考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法与流程

本发明属于电力系统稳定性控制，具体涉及考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法。

背景技术：

1、主配协同正成为新型电力系统发展的必然趋势。考虑到新型能源（风能、太阳能）有着明显的间歇性、波动性和低无功支撑特性，并且它们的技术特征和传统发电方式大相径庭，这就使得整个电力系统的无功调节能力受到了限制。源荷双向互动的不确定性变强，静态电压稳定性有所下降，频率-电压协调控制变得更为困难，稳定区域边界的识别工作也变得更加棘手。

2、现有研究针对高比例新能源电力系统的静态电压稳定在线评估已经提出了相应方法。然而，高比例新能源主配电力系统的临界稳定状态并非始终由单一静态电压稳定约束决定。在不同新能源出力、负荷水平及主配边界交换状态下，系统最接近安全限值的约束可能表现为静态电压稳定约束、频率稳定约束或暂态电压恢复约束，并且随着运行状态变化，不同安全稳定约束之间可能发生主导关系切换。因此，仅依据单一稳定指标或单一类型稳定裕度，难以统一描述多类安全稳定约束共同作用下的主配协同综合稳定边界，也难以准确识别当前运行状态下真正限制系统安全运行范围的安全稳定约束。

3、另一方面，现有输电网与配电网协调分析方法通常通过主配网联络边界有功、无功交换量实现主网侧与配网侧运行状态之间的协调，并通过潮流计算、分解协调或优化方法满足主配边界功率一致性要求。该类方法主要关注主配网运行变量协调及运行目标求解，而对于多类安全稳定约束共同作用下综合稳定边界的连续在线追踪，仍需要针对不同边界运行状态反复进行稳定计算和边界搜索。在源荷不确定性持续变化的情况下，若针对每一个新的源荷运行状态均从初始运行点重新进行大范围边界扫描，并分别执行交流潮流和动态稳定计算，将产生较大的在线计算量。同时，随着稳定边界运行点发生变化，限制系统安全运行范围的安全稳定约束可能发生切换，若始终采用预先固定的稳定约束或固定的边界搜索方向，则难以准确反映实际综合稳定边界在主配网联络边界有功—无功交换功率空间中的局部变化特征。

4、此外，主配协同综合稳定边界通常为连续变化的非线性边界。相邻稳定边界运行点之间具有一定的局部连续性和方向关联性，如果不能有效利用已获得稳定边界运行点附近的局部变化信息，则需要在较大的主配边界功率空间内重复搜索；而当新能源出力和负荷状态发生滚动变化时，若不能进一步利用前一计算时段已经获得的稳定边界信息，也会造成重复边界搜索和重复稳定计算，从而影响综合稳定边界在线计算效率。

5、因此，亟需一种考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法，能够在新能源出力和负荷不确定变化条件下，对静态电压稳定、频率稳定及暂态电压恢复等多类安全稳定约束进行统一评价，识别当前最不利源荷运行状态及限制性安全稳定约束，并根据当前限制性安全稳定约束对应的局部变化信息连续追踪主配协同综合稳定边界，在保证边界运行点满足主配网联络边界功率一致性、交流潮流及安全稳定要求的同时，实现综合稳定边界随实时源荷状态变化的滚动在线更新。

技术实现思路

1、本发明针对现有综合稳定分析方法难以同时考虑源荷不确定性、多类安全稳定约束以及主配网协同运行特性的不足，提供一种考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法，以实现不确定源荷条件下最不利运行状态识别、限制性安全稳定约束确定以及综合稳定边界的连续在线追踪。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法，包括：

4、s1、根据新能源出力和负荷的历史预测误差及实时运行数据，采用滚动时间窗口构建源荷联合不确定集，确定多个源荷不确定运行状态；

5、s2、计算各源荷不确定运行状态下的静态电压稳定裕度、频率稳定裕度及暂态电压恢复裕度，依据相应安全限值构造相对安全裕度，以最小相对安全裕度确定最不利源荷运行状态及限制性安全稳定约束；

6、s3、以主配网联络边界有功、无功交换量及新能源有功、无功调节量为变量，基于动态微分-代数模型计算限制性安全稳定约束对应的伴随灵敏度；

7、s4、根据伴随灵敏度及主配网联络边界功率一致性关系确定边界追踪方向，采用伪弧长预测方法计算相邻候选边界点；

8、s5、通过交流潮流及安全稳定校核对候选边界点进行校正，迭代得到综合稳定边界，并根据实时源荷状态滚动更新综合稳定边界。

9、作为改进，s1中，获取风电、光伏及负荷的历史预测有功功率、实际有功功率以及当前实时运行数据，根据相同时间窗实际有功功率与对应预测有功功率之间的偏差构造成源荷预测误差，组成源荷预测残差向量，采用滚动时间窗口获取多个连续时刻的源荷预测残差向量，根据滚动时间窗口内各类预测残差的变化范围及不同源荷预测残差之间的相关关系构造当前计算时段对应的源荷联合不确定集。

