基于随机生产模拟的日前发电–备用双层决策模型

随着波动性的风光等新能源并网比例不断提高,电力系统需要配备更多的调节能力。如何量化应对新能源出力等不确定性所需的调节能力是大规模新能源接入系统面临的一个新问题。该文采用通用生成函数(universal generating function,UGF)建立包括风电出力、负荷出力及机组随机故障的不确定性模型,进而将UGF与随机生产模拟(probabilistic production simulation,PPS)相结合,旨在建立反映发电侧调节能力的运行备用容量与可靠性之间的关系;并通过建立日前发电-备用双层模型实现确保系统可靠运行的发电计划。上层规划模型根据预测的负荷、结合风电预测出力制定基于指定可靠性的备用容量约束的日前机组组合方案;下层模型考虑各种不确定性因素,利用基于UGF的PPS建立系统运行备用与可靠性的量化关系,进而校验上层规划的机组组合方案是否能提供足够的备用,不足时则反馈给上层进行修正。通过改进的IEEE-118节点系统的仿真计算验证了所提模型的合理性和方法的有效性。     

考虑风电出力状态转移和直流线路功率调整的AC/UHVDC系统静态可靠性及其灵敏度评估

对于风电和特高压直流(ultra-highvoltagedirect current,UHVDC)可靠性建模,已有很多独立研究。但针对含风电AC/UHVDC电力系统,同时考虑双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)结构、风电状态转移模型、交直流设备随机故障的研究不多,且往往基于简化DFIG结构和简化UHVDC可靠性模型。考虑上述因素,对系统进行可靠性评估和灵敏度分析。对DFIG多状态转移模型,从2种视角考虑风电出力与出力转移特性。引入直流功率调整以确定换流站控制方式。采用解析枚举、概率加权法,计算可靠性指标。提出可靠性指标对直流功率、DFIG有功出力灵敏度的解析表达。算例分析验证了所提算法的有效性和应用价值。     

基于加速时序蒙特卡洛法的风电场置信容量评估

随着风电资源接入电网规模的增大,如何快速准确地评估待建风电场的置信容量是电力系统规划时需要考虑的问题。文中基于有效载荷容量这一概念,根据新能源接入前后系统可靠性不变的原则,从负荷侧评价了风电资源的置信容量。在计算可靠性指标时,针对当前解析法无法考虑负荷曲线时序性而时序仿真法计算时间较长的问题,提出了一种可靠性指标的加速时序蒙特卡洛计算方法。在此基础上,在计算可靠性较高的系统风电置信容量时,将该方法和线性插值法相结合,避免了采用仿真法计算可靠性指标时的数值波动对弦截法迭代过程造成的不利影响。最后,利用甘青地区电网实际机组、负荷和风电出力数据设计了算例,并验证了算法的正确性。     

电力系统短期运行充裕性评估及决策

大量随机波动性电源接入给电力系统运行充裕性带来了显著影响,如何准确评估运行充裕性以及基于运行充裕性进行调度决策是新能源电力系统运行面临的新问题。以风电为例,同时考虑来自电源和负荷的双侧随机因素,将传统可靠性指标改进推广到短期运行充裕性评估中,并在此基础上提出了一个新的充裕性指标,对指标的数学含义和计算方法进行了讨论。以含风电电力系统的机组组合为例,研究所提指标在短期运行充裕性决策中的应用。算例首先对RBTS系统进行了运行充裕性评估,其次给出了所提充裕性指标约束下的机组组合方案。结果表明,所提指标能够更准确地刻画随机因素对系统运行充裕性的影响,基于充裕性指标的机组组合决策能够给出不同充裕性水平下的机组启停方案和出力计划以及对应的系统充裕性量化值。研究成果为随机波动性电源大规模接入电力系统的短期运行充裕性问题提供了一套评估指标和评估方法。     

计及超分辨率风电出力不确定性的连续时间鲁棒机组组合

随着风电在电力系统中渗透率的提高,调度时段内的风电出力波动越发剧烈,可能导致时段内爬坡不足,威胁电力系统在时段内的运行安全.针对这一问题,提出计及超分辨率风电出力不确定性的连续时间鲁棒机组组合模型和求解算法,该方法充分考虑时段内风电出力变化,给出对超分辨率风电出力不确定性鲁棒的调度方案.首先,基于连续时间建模方法,建立连续时间鲁棒经济调度模型,并对其中的超分辨率不确定性模型进行分析;然后,通过解空间变换,将代数空间的优化问题转换为易求解的函数空间优化问题,并通过列和约束生成算法进行求解,计算结果还原到代数空间;最后,通过算例结果验证了所提方法能够充分计及超分辨率风电出力的不确定性,提高调度方案的鲁棒性.     

