计及极端天气与风电接入的系统运行风险评估

随着全球气候的改变以及风能作为主要可再生能源形式的大规模开发,天气因素越来越成为系统故障的主要诱因,大规模风电的接入加剧了系统运行调度的难度。因此,研究天气条件以及风电接入对系统在运行尺度上的风险分析有利于运行人员加深对运行状态的认识,为运行人员进行调度决策提供技术支持。为了防止停电事故的发生,提高电力系统的安全性,20世纪30年代以来,研究人员已对电力系统可靠性进行了大量研究,并取得了一系列成果。电力系统行为的概率特征是电力系统风险的根源。20世纪90年代,将概率方法引入到电力系统运行评估中,可以对多种不确定性因素对电力系统的影响进行深入的研究。在分析输电线路停运概率时将输电元件载荷作为主要影响因素,建立电网运行风险决策模型,仿真结果表明,输电线路的停运概率和载荷量对电网风险决策影响显著。本文在分析前人研究成果的基础上研究了风电功率的出力特性。本文将风电功率的波动性分日、月、年等三个时间尺度进行了分析,研究不同时间尺度下的波动性特征。风电功率的间歇性严重影响着电网的功率平衡,本文通过不同的低功率(包括零功率)持续时间,研究了风电功率的间歇性。用遗传性方法研究了风电功率的变化速度和连续性。为了研究风电功率的转移特性,将风电功率等分成一定数量的功率区间,建立了风电功率的转移矩阵和转移率矩阵,对不同功率区间的转移率进行了分析,揭示了不同功率区间的波动性和随机性的强弱程度是不同的。本文在研究了风电功率的出力特性后进行了系统风险评估,同时考虑了天气因素。电力系统风险评估是对由于元件失效而引起的系统风险的评价。电力系统运行风险评估包括4个基本步骤：建立元件停运模型、选择系统状态、系统状态分析、风险指标计算。分析了基于马尔可夫过程的元件状态概率,建立了发电机的停运模型和基于天气三状态的输电线路停运模型。分析了选择系统状态的方法,非序贯模特卡罗法又称为状态抽样法,每一个元件处于某个状态的概率不尽相同,通过抽样来确定每个元件的状态,全部元件的状态确定后形成一个系统状态。电力系统的运行风险可以通过定量的风险指标来衡量,本文建立了电力系统运行风险的风险指标体系。本文采用RTS-79测试系统进行电力系统的运行风险分析。由于输电线路暴露在室外,因此易受天气状态影响,输电线路在不同的天气状态下,其出现故障的概率是不同的,当某一线路出现故障时,其它线路易出现过载现象。风电的波动性主要引起弃风风险和失负荷风险,不同时刻的风险是不同的,当风电功率较小时,下一时刻的弃风风险比较大,可以采取的预防措施有增加具有高调节速度的电源；当风电功率较大时,如果系统的调峰容量不足,下一时刻的失负荷风险比较大,可以采取的预防措施有增加具有高调节速度的电源和增加系统的备用容量。