CN105354761B - 一种风电接入电网的安全与效能评估方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电接入电网的安全与效能评估方法及***，风电接入后采集电网的基本运行数据，并存储到数据库中，根据采集的电网的基本运行数据计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；根据采集的电网的基本运行数据计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；根据综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。将风电接入的安全和效能指标进行综合，得到涵盖风电接入的社会效益、环境效益、安全效益的综合评价指标体系，具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电接入电网的安全与效能评估方法及***。
背景技术
风电具有随机性、波动性和不可调度的特征，高渗透率风电功率的注入改变了***的潮流分布，风电机组具有的与传统同步发电机组不同的稳态和暂态特性也将会影响***的电压稳定和频率稳定等。高集中度风电接入电网受到诸多安全稳定约束，如电网潮流约束、静态安全约束、电压稳定约束、短路容量约束等。因此为确保电网可以安全稳定运行，在进行风电场规划时，在充分利用当地风能资源的同时，需要充分考虑所接入电网的运行条件是否满足安全稳定约束。
我国自2006年施行的《中华人民共和国可再生能源法》指出：国家鼓励和支持可再生能源并网发电，并实行可再生能源发电全额保障性收购制度。此外，在2015年3月，由国家***、国家能源局联合发布的《关于改善电力运行调节促进清洁能源多发满发的指导意见》中提出，各省应采取措施落实可再生能源发电全额保障性收购制度，在保障电网安全稳定的前提下，全额安排可再生能源发电。在上述国家政策引导下，省级电网通常采用全额接纳风电的调度模式，为全额接纳风电而采取的降低火电机组运行点甚至改变机组启停状态等方法，使机组偏离经济运行区甚至频繁开停，大大增加机组的运行成本，不利于节能减排，关于并网风电价值的合理评估成为研究关键。
风电不可调度的特点，使得节能减排、风电全额接纳和风电高效利用之间的矛盾在风电开发利用的各个环节之间难以协调，为保障电力***安全稳定而弃风限电的情况将长期存在，因此，对于风电接入的评估工作越来越重要。
一种风电接入电网的安全与效能评估存在的技术问题是：
1、数据采集不够全面，只针对单一的几个变量进行安全或能效的评估，将会导致结果不够精确；
2、评估***无法满足实时性的要求，现有的评估***是将采集的历史数据进行分析，而不是针对实时的数据进行评估。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种风电接入电网的安全与效能评估方法及***，本发明建立合理的数据处理***及指标，能够更加合理有效的分析风电接入后带来的电网的安全情况。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种风电接入电网的安全与效能评估方法，包括以下步骤：
步骤一：风电接入后电网EMS***及风电EMS***实时采集电网的基本运行数据，并通过实时服务、接口适配及网络通信总线传输至数据处理中心；
步骤二：电网模型、风电历史数据及业务管理信息存储在历史数据访问层、历史数据访问层与领域服务层通信，在领域服务层内根据历史数据访问层的数据进行频率稳定分析、潮流计算、暂态稳定分析及电压稳定分析，并将领域服务层内数据处理的结果通过网络通信总线传输至数据处理中心，
步骤三：在数据处理中心根据实时数据服务层及领域服务层传输的数据进行风电接入电网的安全与能效评估，包括：计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；
计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；
步骤四：根据安全指标计算综合安全指标，根据效能指标计算综合效能指标值，根据综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。
进一步的，电网电压安全指标VI的计算公式为：
式中，j–导致电网电压失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第j类电网电压失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第j类电网电压失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数可由电网电压稳定分析计算得到。
进一步的，电网频率安全指标FI的计算公式为：
式中，i–导致电网频率失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第i类电网频率失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第i类电网频率失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网频率稳定分析计算得到。
进一步的，电网功角失稳指标AI的计算公式为：
