)機(jī) 的最大容量。風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)入容量與較多因素有關(guān)，如電壓調(diào)整、系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓諧波、靜態(tài)安 全、相間短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定和孤島檢測(cè)盲區(qū)。但是上述研宄都預(yù)設(shè)風(fēng)電輸出為穩(wěn)定狀態(tài)， 沒(méi)有考慮風(fēng)速的不確定性。此外網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷處于波動(dòng)狀態(tài)，與風(fēng)速結(jié)合起來(lái)，增加了不缺 性因素的維度和分析的復(fù)雜度。傳統(tǒng)基于確定性因素對(duì)風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量進(jìn)行分析和計(jì)算的 方法，并沒(méi)有考慮這些不確定性變量的影響，無(wú)法保證系統(tǒng)在多種狀態(tài)下的安全運(yùn)行，因此 原有的確定性分析方法將不再適用，必須綜合考慮風(fēng)電出力和負(fù)荷不確定性的影響。本文 一種考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量魯棒優(yōu)化方法，該方法結(jié)合快速解耦法和魯 棒優(yōu)化理論，建立綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)出力和負(fù)荷的不確定性的單風(fēng)電準(zhǔn)入容量的優(yōu)化計(jì)算模 型，并且對(duì)于多點(diǎn)接入的風(fēng)電場(chǎng)，建立準(zhǔn)入容量計(jì)算的雙層優(yōu)化模型。該方法不需要確定風(fēng) 速和負(fù)荷的分布函數(shù)，減少對(duì)歷史數(shù)據(jù)和計(jì)算量的要求，綜合考慮節(jié)點(diǎn)電壓和線路容量約 束，可以保證在最惡劣情況下系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖且环N考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性的風(fēng) 機(jī)準(zhǔn)入容量檢測(cè)優(yōu)化方法，其中通過(guò)確定風(fēng)速和負(fù)荷的波動(dòng)范圍，提高了多種狀態(tài)下配電 網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性 的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量魯棒優(yōu)化方法其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0006] (1):獲取配電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)以及接入配電網(wǎng)的風(fēng)電參數(shù)，所述配電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)包 括：線路的阻抗、有功負(fù)荷與無(wú)功負(fù)荷分布、發(fā)電機(jī)組的有功輸出的上下限，擾動(dòng)的負(fù)荷點(diǎn)； 所述接入配電網(wǎng)風(fēng)電參數(shù)包括存在風(fēng)機(jī)接入點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速，額定風(fēng)速，切出風(fēng)速；基 于上述參數(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；
[0007] (2):利用步驟（1)所構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，求解得出用靈敏度矩陣表示的接入配 電網(wǎng)支路潮流方程：
[0009] 式中Pb、Qb分別表示所述接入配電網(wǎng)支路的傳輸有功和傳輸無(wú)功；Jg、Kg*別表示 所述發(fā)電機(jī)組有功功率關(guān)于支路傳輸有功和無(wú)功的靈敏度矩陣；Ji、I分別表示所述接入 配電網(wǎng)中負(fù)荷有功功率關(guān)于支路傳輸有功和無(wú)功的靈敏度矩陣；Pg、 Pl分別為所述發(fā)電機(jī) 組的輸出有功需求和負(fù)荷有功需求；
[0010] (3):同樣利用步驟（1)所構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，求解得出用靈敏度矩陣表示的接 入配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓方程V
[0011] V=
[0012] 式中Tg、I\分別表示所述發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷關(guān)于節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度矩陣；Pg、匕分別 為所述發(fā)電機(jī)組輸出有功需求和負(fù)荷有功需求；
[0013] (4):用盒式不確定集合表示風(fēng)速中的不確定量^ :
[0014]
[0015] Pw為風(fēng)機(jī)輸出功率；P^3風(fēng)機(jī)額定功率；V。為切入風(fēng)速，指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始并網(wǎng) 發(fā)電的最低風(fēng)速；t為額定風(fēng)速，風(fēng)機(jī)額定出力時(shí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速；V。表示預(yù)測(cè)的風(fēng)速平均值； ^為風(fēng)速的擾動(dòng)量；eT表示單位向量；u表示盒式集合。
[0016] (5):采用盒式集合表示N點(diǎn)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的靈敏度Jln的改變量
[0018] 式中AJln表示N點(diǎn)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的靈敏度的改變量；Jln表示N點(diǎn)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的靈敏度； k表示N點(diǎn)負(fù)荷波動(dòng)引起對(duì)應(yīng)靈敏度變化的波動(dòng)系數(shù)；eT表示單位向量u表示盒式集合；
[0019] (6):將風(fēng)速、負(fù)荷的不確定量、支路潮流方程以及接入配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓方程作為 因素，利用魯棒優(yōu)化算法構(gòu)建考慮負(fù)荷和風(fēng)速不確定性的魯棒優(yōu)化模型；
[0020] (7):當(dāng)系統(tǒng)接入單臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)，求解單點(diǎn)接入風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)入容量，計(jì)算結(jié)束并輸出風(fēng) 機(jī)容量，以完成風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量的魯棒優(yōu)化；
[0021] 當(dāng)系統(tǒng)接入多臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)以準(zhǔn)入容量和最大化為目標(biāo)函數(shù)，求解風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)入容量組 合，在下層優(yōu)化中，確定使得節(jié)點(diǎn)電壓和支路容量最大的容量組合，在上層優(yōu)化中，檢驗(yàn)所 述量最大的容量組合是否滿足節(jié)點(diǎn)電壓和支路容量約束；若否，刪除所述最大的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入 容量組合，重新選擇風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量組合，直到滿足節(jié)點(diǎn)電壓和支路容量約束；
[0022] (8)輸出風(fēng)機(jī)容量組合，以完成風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量的檢測(cè)優(yōu)化。
[0023] 總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu) 占.