基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估

电力系统中各种不确定性因素为安全风险评估工作带来困难,随机潮流计算可以计及这些不确定性因素。提出一种基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估方法,通过考虑风电时序特性的短期风电功率预测方法构造风电出力多场景;在快速解耦潮流模型的基础上,考虑电力系统功频静态特性,采用以半不变量为基础的改进Von Mises方法获得各状态变量的概率分布函数。除节点电压和支路功率外,可以得到系统频率的概率分布等统计信息,通过各状态变量越限概率和产生后果的严重程度等风险指标全面评估系统风险。IEEE 39节点系统的测试结果表明该方法的计算快速有效,具有在线应用前景。     

计及源-网-荷不确定性因素的马尔科夫链风电并网系统运行可靠性评估

考虑风电出力、元件故障及负荷波动对系统运行可靠性评估的影响,提出一种计及源-网-荷不确定性因素的马尔科夫链风电并网系统运行可靠性评估方法。首先建立不确定性因素等值运行可靠性模型;其次,将系统运行状态进行划分,建立风电并网系统马尔科夫链模型,进而根据系统状态样本数据得到马尔科夫链状态转移矩阵;再次,根据状态转移矩阵和当前运行状态,能够准确评估系统当前时刻可靠性水平,快速预测未来时刻状态概率,定量分析不确定性因素对运行可靠性的影响;最后,采用改进IEEE-RTS79系统,对文中所提模型和方法进行了验证,结果表明所提模型和方法的正确性和有效性。     

考虑新能源消纳能力的电力系统灵活性评估方法

针对大规模新能源发电接入后电力系统出现的弃风弃光与灵活性不足问题,提出了考虑弃风弃光手段的灵活性评估方法。首先分析电力系统灵活性需求侧新能源出力的不确定性和负荷预测的误差影响,通过净负荷曲线刻画反映电力系统灵活性需求;考虑了常规火电机组强迫停运的不确定性和机组出力变化的爬坡不确定性,对电力系统灵活性供给侧的常规火电机组开展随机评估;采用基于生产模拟的概率评价方法,在获取电力系统灵活性指标的基础之上,考虑弃风弃光对电力系统灵活性的影响,提出了考虑新能源消纳能力的灵活性评估方法,并通过IEEE RTS-24节点系统和IEEE118节点系统算例验证该评估方法的有效性。     

基于机组出力特征解析的风光储联合规划

合理配置风光储容量是实现新能源高效利用与负荷稳定运行的基础。针对“双碳”目标下 要构建以新能源为主体的新型电力系统的目标,提出了一种基于机组出力特征解析的风光储联合规划方法。首先,通过分析电力系统源-荷长时间尺度运行特性,揭示源-荷的一般运行规律,建立了机组时序出力比模型,解析机组出力特征;其次,进一步构建了基于机组出力特征解析的风光储联合规划模型,科学配置高比例新能源接入电力系统背景下的风光储容量;再次,设计了针对规划结果优劣性的源-储容量配比综合评价体系,从电力平衡、新能源消纳、碳减排3个方面对规划结果进行了综合评价;最后,以某大区电网为例进行了仿真。结果表明,所建模型能够基于对机组出力特征的解析配置出合理的风光储容量。     