式中，k–导致电网功角失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第k类电网功角失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第k类电网功角失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网暂态稳定分析计算得到。
进一步的，高风险事件后果指标HRI的计算公式为：
式中，q–导致电网高风险事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第q类电网高风险事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第q类电网高风险事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网潮流计算得到。
进一步的，弃风量占比指标CutI的计算公式为：
式中，Cwind-总弃风电量；Wwind风电总发电量。Cwind及Wwind参数属于风电接入后电网EMS***及风电EMS***采集电网的基本运行数据。
进一步的，风电发电减排量CarbonI的计算公式为：
CarbonI＝Wwind(1-CutI)Vemission (7)
式中，Vemission-风电单位发电的碳减排收益。Vemission参数属于固定参数，由统计数据得到。
进一步的，风电发电替代量Wsub的计算公式为：
Wsub＝Wwind(1-CutI)
其中，Wwind为风电总发电量，CutI为弃风量占比指标。
进一步的，风电效能Ew的计算公式为：
Ew＝(Etotal-Ewind)/Wsub (9)
式中，Etotal为风电不接入电网时，***消耗化石能源的总量；Ewind-风电接入电网时，***消耗化石能源的总量。
一种风电接入电网的安全与效能评估***，包括历史数据访问层、领域服务层，历史数据访问层与领域服务层进行信息通信，领域服务层及实时数据服务层均与网络通信总线通信，网络通信总线还与风电接入电网的安全与效能评估模块通信；
风电接入电网的安全与效能评估模块，根据电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；
根据电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据及领域服务层传输的历史数据分析结果计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；
根据安全指标计算综合安全指标，根据效能指标计算综合效能指标值，综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。
其中，历史数据访问层包括电网模型库、风电历史库及业务管理库，电网模型库、风电历史库及业务管理库分别存储有电网模型、风电历史数据及业务管理数据；
领域服务层包括电压稳定分析模块、暂态稳定分析模块、潮流计算模块及频率稳定分析模块，其中，暂态稳定分析模块用于根据时域仿真法、李亚普诺夫直接法、扩展等面积法或人工智能法来对电力***进行稳定性分析；电压稳定分析模块用于分析风电接入后电网电压的稳定性，潮流计算模块用于实现在给定电力***网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布；频率稳定分析模块用于对电网中的频率进行稳定性分析。
实时数据服务层包括电网EMS***、风电EMS***，电网EMS***、风电EMS***分别通过实时服务与接口适配通信，电网EMS***、风电EMS***将采集的实时数据传输至实时服务，实时服务将数据进一步传输至接口适配，接口适配将数据进一步传输至网络通信总线。
本发明的有益效果：
本发明所提供的风电接入安全与效能综合评价的指标体系的计算方法，根据不同评价指标的特点，首先对各相关指标进行分层、分组，同时对安全指标和效能指标进行评价，最后将风电接入的安全和效能指标进行综合，得到涵盖风电接入的社会效益、环境效益、安全效益的综合评价指标体系。该指标体系的评价方法所需的基础数据分别来源于风电接入后采集电网的基本运行数据、常规的电网潮流计算程序、电网暂态稳定计算程序、电网频率稳定计算程序以及电网电压稳定计算程序，计算方法简洁、快速同时计算结果具有很高的实用价值，能够指导规划或运行人员对***的风电接纳能力进行快速、在线评估。
附图说明
图1风电接入电网安全与效能综合评价指标体系的建立方法的流程图；
图2风电接入电网安全与效能综合评价指标体系的示意图；
图3风电接入电网的安全与效能综合评估***架构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
请参阅图1至图2，本发明提供的输电网安全风险综合评价的指标体系的建立方法主要包括如下步骤：
步骤1：建立指标体系层次结构，依次包括目标层、类别层及指标层；
在步骤1中，根据建立安全评价指标体系的方法，考虑到风电接入电网的安全、效能的目标具有显著地层次性，建立评价层次结构，从而得到风电接入电网安全与效能综合评价体系。
步骤2：对每一指标体系层次结构进行分类，将目标层指标分为安全指标以及效能指标两类；