[0024] 1、針對(duì)考慮風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量分析，本發(fā)明基于快速解耦法和魯 棒優(yōu)化理論，提出了魯棒優(yōu)化方法，該方法不用考慮風(fēng)速和負(fù)荷的分布函數(shù)，只需確定不確 定量的波動(dòng)范圍。
[0025] 2、采用本發(fā)明提出的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量魯棒優(yōu)化方法不僅可以實(shí)現(xiàn)在風(fēng)速和負(fù)荷不 確定下的風(fēng)機(jī)單點(diǎn)準(zhǔn)入研宄，還可以計(jì)算多點(diǎn)接入時(shí)風(fēng)機(jī)的容量組合。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量魯棒優(yōu)化方法 的實(shí)現(xiàn)流程示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的不同風(fēng)速范圍下的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量結(jié)果圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的不同負(fù)荷范圍下的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量結(jié)果圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的聯(lián)合考慮負(fù)荷和風(fēng)速不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量結(jié)果圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的不同多點(diǎn)接入風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的考慮風(fēng)速和負(fù)荷不確定性的風(fēng)機(jī)準(zhǔn)入容量魯棒優(yōu)化 方法包括如下步驟：
[0034] S1 :獲取配電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)以及接入配電網(wǎng)的風(fēng)電參數(shù)；
[0035] 系統(tǒng)參數(shù)包括：線路的阻抗、有功負(fù)荷與無(wú)功負(fù)荷分布、發(fā)電機(jī)組的有功輸出的上 下限；發(fā)電機(jī)組的功率因數(shù)，風(fēng)機(jī)接入點(diǎn)，存在擾動(dòng)的負(fù)荷點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速，額定風(fēng)速， 切出風(fēng)速；
[0036] S2:根據(jù)PQ分解法計(jì)算配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣B'、B"
[0038] 其中ru和xu分別為支路的電阻和感抗，bi為節(jié)點(diǎn)i的接地支路的電納。
[0039] S3:將節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣B'、B"中有關(guān)電源和負(fù)荷的子矩陣提取出來(lái)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)電 壓的增量AV和相角的增量△ 0 :
[0040] A0 = (Brg)_1APg+(B1, )_1AP1
[0041]
[0042] 式中APg、APi分別為發(fā)電機(jī)輸出有功和負(fù)荷有功需求的增量；tan%tan仍分別 為發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的功率因數(shù)；B'g、Bi'分別為矩陣B'中與發(fā)電機(jī)和負(fù)荷對(duì)應(yīng)的子矩陣；B"g、B"i分別為矩陣B"中與發(fā)電機(jī)和負(fù)荷對(duì)應(yīng)的子矩陣；
[0043] S4 :求解用靈敏度矩陣表示的支路潮流方程：
[0044] 系統(tǒng)支路潮流方程為：
[0045] PiJ=(V/-ViVjCos0iPGij-ViVjBijSin0
[0046] QiJ=-VJ/^sin0ir (Vj-VAcos0jB。.
[0047] 式中PfQij分別為支路ij傳輸?shù)挠泄蜔o(wú)功；0u為支路ij兩端的相角差。Vp '為支路ij兩端的節(jié)點(diǎn)電壓。B分別為支路ij的電導(dǎo)和電納值。
[0048] 求解支路潮流增量的表達(dá)方程
[0049] APb=EA0
[0050] AQb=FAV
[0051] 式中APb、AQb為支路傳輸有功和無(wú)功的增量；E、F分別對(duì)應(yīng)的靈敏度矩陣
[0052] 聯(lián)合節(jié)點(diǎn)電壓和相角的增量表達(dá)式，求解用靈敏度矩陣表示的支路潮流方程：
[0053]
[0055] 式中Pb、Qb分別表示所述接入配電網(wǎng)支路的傳輸有功和傳輸無(wú)功；Jg、1(8分別表示 所述發(fā)電機(jī)組有功功率關(guān)于支路傳輸有功和無(wú)功的靈敏度矩陣；Ji、I分別表示所述接入 配電網(wǎng)中負(fù)荷有功功率關(guān)于支路傳輸有功和無(wú)功的靈敏度矩陣；Pg、 Pl分別為所述發(fā)電機(jī) 組的輸出有功需求和負(fù)荷有功需求；
[0056] S5 :采用相同的辦法求解節(jié)點(diǎn)電壓V的表達(dá)式
[0057] V=
[0058] 式中Tg、I\分別表示所述發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷關(guān)于節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度矩陣；Pg、匕分別 為所述發(fā)電機(jī)組輸出有功需求和負(fù)荷有功需求。
[0059] S6用盒式不確定集合表示風(fēng)速中的不確定量
[0060] 風(fēng)機(jī)輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系表達(dá)式為：