一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，將概率密度引入潮流計(jì)算當(dāng)中，保留傳統(tǒng)潮流算法的迭代形式和雅克比矩陣的特點(diǎn)，且可根據(jù)風(fēng)電廠發(fā)電概率計(jì)算得到的潮流來控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式。與現(xiàn)有的潮流算法相比，采用本方法無需修改雅克比矩陣的維數(shù)，且通過引入概率，只需要修改注入功率，易于與原有的潮流算法相結(jié)合，尤其適合當(dāng)涉及到當(dāng)大量風(fēng)電場接入且采用不同控制策略時(shí)的潮流計(jì)算。
【專利說明】
一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方 法，能夠用于大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)場景。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于化石能源的大量使用，環(huán)境問題越來越收到重視，國家節(jié)能減排力度 不斷加大。風(fēng)能作為無污染的可持續(xù)發(fā)展能源，受到國家的重視，在政策的鼓勵(lì)下，風(fēng)電發(fā) 展迅速。根據(jù)國家改革委和國家電網(wǎng)公司規(guī)劃，集中接入的大規(guī)模新能源發(fā)電在我國電力 系統(tǒng)中所占的比例將大幅提高，其接入后對電網(wǎng)運(yùn)行的影響等問題也亟需深入研究和探 索。
[0003] 但是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)，由于風(fēng)能的隨機(jī)性和易變性，難以準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電的輸出 功率，正是由于風(fēng)電的這種特性，當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電場接入電網(wǎng)時(shí)，給電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性帶 來了新的挑戰(zhàn)。目前的潮流計(jì)算方法僅僅考慮了單一潮流的因素，并未考慮不確定性潮流 的計(jì)算，當(dāng)系統(tǒng)中含有大量風(fēng)電場時(shí)，導(dǎo)致雅克比矩陣維數(shù)大大增加，導(dǎo)致潮流計(jì)算復(fù)雜。
[0004] 采用概率潮流計(jì)算可以保留傳統(tǒng)潮流算法的迭代形式和雅克比矩陣的特點(diǎn)，且當(dāng) 大量風(fēng)電場接入電網(wǎng)時(shí)，只需要修改相應(yīng)的注入功率，易于與原有的潮流算法相結(jié)合，尤其 適合當(dāng)涉及到當(dāng)大量風(fēng)電場接入時(shí)的潮流計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)，潮流計(jì)算復(fù)雜的問 題，提出一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，便于實(shí)現(xiàn)含大量風(fēng)電場接入的潮流計(jì)算。
[0006] 技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中的風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，包括 以下步驟：
[0007] (1)輸入待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)以及電網(wǎng)的切入風(fēng)速vin、切出風(fēng)速￥_和 額定風(fēng)速Vr;
[0008] (2)確定風(fēng)電廠風(fēng)速的概率模型，利用風(fēng)速與風(fēng)電場的工作模式之間的關(guān)系繼而 得到風(fēng)電場輸出功率的概率分布函數(shù)；
[0009 ] (3)根據(jù)風(fēng)電場輸出功率的概率分布函數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生風(fēng)電場輸出功率；
[0010] (4)利用待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)根據(jù)雅克比矩陣各個(gè)因子的構(gòu)成條件形 成雅克比矩陣，進(jìn)行牛頓法計(jì)算潮流情況，當(dāng)不滿足潮流收斂條件時(shí)返回步驟(3)重新產(chǎn)生 風(fēng)電場輸出功率，重新迭代計(jì)算直至潮流收斂。
[0011] 有益效果:本發(fā)明的考慮大量風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，該方法將風(fēng)電場 的輸出功率用概率密度函數(shù)表述，并考慮到風(fēng)電場的不同控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)含大量風(fēng)電場接 入時(shí)的潮流計(jì)算。與現(xiàn)有常用的迭代潮流算法相比，采用本方法能保留傳統(tǒng)潮流算法的迭 代形式和雅克比矩陣的特點(diǎn)，不增加雅克比矩陣的維數(shù)，易于與原有的潮流算法相結(jié)合。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明中風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法的流程圖；
