[發(fā)明專利]一種考慮電動(dòng)汽車充電特性和負(fù)荷波動(dòng)極限的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611068647.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN106712037B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張謙;唐飛;劉滌塵;周仕豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/12
• 分類號(hào): H02J3/12
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種考慮電動(dòng)汽車充電特性和負(fù)荷波動(dòng)極限的電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性評(píng)估方法，其特征在于，包括

步驟1，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率隨機(jī)化模型建立：包括發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)注入功率、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率和電動(dòng)汽車充電站功率的隨機(jī)化建模,具體包括：

模型一，發(fā)電機(jī)功率模型：

將所有的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)大類，即松弛節(jié)點(diǎn)和非松弛發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)；松弛節(jié)點(diǎn)以外的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)輸出功率相互獨(dú)立且服從正態(tài)分布，有功功率的概率分布函數(shù)為

其中，μ_P是由基礎(chǔ)負(fù)荷確定的有功功率期望值，σ_P為標(biāo)準(zhǔn)差，為誤差函數(shù)的反函數(shù)，r為服從均勻分布的隨機(jī)變量；

模型二，電動(dòng)汽車充電站：

電動(dòng)汽車的充電過程中的電能需求與初始充電狀態(tài)由電動(dòng)汽車的初始充電狀態(tài)由日行駛距離D確定，假設(shè)日行駛距離服從正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為

其中μ為日行駛距離D的期望值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差；考慮到電池單次放電所能行駛的極限距離，D僅在[0,D_limit]區(qū)間內(nèi)取值；

每次充電完成后，電池的SOC達(dá)到最大值100％；隨著行駛距離D的增長，SOC值成線性關(guān)系衰減，在下一個(gè)充電周期之前，電池的充電狀態(tài)可用下式評(píng)估：

式中，D_limit的典型取值為128.75km；

假設(shè)電動(dòng)汽車在每天的行駛過程結(jié)束以后，僅進(jìn)行一次充電，而且充電的時(shí)間可能分布在一天的任意時(shí)刻；電動(dòng)汽車單次充電時(shí)間t_s的概率密度函數(shù)服從t_s的指數(shù)分布，用下式表示：

其中，T_μ的取值為1至2h；

對(duì)于一個(gè)接納能力為N_max的充電站，設(shè)任意時(shí)刻到達(dá)該充電站充電的電動(dòng)汽車數(shù)量N，其服從期望值為λ_μ的泊松分布，即

以上公式中已求得電動(dòng)汽車的SOC值和充電時(shí)間t_s的分布，根據(jù)電動(dòng)汽車充電特性，可以確定單臺(tái)電動(dòng)汽車充電功率的概率分布；電動(dòng)汽車充電站總的功率需求特性為充電站內(nèi)所有電動(dòng)汽車的功率需求的和；采用蒙特卡洛抽樣方法進(jìn)行大于5000次抽樣，獲得的電動(dòng)汽車充電站功率需求概率分布圖及擬合曲線，并根據(jù)擬合曲線所得的概率分布曲線近似服從期望值為μ_P，標(biāo)準(zhǔn)差為σ_P的正態(tài)分布；

模型三，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率模型：

在確定性潮流計(jì)算中，連續(xù)潮流算法采用預(yù)測(cè)校正的方法，通過參數(shù)化引入一維或多維校正方程，解決了潮流雅克比矩陣在電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)的奇異性問題，使得整個(gè)潮流求解過程連續(xù)，能夠繪制出完整的PV曲線，搜索系統(tǒng)的電壓崩潰點(diǎn)，從而建立負(fù)荷的隨機(jī)化模型，具體方法如下：

