基于安全域的含大规模风电电力系统安全约束优化调度理论与方法研究

The large scale integration of wind power has brought significant challenges to the secure and stable operation of power systems, and put forward high requirements for power system dispatching method. To address the key issue that it is hard for traditional methods to consider the uncertainty of wind power and network security constraints, such as the transient stability constraint, this project will carry out the following researches: 1. the construction method and practical description method of the security region for power systems with multi-type wind generators, which provides a completely new methodology for power system dispatchers to take into account network security constraints in the optimal operation of power systems with large scale wind power; 2. a novel stochastic unit commitment method for power systems with large scale wind power will be put forward, which takes the network security constraints into account through the practical description method of the security region, and evaluates the security margin of dispatching schemes by the distance from the current operating point to the boundary of security region, thus it provides a novel method for power dispatchers to balance both of the security and economy of power system operation; 3. based on the security region approach, a capability evaluation method for real time wind power accommodation and a security constrained optimal power flow model will be presented, which consider both the real time regulation ability and the secure transmission ability of power systems, and provide decision support for power dispatchers to determine the potential risk of system and take optimal control actions. The researches in this project will provide theoretical and technical support to the secure and stable operation of power systems with large scale wind power.

大规模风电并网对电力系统的安全稳定运行提出了严峻的挑战，对电力系统调度方法提出了更高的要求。针对现有调度方法难以综合考虑风电的不确定本质和暂态稳定等复杂网络安全约束的关键问题，本项目拟开展如下研究：1.多类型风机并网下，电力系统安全域的构建与实用描述方法研究，为含风电电力系统的优化调度中有效考虑网络的安全约束提供全新的方法；2.借助安全域边界的实用描述方法计及网络安全约束，通过运行点到域边界的距离评估系统的安全裕度，进而提出含风电电力系统安全约束随机机组组合方法，为调度人员协调系统安全性与经济性的矛盾提供有效的工具；3.基于安全域的方法，综合考虑电网的调节能力和网络安全传输能力，提出电力系统实时风电最大接纳能力评估方法和安全约束最优潮流方法，为调度人员确定系统潜在的风险，并采取优化的控制措施提供依据。本项目研究成果可为含大规模风电电力系统安全稳定运行提供理论与技术支撑。

为了实现能源革命的宏伟目标，要求开发高比例可再生能源发电。风电大规模接入电网，使得电力系统面临更多的不确定性，电网的稳定特性发生显著改变，对电力系统的安全稳定运行提出了严峻的挑战。为了保障大规模风电并网系统的安全稳定经济运行，亟需更为科学有效的安全监控与优化方法。.本项目面向大规模风电并网对电力系统安全稳定运行带来的关键挑战性问题，系统研究了含风电电力系统安全域的构建方法，域边界特性和实用描述方法，提出了基于相轨迹分析的电力系统实用动态安全域构建方法，分析了风机控制参数等关键因素对电力系统安全域的影响，丰富了安全域的方法学，为大规模风电并网系统的安全监控提供了基础的理论与方法支持；提出了基于安全域的风电并网系统的安全约束机组组合与经济调度方法，借助机会约束规划理论和安全域边界的超平面描述方法，综合考虑了风电出力的不确定特性和系统的暂态稳定等复杂的网络安全约束，为电力系统的日前优化调度中协调系统的安全性与经济性矛盾提供了有效的方法；提出了考虑风电并网系统多时间尺度调度特性的随机潮流计算方法，综合考虑系统的调节能力和网络安全约束，有效评估系统的运行状态，提出了基于安全域的安全稳定约束优化潮流方法，以将小扰动稳定约束与暂态稳定约束等约束描述为决策变量的显式线性函数，克服传统方法需在优化中嵌入特征值分析与时域仿真等复杂计算的缺陷，为电网的实时运行中，采取相应的控制措施，改善系统的安全稳定水平，提供了高效的决策工具。.相关研究成果为实现风电并网系统的安全监视与优化调度提供了重要的理论与方法支撑，具有重要的科学意义与应用价值。基于项目的研究，已和电网公司等开展良好合作，推进了安全域方法在电网安全监视与优化调度中的应用。