一種含風電場電力系統的可用輸電能力的獲取方法
【技術領域】
[0001] 發明屬于電力系統輸配電技術領域，特別涉及一種含風電場電力系統的可用輸電 能力的獲取方法。
【背景技術】
[0002] 現代電力系統的發電、用電、電力市場運營以及系統安全穩定性對可用輸電能 力都具有很高的要求。因此，如何高效、準確的計算可用輸電能力（availabletransfer capability，下文簡稱ATC)已成為電力市場研宄的一個重要部分。
[0003] 隨著我國風電規模的不斷增大，有關風電并網、穩定等問題日益凸顯。由于風速難 以預測，間歇性和波動性給系統帶來新的不確定性因素。如何處理好風電給電力系統帶來 的不確定性因素，保證電力交易安全穩定地進行，是需要解決的問題。
[0004] 現階段ATC的計算方法主要分為兩類：概率性求解和確定性求解。為了保證速度， ATC的在線計算多采用確定性的方法，常常忽略系統中大量存在的不確定性因素，而概率性 的求解方法能夠克服確定性方法的上述缺陷，所得結果也更加符合實際情況。由于風電功 率的隨機性和間歇性，會給風電并網系統的ATC計算增加一些不確定性，因此采用概率性 的方法評估其對ATC的影響較為合適。
[0005] 概率性方法中，傳統MCS方法通過大量抽樣仿真，來模擬ATC模型中節點功率、設 備故障等不確定的情況，但大量仿真計算耗時較長，難以應用于實際工程；基于拉丁超立方 采樣的MonteCarlo計算方法，雖然計算時間有所減少，但仍然需要大量采樣點來保證計算 精度；基于點估計法的概率ATC計算，計算速度快，精度較高，但對相關性處理較復雜。現 有的方法呈現出計算量較大、耗時較多，且對相關性處理計算復雜的特點，難以實現工程應 用。
【發明內容】
[0006] 發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種既能保證快速高 效地獲取結果，又能對隨機變量相關性進行方便處理，使獲得的結果更加精確的含風電場 電力系統概率可用輸電能力的獲取方法。
[0007] 技術方案：本發明提供了一種含風電場電力系統的可用輸電能力的獲取方法，包 括以下步驟：
[0008] 步驟1 :建立風機概率模型；
[0009] 步驟2 :將各設備的初始參數輸入系統中，所述初始參數包括：系統中各節點的電 壓幅值、相角；各節點發電機有功功率和無功功率；各節點負荷有功功率和無功功率；節點 的導納矩陣；傳輸線路的有功功率和無功功率；
[0010] 步驟3 :程序初始化；設定控制變量、狀態變量、發電機有功功率和無功功率上下 限、負荷節點有功功率和無功功率上下限、線路的最大輸電容量；
[0011] 步驟4 :將風速和系統負荷作為隨機變量，向系統輸入隨機變量的期望和協方差 矩陣，根據對稱采樣的無跡變換（unscentedtransformation,下文簡稱UT)技術確定隨機 輸入隨機變量采樣點的個數、位置和所占比重，每個采樣點對應一種系統抽樣狀態；
[0012] 步驟5 :將系統每一種抽樣狀態代入非線性變換模型，進行確定性ATC計算，從而 得到變換后Sigma點的值；
[0013] 步驟6 :變換后的Sigma點根據權重加權求和得到ATC的概率評估指標；所述概率 評估指標為輸出變量的期望和協方差矩陣；
[0014] 步驟7 :輸出步驟6中獲得結果。
[0015] 進一步，步驟1中所述的風機概率模型包括風速模型、風機有功功率模型和風機 無功功率模型。
[0016] 工作原理：本發明利用無跡變換中近似非線性函數的分布的思想，對含風電場電 力系統中風機出力、負荷波動、設備故障等不確定因素進行概率建模，并將其等效為若干概 率分布。根據特定的采樣策略，確定Sigma樣本點的個數、位置以及相應的權重信息等。這 些Sigma樣本點全面包含輸入隨機變量的統計信息，進而得到較高計算精度和采樣效率。 之后，將Sigma樣本點帶入基于內點法的確定性計算模型中，經過加權求解最終得到ATC概 率特性指標。
