【摘要】：大規(guī)模停電發(fā)生頻率很低,但是每次發(fā)生都帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重影響人民日常生活,威脅國(guó)家安全。連鎖故障是多起電力系統(tǒng)大停電事故的主要誘因,引起了大量學(xué)者的關(guān)注。連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估定量分析連鎖故障,是深入理解連鎖故障機(jī)理的一種方式。隨能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展,可再生能源的占比持續(xù)增加,高比例風(fēng)電并網(wǎng)將成為中國(guó)電力演化的必然趨勢(shì)。高比例風(fēng)電接入在緩解能源緊張的同時(shí)也給電網(wǎng)的穩(wěn)定帶來(lái)了一些隱患,如風(fēng)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性增加了源側(cè)的不確定性,風(fēng)電脫網(wǎng)事故時(shí)有發(fā)生。因此,為提高含高比例風(fēng)電系統(tǒng)的大停電預(yù)防控制能力,有必要考慮風(fēng)電接入的影響,進(jìn)行電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。本文以高比例風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為研究對(duì)象,主要內(nèi)容包括考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性的風(fēng)電出力場(chǎng)景建模、考慮風(fēng)電接入影響的電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與方法。首先,對(duì)高比例風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的相關(guān)理論基礎(chǔ)進(jìn)行介紹。說(shuō)明了風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)連鎖故障演化機(jī)理、連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論,并詳細(xì)介紹了一種考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性的風(fēng)電出力模型。該模型考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性,以Copula函數(shù)進(jìn)行建模,以模糊C均值聚類法進(jìn)行場(chǎng)景削減,既可以計(jì)算某一時(shí)刻下的風(fēng)電出力場(chǎng)景,還可以生成一段時(shí)間內(nèi)可能的風(fēng)電出力曲線。以2013年冀北某兩個(gè)地理位置相近的風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)為例,說(shuō)明了所述考慮預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性的風(fēng)電出力建模方法,并展示了模型效果。然后,針對(duì)目前連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中對(duì)風(fēng)電出力不確定性考慮不足的問(wèn)題,基于隨機(jī)潮流和風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論提出了一種事故鏈模型。事故鏈生成過(guò)程中引入隨機(jī)潮流計(jì)算替代傳統(tǒng)潮流計(jì)算,結(jié)合故障概率和后果構(gòu)建后續(xù)故障搜索指標(biāo),并據(jù)其風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值選取后續(xù)故障環(huán)節(jié)。基于風(fēng)電場(chǎng)景計(jì)算故障后果,考慮保護(hù)和斷路器的誤動(dòng)拒動(dòng)情況,從失電角度建立系統(tǒng)失負(fù)荷損失風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。將計(jì)算所得運(yùn)行點(diǎn)所有事故鏈風(fēng)險(xiǎn)與可接受失負(fù)荷損失變化曲線進(jìn)行比較,可判斷當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)位于安全運(yùn)行區(qū)域還是連鎖故障高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。仿真結(jié)果表明,對(duì)某一設(shè)定運(yùn)行點(diǎn),隨風(fēng)電滲透率的提高,連鎖故障負(fù)荷損失風(fēng)險(xiǎn)和負(fù)荷損失量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。相比將風(fēng)電預(yù)測(cè)值作為實(shí)際風(fēng)電出力,利用本文所提方法考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差分布后,系統(tǒng)連鎖故障失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)明顯提高。最后,針對(duì)現(xiàn)有連鎖故障模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)線路故障之間的相互影響注重不足的問(wèn)題,計(jì)及風(fēng)電脫網(wǎng)響應(yīng),提出了一種適用于未來(lái)高比例風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。該模型將連鎖故障的風(fēng)電脫網(wǎng)、緊急控制、隨機(jī)故障、安全校正,風(fēng)電機(jī)組出力和負(fù)荷的波動(dòng)等多種動(dòng)態(tài)過(guò)程按照動(dòng)作發(fā)生時(shí)間,劃分為短、中、長(zhǎng)三個(gè)時(shí)間尺度,可以更合理地預(yù)測(cè)連鎖故障的演化路徑。風(fēng)電脫網(wǎng)響應(yīng)模型考慮2種情況:電網(wǎng)線路故障后由風(fēng)電機(jī)組電壓保護(hù)動(dòng)作引發(fā)的風(fēng)電脫網(wǎng);孤島功率平衡時(shí),子系統(tǒng)調(diào)頻能力不足,由風(fēng)電場(chǎng)頻率保護(hù)動(dòng)作引發(fā)的風(fēng)電脫網(wǎng)。隨機(jī)故障的選取考慮重載線路隨機(jī)短路和保護(hù)誤動(dòng)作導(dǎo)致的斷線兩種故障類型。以7風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的改進(jìn)IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例,說(shuō)明了在有風(fēng)電脫網(wǎng)響應(yīng)的連鎖故障中考慮隨機(jī)短路故障的合理性。仿真結(jié)果顯示計(jì)及風(fēng)電脫網(wǎng)響應(yīng)后,系統(tǒng)的負(fù)荷損失風(fēng)險(xiǎn)和負(fù)荷損失量都有所增加,證明了在高比例風(fēng)電接入時(shí)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中考慮風(fēng)電脫網(wǎng)響應(yīng)的必要性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM711;TM614
【圖文】：

