[发明专利]一种考虑电动汽车充电特性和负荷波动极限的电力系统静态电压稳定性评估方法

摘要

本发明具体涉及一种考虑电动汽车充电特性和负荷波动极限的电力系统静态电压稳定性评估方法，包括：电网节点注入功率随机化模型建立、QMC采样方法中Sobol序列构建、电力系统静态电压稳定临界状态搜索、静态电压指标评估体系建立。本发明改善了传统分析方法只能分析单一负荷增长模式下系统静态电压稳定极限的缺陷，可研究同时考虑电动汽车接入电网后的充电特性和负荷的随机波动性对系统静态电压稳定性的影响，搜索电网不同的静态电压失稳状态。运算过程快捷高效、精确；分析结论所得出的电力系统静态电压稳定薄弱区域可作为实际电网运行中重点监控的对象，以便电网运行人员及时采取相应减载措施，避免发生全网电压崩溃事故，工程实用性强。

主权项

1.一种考虑电动汽车充电特性和负荷波动极限的电力系统静态电压稳定性评估方法，其特征在于，包括步骤1，电网节点注入功率随机化模型建立：包括发电机节点注入功率、负荷节点功率和电动汽车充电站功率的随机化建模,具体包括：模型一，发电机功率模型：将所有的发电机节点分为两个大类，即松弛节点和非松弛发电机节点；松弛节点以外的发电机节点输出功率相互独立且服从正态分布，有功功率的概率分布函数为其中，μ_P是由基础负荷确定的有功功率期望值，σ_P为标准差，为误差函数的反函数，r为服从均匀分布的随机变量；模型二，电动汽车充电站：电动汽车的充电过程中的电能需求与初始充电状态由电动汽车的初始充电状态由日行驶距离D确定，假设日行驶距离服从正态分布，其概率密度函数为其中μ为日行驶距离D的期望值，σ为标准差；考虑到电池单次放电所能行驶的极限距离，D仅在[0,D_limit]区间内取值；每次充电完成后，电池的SOC达到最大值100％；随着行驶距离D的增长，SOC值成线性关系衰减，在下一个充电周期之前，电池的充电状态可用下式评估：式中，D_limit的典型取值为128.75km；假设电动汽车在每天的行驶过程结束以后，仅进行一次充电，而且充电的时间可能分布在一天的任意时刻；电动汽车单次充电时间t_s的概率密度函数服从t_s的指数分布，用下式表示：其中，T_μ的取值为1至2h；对于一个接纳能力为N_max的充电站，设任意时刻到达该充电站充电的电动汽车数量N，其服从期望值为λ_μ的泊松分布，即以上公式中已求得电动汽车的SOC值和充电时间t_s的分布，根据电动汽车充电特性，可以确定单台电动汽车充电功率的概率分布；电动汽车充电站总的功率需求特性为充电站内所有电动汽车的功率需求的和；采用蒙特卡洛抽样方法进行大于5000次抽样，获得的电动汽车充电站功率需求概率分布图及拟合曲线，并根据拟合曲线所得的概率分布曲线近似服从期望值为μ_P，标准差为σ_P的正态分布；模型三，负荷节点功率模型：在确定性潮流计算中，连续潮流算法采用预测校正的方法，通过参数化引入一维或多维校正方程，解决了潮流雅克比矩阵在电压稳定临界点的奇异性问题，使得整个潮流求解过程连续，能够绘制出完整的PV曲线，搜索系统的电压崩溃点，从而建立负荷的随机化模型，具体方法如下：对于一个包含N1个节点的系统，任一节点为b，1≤b≤N1；其中负荷节点有M个，各负荷节点组成的集合为L＝[L₁,L₂,LL,L_M]，第p个负荷节点的初始负荷为L_p0，1≤p≤M，采用连续潮流法依次对系统中的负荷节点按单负荷增长方式增加负荷至系统发生电压崩溃，计算得到此时增负荷节点的负荷记为L_p1，负荷增长因子α_pm＝L_p1/L_p0，单负荷增长是电网负荷增长方式中较极端的情况；将单负荷增长方式的负荷极限值定为负荷变化范围的上限，同时将电网日最小负荷量θ定为负荷变化范围的下限，将节点p的最小负荷量设为初始负荷的Q％；由于电网负荷波动的随机性，设节点p的负荷增长因子α_Lp服从[θ,α_pm]区间上的均匀分布；步骤2，进行电力系统QMC采样，具体是通过构造Sobol序列，用于随机产生电力系统的运行状态，以便通过概率统计的方法分析电力系统的静态电压稳定性；步骤3，进行电力系统静态电压稳定临界状态搜索，用于逐步比较剔除离临界状态距离较远的运行点，并采用连续潮流法进行校正，获取电力系统临界运行状态的集合；步骤4，建立电力系统静态电压稳定性评估指标体系，用以评估系统的静态电压稳定性，具体包括3个指标：平均崩溃电压、电压越限风险值和节点平均功率增长充裕度，具体是：指标一、当电力系统处于用电高峰时期，由于负荷的波动导致全网发生电压失稳时，率先出现电压越限的负荷节点属于电力系统的静态电压稳定的薄弱区域；通过计算若干系统电压失稳状态下负荷节点的电压临界值，对节点的薄弱程度进行排序，求取节点的平均崩溃电压，计算公式如下：指标二、通过计算若干系统电压失稳状态下负荷节点的电压临界值，对节点的薄弱程度进行排序，求取节点的电压越限风险值，计算公式如下：VVRV＝T_{i_collapse}/T_s式中，U_{icollapse_k}为负荷节点i在第k种系统崩溃状态的失稳电压；T_s为搜索到的系统临界状态总数，T_{i_collapse}为节点i在各负荷节点失稳电压排序中列为电压最低节点的次数；VVRV指标的取值在[0,1]之间，节点该指标值越大，表明电压薄弱程度越高，在全网负荷大幅波动时发生电压越限的风险越大；指标三、系统负荷节点功率增长充裕度在求得大量系统崩溃状态的情况下，计算负荷节点的功率增长充裕度可以使系统运行人员掌握各负荷波动节点功率距离系统临界状态的距离，并及时采取措施，避免全网发生电压失稳事故；定义节点平均功率增长充裕度指标的计算公式式中，P_{icollapse_k}为节点i在第k中系统崩溃状态下的有功功率，P_{s_i}为节点i初始有功功率，T_s为系统临界状态总数；该指标可与崩溃电压指标相结合，作为评估系统静态电压稳定性的依据。