1.本发明属于电网评价方法技术领域，尤其涉及考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法。
背景技术：2.在电力系统中，弹性可以定义为在极端事件中电网抵抗响应并尽可能恢复原本运行状态的能力。随着极端事件发生频率增加，对电网的影响越来越明显，同时，我国新能源并网规模不断增加，大规模新能源机组馈入受端电网，使电网削谷调峰能力下降，影响了系统安全稳定运行。虽然新能源装机总容量增加，但“弃风”“弃光”现象严重，尤其是冰灾、高温、大风等极端气候对新能源机组影响很大。因此，准确定义电网弹性并建立合适的评估模型至关重要。
技术实现要素：3.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
4.考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，包括如下步骤：
5.确定极端气候灾害模型；
6.确定输电通道故障模型，获取电网元件脆弱性曲线；
7.确定极端气候灾害影响下的新能源机组自主停机模型；
8.确定储能倍率放电模型；
9.确定抵抗响应阶段模型及恢复阶段模型；
10.获取弹性评价指标，根据评价指标的大小，评估电网弹性：评价指标数值越大，电网弹性越小。
11.进一步的，所述极端气候灾害为台风灾害，台风灾害模型如下：
[0012][0013]v10
＝kv·vr
[0014]
式中：t
typ
是调整风速分布的参数；r是距离台风中心的路程；vr是台风在该地区的风速；v
max
是台风的最大风速；r
max
是台风最大风速半径；kv为校正系数；
[0015][0016]
v＝vd+v
10
[0017]
式中：vd是轴对称风速v
10
的修正矢量；vc是台风的移动速度矢量，此修正过程在台风中心等于零，在r
max
处增加到最大0.5vc，然后径向向外减小到零；v为计算风速矢量。
[0018]
进一步的，台风中电网元件脆弱性曲线可表示为：
[0019][0020]
式中：v是线路最大抗风速度；α是脆弱性曲线系数。
[0021]
进一步的，不同风速下风电发电站的有功出力为：
[0022][0023]
式中：p
wi
为第i个风电发电站的有功出力；c
wi
为第i个风电发电站的出力系数；p
wmaxi
为第i个风电发电站满发时的最大出力；v
in
、v
out
、ve分别为风电机组的切入风速、切出风速和额定风速。
[0024]
进一步的，所述储能倍率充放电模型为：
[0025][0026][0027][0028][0029]
式中：p
cha max
、p
cha min
为储能装置t时刻充电功率及上下限；p
rel max
、p
rel min
为储能装置t时刻放电功率及上下限；e
stomax
为储能装置的t时刻储电能量及上限；η
cha
、η
rel
是储能装置充放电效率；δt
sto
为储能设备充放电时长。
[0030]
进一步的，建立台风中电网的抵抗响应模型，如式所示：
[0031][0032]
式中：为机组m在时刻t的运行成本；为机组m在时刻t的实际有功出力；t是台风过境期间时间段总数；nd和ng是节点和发电机总数；为节点i在时刻t的切负荷量；μ是惩罚系数。
[0033]
进一步的，所述恢复阶段模型为：
[0034]
tr＝kwtn[0035]
式中：tn是电网正常状态下的修复时间；kw为天气影响因子，kw取与台风过境过程中，线路遭受最大实际风速的随机数：
[0036]
[0037]
式中：v是台风实时速度；u(x，y)为区间(x，y)内随机数。
[0038]
进一步的，电网弹性的评价指标为：
[0039][0040]
式中，其中li是系统理想曲线，lr是系统实际运行的曲线。
[0041]
本发明的优点和积极效果是：
[0042]
本发明以台风作为极端事件，在现有弹性梯形评估模型的基础上，考虑因台风过境导致风电机组满发或自主停机的场景，建立抵抗响应阶段以及恢复阶段的模型，进行受端电网弹性评估，能够准确得到电网弹性相关情况。
附图说明
[0043]
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0044]
图1为本发明实施例提供的台风安比过境ieee14系统路线图；
[0045]
图2为本发明实施例提供的ieee14系统弹性梯形曲线。
具体实施方式
[0046]
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
[0047]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048]
实施例1
[0049]
考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，包括如下步骤：
[0050]
确定极端气候灾害模型；
[0051]
确定输电通道故障模型，获取电网元件脆弱性曲线；
[0052]
确定极端气候灾害影响下的新能源机组自主停机模型；
[0053]
确定储能倍率放电模型；
[0054]
