一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法及系统与流程

本发明涉及电网风险评估的，具体为一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法及系统。

背景技术：

1、

2、大规模风电接入会对电力系统的运行造成多方面的影响。在可靠性方面，风速的变化会导致风力发电机组的输出功率波动，进而导致系统频率和电压波动，降低了电能质量。由于风电机组运行对电压和频率的要求更加严格，当系统频率和电压偏移超过允许范围时，会导致风电机组脱网，从而引发更严重的连锁故障。由此，大规模风电接入对电网的调度运行和风险评估提出了新的要求，特别是需要开展连锁故障冲击下的电网安全评估研究。

3、大规模风电接入时支路潮流、节点电压幅值具有更强的波动性，常规电力系统中的支路断线模型、节点失负荷模型都要在计及新能源出力随机性的情况下进行相应的修改。本发明提出了一种考虑大规模风电接入的电网连锁故障风险评估方法，建立从风险源、故障过程与故障后果的全方位评估体系，增加电力系统中脆弱元件的安全资源投入，防患于未然。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法，通过建立输电线路断线概率模型，并基于输电线路的热效应进行搭建，实现了对输电线路断线概率的准确评估，从而提高了风电接入电网后的运行安全性；通过采用分段线性模型对输电线路断线概率进行建模，将单位时间内的潮流限量作为影响断线概率的因素，有效模拟了输电线路在不同负载状态下的断线风险，为电网的安全运行提供了有力保障。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法，包括以下步骤，

4、建立输电线路断线概率模型；

5、根据节点失负荷量建立失负荷模型；

6、构建风电机组的故障模型；

7、基于建立的模型进行连锁故障仿真分析。

8、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述建立输电线路断线概率模型是基于输电线路的热效应进行搭建的，所述输电线路的热效应是指电流通过导线时产生的热量能够导致导线的温度升高；温度升高的导线能够使得输电线路的断线概率增加，所述输电线路的断线概率具体计算公式如下：

9、

10、其中，pl表示输电线路的功率，f表示输电线路功率随时间变换的函数，k表示归一化因子；

11、所述输电线路的热效应指的是，当输电线路中有电流通过时，电流通过的导线会产生热量，产生的热量能够导致导线温度升高，当导线的温度升高时，输电线路的断线概率增加。

12、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述输电线路断线概率模型是将单位时间内的潮流限量作为影响输电线路断线概率的因素，并采用分段线性模型对输电线路断线概率进行建模，具体建模如下：

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14、其中，pl表示仿真时刻的输电线路潮流，pm表示输电线路潮流允许的上限值，且输电线路的断线概率与输电线路潮流呈线性关系，具体关系如下：

15、当仿真时刻的输电线路潮流满足公式pm≤pl≤2pm时，表示输电线路的断线概率会随着仿真时刻的输电线路潮流pl线性增加；

16、当仿真时刻的输电线路潮流满足公式pl＝2pm时，表示输电线路的断线概率达到100％，此时输电线路的必定断线。

17、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述根据节点失负荷量建立失负荷模型是利用节点失负荷特性构建失负荷模型的，所述节点失负荷特性是指节点电压幅值偏离额定值后，负荷会根据正常运行时对电压的要求一次脱网，所述根据节点失负荷量建立失负荷模型是根据特性负荷建立失负荷模型，所述特性负荷是按照对电压偏移的容忍能力的不同进行划分的，包括精密设备仪器负荷、家用电器负荷以及工业设备负荷；

18、所述精密设备仪器负荷是指最大电压偏移量vmax_os满足公式vmax_os＝ve_os±0.05pu的负荷，ve_os表示标准负荷偏移量，且当电压偏移量vos满足公式vos＝ve_os±0.1pu时，当前精密设备仪器负荷全部脱网；

19、所述家用电器负荷是指最大电压偏移量vmax_os满足公式vmax_os＝ve_os±0.1pu的负荷，ve_os表示标准负荷偏移量，且当电压偏移量vos满足公式vos＝ve_os±0.25pu时，当前家用电器负荷全部脱网；

20、所述工业设备负荷是指最大电压偏移量vmax_os满足公式vmax_os＝ve_os±0.15pu的负荷，ve_os表示标准负荷偏移量，且当电压偏移量vos满足公式vos＝ve_os±0.4pu时，当前工业设备负荷全部脱网。

21、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述失负荷模型是基于节点负荷损失率进行构建的，所述节点负荷损失率是基于节点电压幅值进行计算的，具体计算公式如下：

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23、其中，vmax、vmin表示当前类型负荷承受的极限值，当节点电压超过极限值时，当前节点负荷全部脱网，vlb、vub表示当前节点负荷承受的上下限值，当节点电压超过上下限值时，当前节点负荷中部分负荷脱网，c1、c2表示修正系数，当节点电压幅值在接受值与极限值之间时，负荷损失率与节点电压幅值呈线性关系。