10、作为改进，s2中，静态电压稳定裕度表征当前运行状态与静态电压失稳临界状态之间的距离；频率稳定裕度采用预设扰动作用后的系统频率最低值表示；暂态电压恢复裕度采用预设扰动作用后的关键节点或新能源场站并网点最低电压表示。

11、作为改进，s2中，根据不同稳定裕度与对应安全阈值之间的距离分别采用统一的正负方向进行处理，当对应安全稳定裕度大于零时，表示相应安全稳定约束尚具有安全裕度；当等于零时，表示对应稳定指标达到相应安全限值；当小于零时，表示相应安全稳定约束被违反；

12、s2中，将静态电压稳定裕度、频率稳定裕度及暂态电压恢复裕度中的最小值确定为相对安全裕度，将相对安全裕度最小的源荷不确定运行状态确定为最不利源荷运行状态，将对应的安全稳定约束确定为限制性安全稳定约束，将限制性安全稳定约束对应的安全稳定裕度构造为限制性安全稳定约束函数。

13、作为改进，s3中，动态微分-代数模型表示为：

14、

15、

16、式中，表示动态状态变量对时间的导数；表示主配电力系统动态状态变量；表示代数状态变量；表示主配网联络边界交换功率向量；表示由参与调节的新能源设备有功、无功调节量组成的新能源有功、无功调节变量；表示最不利源荷运行状态。

17、作为改进，s3中，将动态微分－代数模型表示为统一残量形式：

18、

19、式中，表示由动态状态变量和代数状态变量组成的综合状态变量；表示主配电力系统动态微分－代数模型对应的残量函数；

20、根据动态微分－代数模型的线性化关系以及限制性安全稳定约束函数构建伴随方程：

21、

22、式中，表示残量函数关于综合状态变量的雅可比矩阵；表示伴随变量；

23、计算限制性安全稳定约束相对于新能源有功、无功调节变量的伴随灵敏度：

24、

25、

26、式中，表示主配网联络边界交换功率对应的伴随灵敏度，用于确定主配边界有功－无功交换功率平面内的稳定边界局部追踪方向；表示新能源有功、无功调节变量对应的伴随灵敏度，用于表征新能源有功、无功调节量变化对当前限制性安全稳定约束的局部影响。

27、作为改进，s4中，设第个稳定边界运行点对应的主配边界伴随灵敏度为：

28、

29、式中，和分别表示当前限制性安全稳定约束相对于主配边界有功交换功率和无功交换功率的伴随灵敏度分量；

30、在时，根据其有功、无功分量确定当前稳定边界运行点对应的边界切向量：

31、

32、式中，表示第个稳定边界运行点处的边界切向量；表示方向系数，取或，用于保持相邻稳定边界切向量的追踪方向连续。

33、作为改进，s4中，以当前稳定边界运行点为基准，沿所述边界切向量按照伪弧长预测步长确定相邻稳定边界预测点：

34、

35、式中，表示第个稳定边界运行点对应的主配边界交换功率向量；表示预测得到的相邻稳定边界点；表示第次边界追踪采用的伪弧长预测步长；

36、根据相邻稳定边界切向量之间的方向关系选择方向系数，使连续得到的稳定边界预测点沿同一追踪方向依次展开，避免边界追踪过程中发生往返跳变。

37、作为改进，s5中，根据交流潮流条件、主配边界功率一致性条件、当前限制性安全稳定约束对应的稳定边界条件以及伪弧长校正条件对候选边界点进行迭代校正。

38、作为改进，s5中，当候选点无法满足校正条件时，调整伪弧长预测步长重新进行预测和校正；

39、s5中，进入下一计算时段后，根据最新实时源荷运行数据更新源荷联合不确定集，并重新确定最不利源荷不确定运行状态、限制性安全稳定约束以及对应伴随灵敏度参数，以上一计算时段获得的稳定边界运行点作为初始信息，实现主配协同综合稳定边界的滚动在线更新。

40、本发明的考虑源荷不确定性的主配协同综合稳定边界在线计算方法的有益效果是：通过构建源荷联合不确定集并进行滚动更新，提高综合稳定边界计算对新能源出力及负荷变化的适应能力；通过多类安全稳定裕度联合评价，实现最不利源荷不确定运行状态和限制性安全稳定约束识别；通过伴随灵敏度和伪弧长预测方法，实现主配协同综合稳定边界的连续追踪；通过交流潮流校正及安全稳定校核，实现综合稳定边界在线计算与滚动更新；能够减少源荷状态变化下重复边界搜索和稳定计算，提高主配协同综合稳定边界在线计算效率及运行状态适应能力，适用于高比例新能源主配电力系统安全稳定运行边界的在线计算。