步骤3：对安全指标进行分类，在指标层中建立所述安全指标的评价指标，包括：电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标、高风险事件后果指标；
步骤4：对效能指标进行分类，在指标层中建立所述效能指标的评价指标，包括：弃风量占比指标、风电发电减排量指标、风电发电替代量指标、风电效能指标；
步骤5：计算指标层中与安全指标相关的各指标，综合得到风电接入电网的综合安全指标值。
在步骤5中，电网电压安全指标VI的计算公式为：
式中，j–导致电网电压失稳事件的序号；m-电网运行方式；
在步骤5中，电网频率安全指标FI的计算公式为：
式中，i–导致电网频率失稳事件的序号；m-电网运行方式；
在步骤5中，电网功角失稳指标AI的计算公式为：
式中，k–导致电网功角失稳事件的序号；m-电网运行方式；
在步骤5中，高风险事件后果指标HRI的计算公式为：
式中，q–导致电网高风险事件的序号；m-电网运行方式；
在步骤5中，综合安全指标SI的计算公式为：
SI＝ωVVI+ωFFI+ωAAI+ωHRHRI (5)
式中，ωV、ωF、ωA、ωHR分别为电网电压安全指标VI、电网频率安全指标FI、电网功角失稳指标AI、高风险事件后果指标HRI的权重系数。
步骤6：计算指标层中与效能指标相关的各指标，综合得到风电接入电网的综合效能指标值。
在步骤6中，弃风量占比指标CutI的计算公式为：
式中，Cwind-总弃风电量；Wwind-风电总发电量。
在步骤6中，风电发电减排量CarbonI的计算公式为：
CarbonI＝Wwind(1-CutI)Vemission (7)
式中，Vemission-风电单位发电的碳减排收益。
在步骤6中，风电发电替代量Wsub的计算公式为：
Wsub＝Wwind(1-CutI) (8)
在步骤6中，风电效能Ew的计算公式为：
Ew＝(Etotal-Ewind)/Wsub (9)
式中，Etotal-风电不接入电网时，***消耗化石能源的总量；
Ewind-风电接入电网时，***消耗化石能源的总量。
在步骤6中，综合效能指标EI的计算公式为：
EI＝ωcCarbonI+ωEEw (10)
式中，ωC、ωE分别为风电发电减排量CarbonI、风电效能Ew的权重系数。
步骤7：根据综合安全指标值和综合效能指标值，计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。
在步骤7中，风电接入电网安全与效能综合评价指标值GI的计算公式为：
GI＝ωSISI+ωEIEI (11)
式中，ωSI、ωEI分别为综合安全指标SI、综合效能指标EI的权重系数。
本发明所提供的风电接入安全与效能综合评价的指标体系的计算方法，根据不同评价指标的特点，首先对各相关指标进行分层、分组，同时对安全指标和效能指标进行评价，最后将风电接入的安全和效能指标进行综合，得到涵盖风电接入的社会效益、环境效益、安全效益的综合评价指标体系，具有很高的实用价值。
如图3所示，一种风电接入电网的安全与效能评估***，包括历史数据访问层、领域服务层，历史数据访问层与领域服务层进行信息通信，领域服务层及实时数据服务层均与网络通信总线通信，网络通信总线还与风电接入电网的安全与效能评估模块通信；
其中，历史数据访问层包括电网模型库、风电历史库及业务管理库，电网模型库、风电历史库及业务管理库分别存储有电网模型、风电历史数据及业务管理数据；
领域服务层包括电压稳定分析模块、暂态稳定分析模块、潮流计算模块及频率稳定分析模块，其中，暂态稳定分析模块用于根据时域仿真法、李亚普诺夫直接法、扩展等面积法或人工智能法来对电力***进行稳定性分析；电压稳定分析模块用于分析风电接入后电网电压的稳定性，潮流计算模块用于实现在给定电力***网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布。
频率稳定分析模块用于对电网中的频率进行稳定性分析。
实时数据服务层包括电网EMS***、风电EMS***，电网EMS***、风电EMS***分别通过实时服务与接口适配通信，电网EMS***、风电EMS***将采集的实时数据传输至实时服务，实时服务将数据进一步传输至接口适配，接口适配将数据进一步传输至网络通信总线。
风电接入电网的安全与效能评估模块，根据电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；
电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；
根据安全指标计算综合安全指标，根据效能指标计算综合效能指标值，综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种风电接入电网的安全与效能评估方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一：风电接入后电网EMS***及风电EMS***实时采集电网的基本运行数据，并通过实时服务、接口适配及网络通信总线传输至数据处理中心；
步骤二：电网模型、风电历史数据及业务管理信息存储在历史数据访问层，历史数据访问层与领域服务层通信，在领域服务层内根据历史数据访问层的数据进行频率稳定分析、潮流计算、暂态稳定分析及电压稳定分析，并将领域服务层内数据处理的结果通过网络通信总线传输至数据处理中心，