[0013] 圖2為功率與風(fēng)速輸出的關(guān)系圖；
[0014] 圖3為一種小型配電網(wǎng)的等值電路圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0015] 下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016] 圖1中，本發(fā)明的風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0017] (1)系統(tǒng)初始化，確定風(fēng)電場的工作模式，輸入待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)； 風(fēng)電場的工作模式一般包括:正常工作模式、緊急停機(jī)模式和切機(jī)模式，風(fēng)電場接入與天氣 情況密切相關(guān)，如果風(fēng)速大于切出風(fēng)速，將進(jìn)入切機(jī)模式;如果風(fēng)速過大，遠(yuǎn)大于切出風(fēng) 速Vcmt，將進(jìn)入緊急停機(jī)模式;如果風(fēng)速正常，比切出風(fēng)速Vcrnd、，比切入風(fēng)速Vin大，則進(jìn)入正 常工作模式，開始潮流計(jì)算，否則將無法進(jìn)行潮流計(jì)算。
[0018] (2)確定風(fēng)電廠風(fēng)速的概率模型，得到風(fēng)電場的概率密度函數(shù)繼而得到風(fēng)電場輸 出功率的概率分布函數(shù)。具體包括以下內(nèi)容：
[0019] 1)通過大量數(shù)據(jù)模擬，可以得出如圖2所示的風(fēng)速和風(fēng)電功率輸出之間的關(guān)系：當(dāng) 風(fēng)速小于切入風(fēng)速ViJt，由于風(fēng)速過小，不能帶動風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)動，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組沒有功率輸 出；當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速ν ιη小于額定風(fēng)速時(shí)，此時(shí)風(fēng)能較小，應(yīng)盡可能的利用風(fēng)能，所以 輸出功率隨著風(fēng)速的增大而增大，如果忽略機(jī)組的電氣損耗和風(fēng)電場的尾流效應(yīng)，風(fēng)電輸 出與風(fēng)速可用線性關(guān)系表示；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速Vr且未達(dá)到切出風(fēng)速Vcmt時(shí)，由于機(jī)組的 容量的限制，輸出功率為風(fēng)電機(jī)組的最大輸出功率，即額定功率PN ;當(dāng)風(fēng)速大于切出風(fēng)速 Voudt，此時(shí)由于風(fēng)速過大，容易損壞風(fēng)機(jī)的葉片，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。此時(shí)為了保護(hù)機(jī) 組，需要停機(jī)運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)電場也沒有功率輸出。
[0020] 2)根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)電場輸出功率的關(guān)系確定風(fēng)電場的概率密度函數(shù)。
[0021]在對風(fēng)速進(jìn)行預(yù)測時(shí)，可以用很多概率模型來模擬風(fēng)速的分布。對大量的實(shí)測數(shù) 據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，表明在較短時(shí)間內(nèi)，風(fēng)速分布更接近正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為：
[0023]得到風(fēng)速的概率分布函數(shù)為：
[0025] 其中，v表示風(fēng)電場的風(fēng)速，μ、〇是正態(tài)分布的兩個(gè)參數(shù)，μ是表示風(fēng)電場風(fēng)速的期 望，其單位為m/s，σ是是風(fēng)電場風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)差，表示風(fēng)速的分散性。
[0026]用數(shù)學(xué)函數(shù)表示風(fēng)速與風(fēng)電場輸出功率Ρ的關(guān)系為：
[0028] 上式中，Vin為切入風(fēng)速，Vr為額定風(fēng)速，v?t為切出風(fēng)速，Pn為額定功率。
[0029] 由此，根據(jù)風(fēng)速的概率密度函數(shù)可以得到風(fēng)電場輸出功率的概率密度函數(shù)為：
