[發(fā)明專利]計(jì)及風(fēng)電不確定性的基于安全域的電力系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610121046.8
• 申請(qǐng)日: 2016-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105591387A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉艷麗;余貽鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/06
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/06;H02J3/46;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種計(jì)及風(fēng)電不確定性的基于安全域的電力系統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)方法，包括：基于安全域 定義安全轉(zhuǎn)移概率；采用正態(tài)分布描述負(fù)荷和傳統(tǒng)發(fā)電注入的不確定性，采用雙參數(shù)的 Weibull分布描述風(fēng)速的隨機(jī)變化建立風(fēng)電場(chǎng)的概率模型，從而確定節(jié)點(diǎn)注入功率的概率模 型；最后，基于超平面形式的安全域邊界的表達(dá)式和以半不變量為基礎(chǔ)的級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算 安全轉(zhuǎn)移概率；具體步驟如下：

步驟一：基于安全域定義安全轉(zhuǎn)移概率：

給定t時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)注入為y(t)，系統(tǒng)在t時(shí)刻由狀態(tài)i到狀態(tài)j(i≠j)對(duì)應(yīng)的安全轉(zhuǎn)移概 率μ_ij(t)是指，當(dāng)y(t)屬于靜態(tài)安全域Ω_ss(i)時(shí)，y(t)處于動(dòng)態(tài)安全域Ω_d(i,j,F)的條件概 率；形式如公式(1)所示，其中：用“＝：”表示定義；用∈表示屬于；B事件發(fā)生的條件下 A事件發(fā)生的條件概率用Pr{A|B}表示，即

μ_ij(t)＝:Pr{y(t)∈Ω_d(i,j,F)|y(t)∈Ω_ss(i)}(1)

式(1)中，μ_ij(t)對(duì)應(yīng)的是事件擾動(dòng)致使系統(tǒng)圖形發(fā)生改變的情況，描述的是事件擾動(dòng) 前系統(tǒng)處于狀態(tài)i是靜態(tài)安全的，事件擾動(dòng)后系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到拓?fù)錉顟B(tài)j，系統(tǒng)可維持暫態(tài)穩(wěn)定 的概率；對(duì)于確定型的節(jié)點(diǎn)注入功率，μ_ij(t)取值為0或1；對(duì)于不確定型的節(jié)點(diǎn)注入功率， μ_ij(t)是一個(gè)隨機(jī)變量，取值在[0,1]區(qū)間；

定義在t時(shí)刻由狀態(tài)i到結(jié)構(gòu)狀態(tài)j(i＝j(luò))的安全轉(zhuǎn)移概率如公式(2)所示，其中：用表 示不屬于；

μjj(t)=:limΔt→01ΔtPr{y(t+Δt)∉Ωss(j)|y(t)∈Ωss(j)}---(2)]]>

步驟二：確定節(jié)點(diǎn)注入功率的概率模型：

風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率由風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率決定，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出 功率與風(fēng)輪機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速關(guān)系用如下分段函數(shù)表示：

Pw=0v<vci or v≥vcoa+bvvci≤v<vrPrvr≤v<vco---(3)]]>

式(3)中，P_w為風(fēng)機(jī)的輸出功率；P_r為風(fēng)機(jī)的額定輸出功率；v表示風(fēng)速；v_ci、v_r和v_co分別對(duì)應(yīng)切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速；a和b是常系數(shù)；

若忽略風(fēng)電場(chǎng)尾流效應(yīng)和場(chǎng)內(nèi)電氣損耗，風(fēng)電場(chǎng)匯流母線上的注入功率是風(fēng)電場(chǎng)的輸 出功率，等于全部風(fēng)機(jī)輸出功率的總和，即

P_farm＝N_wP_w(4)

式(4)中，N_w為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)；

用雙參數(shù)的Weibull分布近似描述一個(gè)地區(qū)的風(fēng)速，其概率密度函數(shù)為：

f(v)=kc(vc)k-1exp[-(vc)k]---(5)]]>

式(5)中，k和c分別為Weibull分布的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)；exp為指數(shù)函數(shù)；