确定抵抗响应阶段模型及恢复阶段模型；
[0055]
获取弹性评价指标，根据评价指标的大小，评估电网弹性。评价指标数值越大，证明该条件下，电网弹性越小。
[0056]
进一步的，所述极端气候灾害为台风灾害，台风灾害模型如下：
[0057]
[0058]v10
＝kv·vr
[0059]
式中：t
typ
是调整风速分布的参数，数值设为0.5；r是距离台风中心的路程；vr是台风在该地区的风速；v
max
是台风的最大风速；r
max
是台风最大风速半径；kv为校正系数，取值为0.8；
[0060][0061]
v＝vd+v
10
[0062]
式中：vd是轴对称风速v
10
的修正矢量；vc是台风的移动速度矢量，此修正过程在台风中心等于零，在r
max
处增加到最大0.5vc，然后径向向外减小到零；v为计算风速矢量。
[0063]
进一步的，台风中电网元件脆弱性曲线可表示为：
[0064][0065]
式中：v是线路最大抗风速度，一般取30m/s；可以看出，当v
max
小于v时，线路不会发生故障；当v
max
介于v和2v之间时，线路的故障率呈现指数倍数增长；当大于2v时，线路一定会发生故障；
[0066]
其中，α是脆弱性曲线系数；由大量历史数据可得，对比区内输电线路，区外特高压输电线路庞大复杂，专业性强，覆盖面广，其高可靠性是保证受端电网安全稳定的前提，因此，区内输电线路取α＝2/3，区外输电线路取α＝1/3。
[0067]
进一步的，不同风速下风电发电站的有功出力为：
[0068][0069]
式中：p
wi
为第i个风电发电站的有功出力；c
wi
为第i个风电发电站的出力系数；p
wmaxi
为第i个风电发电站满发时的最大出力；v
in
、v
out
、ve分别为风电机组的切入风速、切出风速和额定风速，取3、14、25m/s。
[0070]
进一步的，
[0071]
所述储能倍率充放电模型为：
[0072][0073][0074][0075][0076]
式中：p
cha max
、p
cha min
为储能装置t时刻充电功率及上下限；p
rel max
、p
rel min
为储能装置t时刻放电功率及上下限；e
stomax
为储能装置的t时刻储电能量及上限；η
cha
、η
rel
是储能装置充放电效率；δt
sto
为储能设备充放电时长。
[0077]
进一步的，
[0078]
建立台风中电网的抵抗响应模型，如式所示：
[0079][0080]
式中：为机组m在时刻t的运行成本；为机组m在时刻t的实际有功出力；t是台风过境期间时间段总数；nd和ng是节点和发电机总数；为节点i在时刻t的切负荷量；μ是惩罚系数。
[0081]
其中，约束条件为：
[0082][0083][0084][0085][0086][0087][0088][0089][0090][0091][0092][0093][0094]
式中：为机组m在时刻t的实际有功出力；t是台风过境期间时间段总数；nd和ng是节点和发电机总数；为节点i在时刻t的切负荷量；μ是惩罚系数；cg，c
ft
为发电机联接矩阵和线路联接矩阵；矩阵和线路联接矩阵；分别为时刻t的发电机输出功率矩阵、线路潮流矩阵、切负荷矩阵、负荷矩阵以及储能出力矩阵；p
gmmax
，p
gmmin
分别为机组m的最大、最小输出功率；δp
gmmax
，δp
gmmin
分别为机组m的最大、最小功率变化限制；m
gtm
为机组m最小开机时间；p
ftmax
为输电线路传输的最大潮流；ωg，ωw，ωb为系统火电发电机、风电发电机和节点集合。
[0095]
进一步的，所述恢复阶段模型为：
[0096]
tr＝kwtn[0097]
式中：tn是电网正常状态下的修复时间；kw为天气影响因子，kw取与台风过境过程中，线路遭受最大实际风速的随机数：
[0098][0099]
式中：v是台风实时速度；u(x，y)为区间(x，y)内随机数。
[0100]
进一步的，电网弹性的评价指标为：
[0101][0102]
式中，其中li是系统理想曲线，lr是系统实际运行的曲线。
[0103]
实施例2
[0104]
本实施例对ieee14标准节点模型进行改进，选取1～2个发电机节点作为风电机组模拟受端电网新能源接入的特性；增加1个发电机节点模拟区外来电，连接线路模拟特高压直流输电线路；选取1～2个发电机节点设定为安装储能装置的节点，扩大其发电机出力调节范围。ieee14系统发电机节点的参数如表1所示。
[0105]
表1 ieee14系统发电机节点参数
[0106][0107]
台风数据采用中国气象局热带气旋资料中心中台风安比(ampil)的数据，其中台风中心坐标采用简化坐标，保证各时间段台风移动的距离比例不变，资料提供的台风数据步长为3～6h，模拟步长取为1h，中间数据采用线性插值法得到，并假设期间台风最大风速和半径不变。系统内各节点坐标以及台风过境的路径模拟图如图1所示，虚线表示台风中心的移动路径，圆形表示其中两个时刻台风最大风速半径：
[0108]
根据台风过境的数据分析，模拟出各个时刻中各条线路的故障率期望值，其中线路最大抗风风速设置为30m/s。根据各个线路的故障率，采用蒙特卡洛模拟法模拟台风气候