基于切片采样-马尔科夫链蒙特卡洛模拟的高比例新能源电力系统等效惯量概率评估

风电、光伏新能源发电功率的不确定性给高比例新能源电力系统的等效惯量评估带来了新的挑战。基于确定性的惯量评估方法不能有效反映全分析时段高比例新能源电力系统惯量的时序变化态势。为了评估新能源波动所引起的系统惯量不确定性,该文提出了一种基于切片采样–马尔科夫链蒙特卡洛模拟(slice sample Markov chain Monte Carlo,S-MCMC)的系统等效惯量概率评估方法。首先,对高比例新能源电力系统惯量组成及特性进行了分析,并对同步旋转设备的有效机械惯量、风电光伏电源的有效虚拟惯量进行量化计算。然后,基于Copula函数建立风速和光照强度之间的相关性模型,利用S-MCMC对系统等效惯量进行概率评估,从而得到系统等效惯量时序变化区间。最后,以改进的IEEE 39节点系统进行仿真分析,验证了所提出方法及分析结果的有效性。     

考虑时变故障率的含分布式风电配电系统可靠性评估

分布式风电的间歇性和不确定性给配电系统的安全可靠运行带来影响.传统风电系统可靠性分析未考虑风速对风机故障的影响,或仅能提供系统可靠性指标的近似解.通过分析风速对风机故障率变化的作用机理,考虑风机故障率的时变特性,提出基于马尔可夫过程的分布式风电出力可靠性模型.在此基础上,基于通用生成函数方法这一解析方法,定量分析含分布式风电的配电系统可靠性.最后,通过改进IEEERBTS系统验证了该方法的有效性。     

大规模风电并网的电力系统运行灵活性评估

电力系统具有足够的灵活性对于接纳风电等可再生能源至关重要。为实现包含高比例可再生能源的未来清洁电力系统,亟需建立一套充分考虑风电波动性和随机性的电力系统运行灵活性定量评价指标体系。基于电力系统灵活性的定义和原理,提出了一套考虑大规模风电接入的电力系统灵活性定量评估指标体系,并基于蒙特卡洛模拟法和经济调度模型,提出了实用化的指标计算方法。该模型能够考虑风电及负荷的不确定性,并计入了风功率预测误差的时间相关性,从而反映了负荷不确定性和风功率预测不确定性对灵活性指标的不同影响原理。采用我国西北某电网实际风电场数据对所提算法进行了仿真分析,证明了风电不确定性和负荷不确定性对灵活性的影响存在本质区别,并定量研究了不同因素对灵活性指标的影响。     

考虑风电场接入的电网连锁故障运行风险评估

随着智能电网的兴起,大规模新能源的并网增加了系统的不确定性。为了研究风电接入对电网大停电的影响,从连锁故障的角度出发,结合输电线路和保护的运行可靠性模型,根据风电出力变化和系统当前运行状况,提出了连锁故障搜索模式,并基于效用理论提出连锁故障运行风险评估方法及相关指标。以IEEE-RTS 79系统为算例,分析不同的并网方案下风险指标的差异,评估风电渗透率、风电接入方式以及风电随机性对输电网连锁故障的影响,研究结果可为风电接入条件下的电网规划运行及防御大停电提供科学的理论依据和参考价值。     

计及新能源出力波动性的节点状态脆弱性评估

电网的状态脆弱性能够从运行状态角度反映电网所具有的抵御电压或频率扰动的能力.随着高渗透率可再生能源的接入,电力系统的运行方式和安全控制手段变得越来越复杂.有必要对现有的节点状态脆弱性评估方法进行改进,进一步考虑新能源机组特点及其出力波动性进行状态脆弱性评估.文章基于新能源电源并网点对外电网戴维南等值模型,提出一种新能源电源节点脱网免疫指标和计算方法,并在此基础上计及新能源电源出力的波动性,提出一种基于点估计法的新能源电源节点状态脆弱性指标.基于某省级电网实际算例对所述方法的正确性及有效性进行了验证分析.方法 能够对计及出力波动条件下的新能源机组脱网风险进行综合评估,可应用于对新能源电站不同接入方案的评估与规划.     