圖２－１風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)發(fā)展過(guò)程示意圖逡逑另一方面，相比同步機(jī)，風(fēng)電機(jī)組抵御擾動(dòng)的能力稍弱，在電壓或者頻率偏逡逑離正常值時(shí)，出于自我保護(hù)將主動(dòng)脫網(wǎng)，改變系統(tǒng)潮流分布。我國(guó)風(fēng)電多采用集逡逑中式并網(wǎng)，多臺(tái)風(fēng)電機(jī)組通過(guò)同一并網(wǎng)點(diǎn)接入電網(wǎng)，風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)的波動(dòng)可能導(dǎo)致逡逑

風(fēng)電出力曲線。針對(duì)日前場(chǎng)景，將一天內(nèi)２４個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻場(chǎng)景連接起來(lái)，即成風(fēng)電的日出力曲線。逡逑與２．４．３節(jié)類似，用模糊Ｃ均值聚類方法對(duì)風(fēng)電出力曲線進(jìn)行場(chǎng)景削減。次聚類可以得到一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)有代表性的出力曲線。樣本的維數(shù)為所求出力曲時(shí)刻數(shù)，如當(dāng)生成整點(diǎn)時(shí)刻組成的日出力曲線時(shí)，一個(gè)樣本的維度為２４。逡逑２．４．５算例分析逡逑以冀北某兩個(gè)地理位置相近的風(fēng)電場(chǎng)２０１３年全年的風(fēng)電出力數(shù)據(jù)為例，明風(fēng)電建模過(guò)程。由于真實(shí)的風(fēng)電預(yù)測(cè)值難以獲得，本節(jié)采用最經(jīng)典的持續(xù)法獲得風(fēng)電預(yù)測(cè)值，即以前一時(shí)刻的實(shí)際值作為該時(shí)刻的預(yù)測(cè)值。逡逑２．４．５．１單一時(shí)刻風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性建模與出力場(chǎng)景生成逡逑以第２４時(shí)的數(shù)據(jù)為例說(shuō)明單一時(shí)刻風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差相關(guān)性建模過(guò)程。圖２－為用核密度估計(jì)法所得其中一風(fēng)電場(chǎng)的預(yù)測(cè)誤差累積邊緣分布。逡逑１「邋－逡逑

逑Ｃｌａｙｔｏｎ邋Ｃｏｐｕｌａ和Ｆｒａｎｋ邋Ｃｏｐｕｌａ邋５類Ｃｏｐｕｌａ函數(shù)進(jìn)行相關(guān)性擬合，所對(duì)應(yīng)的各密逡逑度函數(shù)如圖２－３所示。逡逑二元Ｃｌａｙｔｏｎ邋Ｃｏｐｕｌａ密度函數(shù)圖邐二元ｔ－Ｃｏｐｕｌａ密度函數(shù)圖逡逑２５１邐？邐２０）邐Ｉ逡逑２。］邐■邐Ｊ逡逑Ｓ：：ｊ邋▲邐：？Ｈ邐１逡逑Ｖ邐００邐ｙ邐Ｖ邐００邐ｕ逡逑二元Ｇｕｍｂｅｌ邋Ｃｏｐｕｌａ密度函數(shù)圖逡逑二兀Ｆｒａｎｋ邋Ｃｏｐｕｌａ密度函數(shù)圖邐■逡逑③．認(rèn)逡逑Ｖ邐００邐ｕ邐Ｖ邐００邐ｕ逡逑二元Ｎｏｒｍａｌ邋Ｃｏｐｕｌａ密度函數(shù)圖逡逑，邋Ａ逡逑ｉ；ｉ邋Ｉ邋■逡逑Ｖ邐０邋０邐ｕ逡逑圖２－３不同Ｃｏｐｕｌａ函數(shù)擬合的兩風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)誤差聯(lián)合密度函數(shù)分布逡逑２２逡逑

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