下ieee14系统的故障情况，利用抵抗响应模型和恢复模型得到系统的负荷变化并绘制弹性梯形曲线，该曲线即为评估电网弹性的弹性梯形模型，如图2，考虑台风影响时间、维修队伍路程上花费的时间以及修理时间，假设单个元件的修复时间为48h。
[0109]
可求得在线路最大抗风风速为30m/s，修复时间为48h时，ieee14系统的弹性大小即模拟台风过境过程中失负荷量为14134mw。
[0110]
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
技术特征：1.考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：确定极端气候灾害模型；确定输电通道故障模型，获取电网元件脆弱性曲线；确定极端气候灾害影响下的新能源机组自主停机模型；确定储能倍率放电模型；确定抵抗响应阶段模型及恢复阶段模型；获取弹性评价指标，根据评价指标的大小，评估电网弹性：评价指标数值越大，电网弹性越小。2.根据权利要求1所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于：所述极端气候灾害为台风灾害，台风灾害模型如下：v
10
＝k
v
·vr
式中：t
typ
是调整风速分布的参数；r是距离台风中心的路程；v
r
是台风在该地区的风速；v
max
是台风的最大风速；r
max
是台风最大风速半径；k
v
为校正系数；v＝v
d
+v
10
式中：v
d
是轴对称风速v
10
的修正矢量；v
c
是台风的移动速度矢量，此修正过程在台风中心等于零，在r
max
处增加到最大0.5v
c
，然后径向向外减小到零；v为计算风速矢量。3.根据权利要求2所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于：台风中电网元件脆弱性曲线可表示为：式中：v是线路最大抗风速度；α是脆弱性曲线系数。4.根据权利要求3所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，不同风速下风电发电站的有功出力为：式中：p
wi
为第i个风电发电站的有功出力；c
wi
为第i个风电发电站的出力系数；p
wmaxi
为第i个风电发电站满发时的最大出力；v
in
、v
out
、v
e
分别为风电机组的切入风速、切出风速和额定风速。
5.根据权利要求4所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，所述储能倍率充放电模型为：所述储能倍率充放电模型为：所述储能倍率充放电模型为：所述储能倍率充放电模型为：式中：p
chamax
、p
chamin
为储能装置t时刻充电功率及上下限；p
relmax
、p
relmin
为储能装置t时刻放电功率及上下限；e
stomax
为储能装置的t时刻储电能量及上限；η
cha
、η
rel
是储能装置充放电效率；δt
sto
为储能设备充放电时长。6.根据权利要求5所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，建立台风中电网的抵抗响应模型，如式所示：式中：为机组m在时刻t的运行成本；为机组m在时刻t的实际有功出力；t是台风过境期间时间段总数；n
d
和n
g
是节点和发电机总数；为节点i在时刻t的切负荷量；μ是惩罚系数。7.根据权利要求6所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，所述恢复阶段模型为：t
r
＝k
w
t
n
式中：t
n
是电网正常状态下的修复时间；k
w
为天气影响因子，k
w
取与台风过境过程中，线路遭受最大实际风速的随机数：式中：v是台风实时速度；u(x，y)为区间(x，y)内随机数。8.根据权利要求7所述的考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，其特征在于，电网弹性的评价指标为：式中，其中l
i
是系统理想曲线，l
r
是系统实际运行的曲线。
技术总结本发明涉及考虑新能源和储能响应特性的受端城市电网弹性评估方法，包括如下步骤：确定极端气候灾害模型；确定输电通道故障模型，获取电网元件脆弱性曲线；确定极端气候灾害影响下的新能源机组自主停机模型；确定储能倍率放电模型；确定抵抗响应阶段模型及恢复阶段模型；获取弹性评价指标，根据评价指标的大小，评估电网弹性：评价指标数值越大，电网弹性越小；本发明以台风作为极端事件，在现有弹性梯形评估模型的基础上，考虑因台风过境导致风电机组满发或自主停机的场景，建立抵抗响应阶段以及恢复阶段的模型，进行受端电网弹性评估，能够准确得到电网弹性相关情况。准确得到电网弹性相关情况。准确得到电网弹性相关情况。
技术研发人员：宣文博 张天宇 李慧 刘忠义 何平 王伟臣 闫大威 王魁 雷铮 李媛媛 宋佳 丁承第 董逸超 罗涛 魏联滨 周进
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