[0031] 其中，V為實(shí)時(shí)風(fēng)速，Vin為切入風(fēng)速，Vr為額定風(fēng)速，Vmjt為切出風(fēng)速，Pn為額定功 率， 0是是風(fēng)電場風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0032] 最終得到風(fēng)電輸出功率的分布函數(shù)為：
[0034] (3)根據(jù)步驟(2)中的概率分布函數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生風(fēng)電場輸出功率；
[0035] (4)利用待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)根據(jù)雅克比矩陣各個(gè)因子的構(gòu)成條件形 成雅克比矩陣，進(jìn)行牛頓法計(jì)算潮流情況，當(dāng)不滿足潮流收斂條件時(shí)返回步驟(3)重新產(chǎn)生 風(fēng)電場輸出功率，重新迭代計(jì)算直至潮流收斂。本發(fā)明中潮流收斂系數(shù)ε取1〇_ 5。
[0036] 由于篇幅限制，本實(shí)施例僅對某一次風(fēng)機(jī)接入電網(wǎng)的情景進(jìn)行模擬，系統(tǒng)等值阻 抗化為標(biāo)么值為〇 . 03+j0.08，共10個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1一端接電源，一端通過阻抗和節(jié)點(diǎn)2相連； 節(jié)點(diǎn)2通過變壓器分別與節(jié)點(diǎn)9、節(jié)點(diǎn)3以及節(jié)點(diǎn)10、節(jié)點(diǎn)4相連；節(jié)點(diǎn)3通過線路與節(jié)點(diǎn)5相 連，節(jié)點(diǎn)4通過線路與節(jié)點(diǎn)8相連;節(jié)點(diǎn)5通過線路與節(jié)點(diǎn)8相連，節(jié)點(diǎn)8通過線路與節(jié)點(diǎn)7相 連，節(jié)點(diǎn)7通過先例與節(jié)點(diǎn)6相連。通過計(jì)算得到等值電路的參數(shù)如圖3所示。通過本方法計(jì) 算得到的某次潮流結(jié)果如下表所示：
[0037]表1各節(jié)點(diǎn)電壓
[0045]根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果得出：各節(jié)點(diǎn)電壓均小于本身的基準(zhǔn)值，電流流過支路時(shí)由于 支路存在阻抗，產(chǎn)生損耗，從而會使實(shí)際輸出小于所發(fā)出的功率。而經(jīng)過變壓器傳遞功率時(shí) 也會因?yàn)樽儔浩髦反嬖谧杩苟鴵p耗小部分功率。通過潮流計(jì)算結(jié)果還得出有功功率總是 從功角大的地方流向功角小的地方，而無功功率總是從電壓幅值大的地方流向幅值小的地 方。
[0046]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說明書中的描述只是為了進(jìn) 一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和 改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： (1 )輸入待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)以及電網(wǎng)的切入風(fēng)速Vin、切出風(fēng)速Vcmt和額定 風(fēng)速Vr; (2) 確定風(fēng)電廠風(fēng)速的概率模型，利用風(fēng)速與風(fēng)電場的工作模式之間的關(guān)系繼而得到 風(fēng)電場輸出功率的概率分布函數(shù)； (3) 根據(jù)風(fēng)電場輸出功率的概率分布函數(shù)，隨機(jī)產(chǎn)生風(fēng)電場輸出功率； (4) 利用待評估電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)和支路參數(shù)根據(jù)雅克比矩陣各個(gè)因子的構(gòu)成條件形成雅 克比矩陣，進(jìn)行牛頓法計(jì)算潮流情況，當(dāng)不滿足潮流收斂條件時(shí)返回步驟(3)重新產(chǎn)生風(fēng)電 場輸出功率，重新迭代計(jì)算直至潮流收斂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，其特征在于，所述風(fēng)電廠風(fēng) 速服從正態(tài)分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，其特征在于，所述風(fēng)電場輸 出功率的概率分布函數(shù)為：其中，V為實(shí)時(shí)風(fēng)速，Vin為切入風(fēng)速，Vr為額定風(fēng)速，VrnJt為切出風(fēng)速，Pn為額定功率，σ是 是風(fēng)電場風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)差。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場接入的概率潮流計(jì)算方法，其特征在于，潮流收斂系數(shù) 取10-5。
【文檔編號】H02J3/38GK106026103SQ201610557026
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】李揚(yáng), 陳昕儒, 吳奇珂, 周曉薇
【申請人】東南大學(xué)