24、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述构建风电机组的故障模型是根据风电机组的输出功率进行构建的，所述风机电机包含电压保护装置以及控制装置，所述电压保护装置包括，过电压保护以及低电压保护装置，当电压偏离允许范围时，控制装置通过调整叶片角度降低风电机组向电网注入的功率，当电压过高时，风电机组触发过电压保护装置，当电压过低时，风电机组触发低电压保护装置；

25、所述风电机组的故障模型是根据电机组的输出功率构建的，所述风电机组的输出功率是基于节点电压幅值进行修正，具体实现公式如下：

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27、其中，表示修正后的风电机组输出功率，k表示折算系数，vub、vlb表示风电机组电压允许的上下限。

28、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的一种优选方案，其中：所述基于建立的模型进行连锁故障仿真分析是通过计算节点的注入功率，并将输电线路潮流是否越限作为故障演化的终止条件，当所有输电线路潮流均处于允许范围内时，连锁故障仿真分析结束；

29、所述连锁故障仿真分析的具体流程如下：

30、对输入风电机组的风速进行离散化处理，并利用风电机组的故障模型计算出不同风速之间的状态转移概率，进而生成状态转移矩阵p；确实风电机组接入节点以及风电接入比例，随机生成各节点的初始风速v以及对应的状态概率向量ω；初始化故障输入量；执行连锁故障仿真分析机制；

31、所述连锁故障仿真分析机制具体执行过程如下：

32、计算各节点的风电接入功率，进而得出节点功率注入向量；

33、利用输电线路断线概率模型进行潮流计算，计算出输电线路潮流和节点负荷；

34、判断是否出现输电线路潮流越限，当出现输电线路潮流越限时，利用构建的输电线路断线概率模型计算输电线路断线概率，并同时利于用蒙特卡洛抽样随机断开潮流越限的输电线路，更新电力系统拓扑图；当没有出现输电线路潮流越限时，继续执行后续步骤；

35、判断是否出现节点电压越限，当出现节点电压越限时，利用失负荷模型计算节点负荷损失率；当没有出现节点电压越限时，继续执行后续步骤；

36、利用公式vt+1＝pvt计算出下一时刻的风速状态概率向量，并将计算的结果与风电机组的故障模型进行对比，若计算结果在风电机组的故障模型的允许范围内，则表示当前连锁故障仿真分析完成；若计算结果超出风电机组的故障模型的允许范围，则重复执行连锁故障仿真分析机制，直到满足连锁故障仿真分析机制终止条件为止。

37、本发明的另外一个目的是提供一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估系统，其能通过基于节点失负荷量建立失负荷模型，通过考虑不同负荷类型对电压偏移的容忍能力，实现了对节点失负荷情况的精确模拟，有助于优化电网的负载分配，提高电网的供电可靠性；通过进行连锁故障仿真分析，以输电线路潮流是否越限作为故障演化的终止条件，能够全面评估风电接入电网后的连锁故障风险，为电网的故障预防和应急处理提供了重要参考，进一步增强了电网的故障应对能力。

38、作为本发明所述一种大规模风电接入电网的连锁故障风险评估系统的一种优选方案，其中：包括，输电线路断线概率模型搭建模块，失负荷模型搭建模块，风电机组故障模型搭建模块以及连锁故障仿真分析模块；所述输电线路断线概率模型搭建模块，基于输电线路功率搭建输电线路断线概率模型；所述失负荷模型搭建模块，基于节点失负荷量搭建失负荷模型；所述风电机组故障模型搭建模块，基于风电机组输出功率搭建风电机组故障模型；所述连锁故障仿真分析模块，利用搭建的模型进行连锁故障仿真分析。

39、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现大规模风电接入电网的连锁故障风险评估方法的步骤。

41、本发明的有益效果：本发明通过建立输电线路断线概率模型，并基于输电线路的热效应进行搭建，实现了对输电线路断线概率的准确评估，从而提高了风电接入电网后的运行安全性；通过采用分段线性模型对输电线路断线概率进行建模，将单位时间内的潮流限量作为影响断线概率的因素，有效模拟了输电线路在不同负载状态下的断线风险，为电网的安全运行提供了有力保障；基于节点失负荷量建立失负荷模型，通过考虑不同负荷类型对电压偏移的容忍能力，实现了对节点失负荷情况的精确模拟，有助于优化电网的负载分配，提高电网的供电可靠性；通过进行连锁故障仿真分析，以输电线路潮流是否越限作为故障演化的终止条件，能够全面评估风电接入电网后的连锁故障风险，为电网的故障预防和应急处理提供了重要参考，进一步增强了电网的故障应对能力。