對(duì)于一個(gè)包含N1個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，任一節(jié)點(diǎn)為b，1≤b≤N1；其中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有M個(gè)，各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)組成的集合為L＝[L₁,L₂,LL,L_M]，第p個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的初始負(fù)荷為L_p0，1≤p≤M，采用連續(xù)潮流法依次對(duì)系統(tǒng)中的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)按單負(fù)荷增長方式增加負(fù)荷至系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰，計(jì)算得到此時(shí)增負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷記為L_p1，負(fù)荷增長因子α_pm＝L_p1/L_p0，單負(fù)荷增長是電網(wǎng)負(fù)荷增長方式中較極端的情況；將單負(fù)荷增長方式的負(fù)荷極限值定為負(fù)荷變化范圍的上限，同時(shí)將電網(wǎng)日最小負(fù)荷量θ定為負(fù)荷變化范圍的下限，將節(jié)點(diǎn)p的最小負(fù)荷量設(shè)為初始負(fù)荷的Q％；由于電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的隨機(jī)性，設(shè)節(jié)點(diǎn)p的負(fù)荷增長因子α_Lp服從[θ,α_pm]區(qū)間上的均勻分布；

步驟2，進(jìn)行電力系統(tǒng)QMC采樣，具體是通過構(gòu)造Sobol序列，用于隨機(jī)產(chǎn)生電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便通過概率統(tǒng)計(jì)的方法分析電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性；

步驟3，進(jìn)行電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定臨界狀態(tài)搜索，用于逐步比較剔除離臨界狀態(tài)距離較遠(yuǎn)的運(yùn)行點(diǎn)，并采用連續(xù)潮流法進(jìn)行校正，獲取電力系統(tǒng)臨界運(yùn)行狀態(tài)的集合；

步驟4，建立電力系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)體系，用以評(píng)估系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，具體包括3個(gè)指標(biāo)：平均崩潰電壓、電壓越限風(fēng)險(xiǎn)值和節(jié)點(diǎn)平均功率增長充裕度，具體是：

指標(biāo)一、當(dāng)電力系統(tǒng)處于用電高峰時(shí)期，由于負(fù)荷的波動(dòng)導(dǎo)致全網(wǎng)發(fā)生電壓失穩(wěn)時(shí)，率先出現(xiàn)電壓越限的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)屬于電力系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域；通過計(jì)算若干系統(tǒng)電壓失穩(wěn)狀態(tài)下負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓臨界值，對(duì)節(jié)點(diǎn)的薄弱程度進(jìn)行排序，求取節(jié)點(diǎn)的平均崩潰電壓，計(jì)算公式如下：

指標(biāo)二、通過計(jì)算若干系統(tǒng)電壓失穩(wěn)狀態(tài)下負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓臨界值，對(duì)節(jié)點(diǎn)的薄弱程度進(jìn)行排序，求取節(jié)點(diǎn)的電壓越限風(fēng)險(xiǎn)值，計(jì)算公式如下：

VVRV＝T_{i_collapse}/T_s

式中，U_{icollapse_k}為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i在第k種系統(tǒng)崩潰狀態(tài)的失穩(wěn)電壓；T_s為搜索到的系統(tǒng)臨界狀態(tài)總數(shù)，T_{i_collapse}為節(jié)點(diǎn)i在各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)失穩(wěn)電壓排序中列為電壓最低節(jié)點(diǎn)的次數(shù)；VVRV指標(biāo)的取值在[0,1]之間，節(jié)點(diǎn)該指標(biāo)值越大，表明電壓薄弱程度越高，在全網(wǎng)負(fù)荷大幅波動(dòng)時(shí)發(fā)生電壓越限的風(fēng)險(xiǎn)越大；

指標(biāo)三、系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率增長充裕度

在求得大量系統(tǒng)崩潰狀態(tài)的情況下，計(jì)算負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率增長充裕度可以使系統(tǒng)運(yùn)行人員掌握各負(fù)荷波動(dòng)節(jié)點(diǎn)功率距離系統(tǒng)臨界狀態(tài)的距離，并及時(shí)采取措施，避免全網(wǎng)發(fā)生電壓失穩(wěn)事故；定義節(jié)點(diǎn)平均功率增長充裕度指標(biāo)的計(jì)算公式

式中，P_{icollapse_k}為節(jié)點(diǎn)i在第k中系統(tǒng)崩潰狀態(tài)下的有功功率，P_{s_i}為節(jié)點(diǎn)i初始有功功率，T_s為系統(tǒng)臨界狀態(tài)總數(shù)；該指標(biāo)可與崩潰電壓指標(biāo)相結(jié)合，作為評(píng)估系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的依據(jù)。