設(shè)風(fēng)速處于v_ci和v_r之間，基于公式(3)和(4)得到風(fēng)機(jī)輸出功率的概率密度函數(shù)：

f(Pw)=kbc(Pw-abc)k-1exp[-(Pw-abc)k]---(6)]]>

結(jié)合公式(4)獲得P_farm的概率密度函數(shù)；按恒功率因數(shù)運(yùn)行，風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率為：

在未來(lái)某個(gè)時(shí)刻t，風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率的期望值由風(fēng)電預(yù)測(cè)得到；負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和傳統(tǒng) 發(fā)電節(jié)點(diǎn)的有功注入功率服從正態(tài)分布，基于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)得到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)注入功率的期望 值，由經(jīng)濟(jì)調(diào)度確定發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)注入功率的期望值；與此同時(shí)，設(shè)各個(gè)節(jié)點(diǎn)注入功率相互 獨(dú)立，而且各節(jié)點(diǎn)注入功率的期望值滿足潮流方程，經(jīng)由統(tǒng)計(jì)確定各節(jié)點(diǎn)注入功率的標(biāo)準(zhǔn) 差為：負(fù)荷及傳統(tǒng)發(fā)電節(jié)點(diǎn)注入功率的標(biāo)準(zhǔn)差取其期望值的5％，風(fēng)電節(jié)點(diǎn)注入功率的標(biāo) 準(zhǔn)差取期望值的20％；

步驟三：計(jì)算安全轉(zhuǎn)移概率；

保證事故后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)安全域臨界面的超平面表達(dá)式是：

Σi=1n(αiPi+βiQi)=1---(8)]]>

式(8)中，n表示系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)；α_i和β_i為節(jié)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的超平面方程系數(shù)；P_i和Q_i是事故 前系統(tǒng)注入功率空間上，保證暫態(tài)功角和電壓穩(wěn)定的臨界有功和無(wú)功注入；無(wú)功功率可就 地平衡的情況下，式(8)可簡(jiǎn)化為：

Σi=1nαiPi=1---(9)]]>

保證潮流安全的靜態(tài)安全域的邊界同樣用公式(9)所示的超平面形式表示；

基于超平面形式的實(shí)用安全域邊界的表達(dá)式將不確定型的節(jié)點(diǎn)注入屬于安全域內(nèi)的 概率按式(10)進(jìn)行簡(jiǎn)化：

式(10)中，g(y^e)和G(y^e)是y^e的概率密度函數(shù)和分布函數(shù)；

在無(wú)風(fēng)電接入時(shí)概率密度函數(shù)g(y^e)的求解如下：

沒(méi)有風(fēng)電接入時(shí)，通過(guò)以半不變量為基礎(chǔ)的Gram-Charlier級(jí)數(shù)法計(jì)算g(y^e)；即，隨 機(jī)變量x的概率密度函數(shù)f(x)對(duì)應(yīng)的Gram-Charlier級(jí)數(shù)展開(kāi)式為：

式(11)中，m_i(i＝1,2,…)對(duì)應(yīng)Gram-Charlier級(jí)數(shù)的各項(xiàng)系數(shù)；為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的 概率密度函數(shù)；H_γ(x)為Hermite多項(xiàng)式；

在風(fēng)電接入時(shí)概率密度函數(shù)g(y^e)的求解如下：

風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率服從非正態(tài)分布；對(duì)于處理服從非正態(tài)分布的隨機(jī)變量， Cornish-Fisher級(jí)數(shù)與Gram-Charlier級(jí)數(shù)相比具有更高的精度；概率密度函數(shù)g(y^e)的 Cornish-Fisher級(jí)數(shù)展開(kāi)式為：

式(12)中，為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)；g_k是y^e的k階半不變量；

采用以半不變量為基礎(chǔ)的級(jí)數(shù)法計(jì)算概率分布函數(shù)G(y^e)的步驟是：首先計(jì)算y^e的各 階半不變量；其次根據(jù)節(jié)點(diǎn)注入的情況選取合適的級(jí)數(shù)計(jì)算g(y^e)；最后根據(jù)G(y^e)與g(y^e) 之間的關(guān)系，計(jì)算概率分布函數(shù)G(y^e)。