步骤三：在数据处理中心根据实时数据服务层及领域服务层传输的数据进行风电接入电网的安全与能效评估，包括：计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；
计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；
步骤四：根据安全指标计算综合安全指标，根据效能指标计算综合效能指标值，根据综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值；
电网电压安全指标VI的计算公式为：
式中，j–导致电网电压失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第j类电网电压失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第j类电网电压失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网电压稳定分析计算得到；
电网频率安全指标FI的计算公式为：
式中，i–导致电网频率失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第i类电网频率失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第i类电网频率失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网频率稳定分析计算得到；
电网功角失稳指标AI的计算公式为：
式中，k–导致电网功角失稳事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第k类电网功角失稳事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第k类电网功角失稳事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网暂态稳定分析计算得到；
高风险事件后果指标HRI的计算公式为：
式中，q–导致电网高风险事件的序号；m-电网运行方式；
-在第m种运行方式下，第q类电网高风险事件发生的概率；
-在第m种运行方式下，第q类电网高风险事件中导致的切负荷量，
及
参数由电网潮流计算得到；
弃风量占比指标CutI的计算公式为：
CutI＝Cwind/Wwind (6)
式中，Cwind-总弃风电量；Wwind风电总发电量；Cwind及Wwind参数属于风电接入后电网EMS***及风电EMS***采集电网的基本运行数据；
风电发电减排量CarbonI的计算公式为：
CarbonI＝Wwind(1-CutI)Vemission (7)
式中，Vemission-风电单位发电的碳减排收益；Vemission参数属于固定参数，由统计数据得到；
风电发电替代量Wsub的计算公式为：
Wsub＝Wwind(1-CutI)
其中，Wwind为风电总发电量，CutI为弃风量占比指标；
风电效能Ew的计算公式为：
Ew＝(Etotal-Ewind)/Wsub (9)
式中，Etotal为风电不接入电网时，***消耗化石能源的总量；Ewind-风电接入电网时，***消耗化石能源的总量。
2.采用权利要求1所述的一种风电接入电网的安全与效能评估方法的评估***，其特征是，包括历史数据访问层，领域服务层，历史数据访问层与领域服务层进行信息通信，领域服务层及实时数据服务层均与网络通信总线通信，网络通信总线还与风电接入电网的安全与效能评估模块通信；
风电接入电网的安全与效能评估模块，根据电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据计算效能指标，效能指标包括弃风量占比指标、风电发电减排量、风电发电替代量及综合效能指标；
根据电网EMS***、风电EMS***传输的电网的基本运行数据及领域服务层传输的历史数据分析结果计算安全指标，安全指标包括电网电压安全指标、电网频率安全指标、电网功角失稳指标及高风险事件后果指标；
根据安全指标计算综合安全指标，根据效能指标计算综合效能指标值，综合安全指标及综合效能指标值计算风电接入电网安全与效能综合评价指标值。
3.如权利要求2所述的一种风电接入电网的安全与效能评估方法的评估***，其特征是，历史数据访问层包括电网模型库、风电历史库及业务管理库，电网模型库、风电历史库及业务管理库分别存储有电网模型、风电历史数据及业务管理数据；
领域服务层包括电压稳定分析模块、暂态稳定分析模块、潮流计算模块及频率稳定分析模块，其中，暂态稳定分析模块用于根据时域仿真法、李亚普诺夫直接法、扩展等面积法或人工智能法来对电力***进行稳定性分析；电压稳定分析模块用于分析风电接入后电网电压的稳定性，潮流计算模块用于实现在给定电力***网络拓扑、元件参数和发电、负荷参量条件下，计算有功功率、无功功率及电压在电力网中的分布；频率稳定分析模块用于对电网中的频率进行稳定性分析；
实时数据服务层包括电网EMS***、风电EMS***，电网EMS***、风电EMS***分别通过实时服务与接口适配通信，电网EMS***、风电EMS***将采集的实时数据传输至实时服务，实时服务将数据进一步传输至接口适配，接口适配将数据进一步传输至网络通信总线。
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