[0017] 有益效果：本發明與現有技術相比，既能保證快速高效地獲取結果，又能對隨機變 量相關性進行方便處理，能夠方便地處理相鄰風電場風速相關性，使獲得的結果更加精確。
【附圖說明】
[0018] 圖1 :本發明方法流程圖；
[0019] 圖2 :風力發電機出力特性曲線；
[0020] 圖3 :變速恒頻風電機組轉速特性；
[0021] 圖4 :IEEE30節點系統圖；
[0022] 圖5 :IEEE118節點系統圖；
[0023] 圖6 :IEEE30節點系統節點電壓幅值均值；
[0024] 圖7 :IEEE30節點系統節點電壓幅值標準差；
[0025] 圖8 :IEEE30節點系統在不同相關系數下標準差的相對誤差；
[0026] 圖9 :IEEE118節點系統在不同相關系數下標準差的相對誤差。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合圖1，對本發明作詳細說明：
[0028] 1.風機概率建模：
[0029] 1)風速模型
[0030] 風電場輸出功率取決于風速、風機模型與風電場規模，此外還受風機故障、尾流效 應等影響。根據大量實測數據，一個地區的風速v近似服從韋伯分布（下文中簡稱Weibull分布），其分布函數為：
[0031]Fw(v) = 1-exp[-(v/c)k] (1)
[0032] 式中w表示韋伯分布；v表示瞬時風速；k為形狀系數，取值在1. 8?2. 3 ;c為尺 度系數，其為常數，反映了該地區的平均風速。
[0033] 2)風機有功功率模型
[0034] 雙饋感應風機為目前大規模風電場裝機的主流機型之一，單臺風機發電功率隨風 速變化關系為：
[0035]
【主權項】
1. 一種含風電場電力系統的可用輸電能力的獲取方法，其特征在于：包括w下步驟： 步驟1;建立風機概率模型； 步驟2 ;將各設備的初始參數輸入系統中，所述初始參數包括：系統中各節點的電壓幅 值、相角；各節點發電機有功功率和無功功率；各節點負荷有功功率和無功功率；節點的導 納矩陣；傳輸線路的有功功率和無功功率； 步驟3 ;程序初始化；設定控制變量、狀態變量、發電機有功功率和無功功率上下限、負 荷節點有功功率和無功功率上下限、線路的最大輸電容量； 步驟4 ;將風速和系統負荷作為隨機變量，向系統輸入隨機變量的期望和協方差矩陣， 根據對稱采樣的UT技術確定隨機輸入隨機變量采樣點的個數、位置和所占比重，每個采樣 點對應一種系統抽樣狀態； 步驟5 ;將系統每一種抽樣狀態代入非線性變換模型，進行確定性ATC計算，從而得到 變換后Sigma點的值； 步驟6 ;變換后的Sigma點根據權重加權求和得到ATC的概率評估指標；所述概率評估 指標為輸出變量的期望和協方差矩陣； 步驟7 ;輸出步驟6中獲得結果。
2. 根據權利要求1所述的含風電場電力系統的可用輸電能力的獲取方法，其特征在 于；步驟1中所述的風機概率模型包括風速模型、風機有功功率模型和風機無功功率模型。
【專利摘要】本發明公開了一種含風電場電力系統的可用輸電能力的獲取方法。本發明將一種無跡變換的非線性變換應用于含風電場電力系統概率可用輸電能力的計算，解決了計算過程中相鄰風電場風速相關性難以處理的問題，在保證精度的前提下提高了計算效率。該方法按照一定的規律選取一系列Sigma點，利用有限的點來表示整個樣本空間，并通過內點法最優潮流法對每個樣本進行確定性的求解計算，從而得到含風電場電力系統概率可用輸電能力的期望、標準差等概率指標，豐富的概率指標可以給運行人員提供更多參考。
【IPC分類】G06F19-00, H02J3-00
【公開號】CN104617578
【申請號】CN201510088966
【發明人】孫國強, 楚云飛, 衛志農, 孫永輝, 李逸馳, 高楷
【申請人】河海大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月26日