含风电电力系统机电振荡局部阻尼评估方法

精细评估风电接入后电力系统的阻尼特性,对于构建以新能源为主体的新型电力系统至关重要.机电振荡过程中始终伴随着暂态能量的耗散,能量耗散是产生阻尼的根本原因.通过计算元件级阻尼耗散,提出了含风电电力系统机电振荡局部阻尼评估方法.首先根据机电振荡分析的能量方法构建了含双馈风机的电力系统暂态能量函数;在此基础上,解析了耗散能量的时域轨迹.通过元件能量耗散与阻尼的关系,建立了阻尼贡献因子指标,用以评价系统局部阻尼贡献;通过对数据进行预处理和Prony分析,建立了基于轨迹信息的阻尼贡献因子指标计算流程.最后,通过多情况仿真分析验证了所提出局部阻尼评估方法的有效性.     

基于Copula理论的计及输入随机变量相关性的概率潮流计算

考虑不确定性因素和相关性因素对准确全面评估电力系统潮流运行特性具有重要意义。引入Copula理论构建具有相关性输入随机变量的概率分布模型;对于边缘分布不服从常见分布函数的输入随机变量,提出了一种根据实测离散数据构建其经验累积分布函数和逆函数的方法;并将Copula理论与蒙特卡罗仿真法相结合,提出了一种可灵活处理输入随机变量相关性的概率潮流计算方法。以实际风电出力为例,对由Copula理论所构建的具有相关性输入随机变量概率分布模型的准确性进行了评估,并在加入风电后的IEEE 57节点系统上分析了所提概率潮流计算方法的有效性。仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

考虑风电场灵活性及出力不确定性的机组组合

大规模并网风电的出力不确定性及反调峰特性给电力系统运行,尤其是机组组合的安全可靠性、经济性带来了严峻的挑战。合理构建风电出力不确定性模型,并将新的优化方法,如随机优化、鲁棒优化等应用到机组组合中已成为当前的研究热点。首先对风电场潜在调节能力进行了探讨,提出了一种新的风电调度模式及相应的机组组合模型。风电场在新的调度模式下将转变为一个"灵活"的参与者,而机组组合模型同时计及了风电场出力的不确定性。然后,以修订后的IEEE 39节点系统为基本算例对所提方法进行了仿真分析,结果表明所提出的方法可有效地提高电力系统运行的整体性能。此外,所提方法还可用于评估系统对风电的接纳能力。     

基于经验Copula函数的多风电场出力动态场景生成方法及其在机组组合中的应用

随着大规模风电接入电网,风电功率的随机性与波动性以及多风电场出力的相关性使得电力系统的运行与调度面临着新的挑战。引入经验Copula函数表征多风电场联合出力分布;对风电的波动性进行建模,利用ksdensity函数拟合风电功率波动量,通过逆变换抽样的方法生成符合风电随机性和波动性的场景集合;生成基于经验Copula函数的多风电场出力动态场景,并将其应用于含多风电场的电力系统随机机组组合问题的求解。算例结果验证了所提风电波动性建模方法的有效性与动态场景生成方法的可行性,同时提高了含多风电场电力系统运行的经济性。     

计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估

为了对新能源并网系统进行更合理的规划建设,提高其运行安全性,提出计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估模型。在包含风光出力不确定性、负荷波动、线路和发电机实时状态的基础上,考虑风光联合出力及天气对线路停运率的影响,以便更准确地进行风险评估。在计及电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷的传统风险指标体系基础上,增加了弃风弃光和稳态频率越限风险指标,更全面地考量风险来源。引入涵盖上述指标的综合风险指标,结合层次分析法与熵权法计算各个指标权重,所得结果更客观。采用非序贯蒙特卡洛法抽取系统状态进行风险评估,以IEEE-14节点系统为例,定性分析了新能源接入位置和风光联合出力对系统运行风险的影响,验证所提出模型和方法,为今后以风、光为代表的新能源并网系统运行风险评估提供参考。     

考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法

准确评估电力系统惯量是保障高比例新能源接入后系统安全稳定运行的基础。由于新能源出力具有不确定性，其虚拟惯量响应能力难以量化评估。据此，本文提出一种考虑风电不确定性的电力系统惯量评估方法。首先分析新型电力系统惯量特性，明确系统惯量与频率、功率波动量之间的数学关系；构建考虑新能源不确定性的系统辨识模型，采用鲁棒最小二乘法求解待辨识系统惯量参数；最后通过含风电场的四机两区系统仿真验证了本文方法连续实时评估的有效性及准确性，具有较强的工程适用性。