本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行優(yōu)化，具體是一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著世界各國推動能源系統(tǒng)的可持續(xù)化轉(zhuǎn)型，大規(guī)模新能源基地和長距離輸電工程持續(xù)推進，送端電網(wǎng)呈現(xiàn)出高比例可再生、高電力電子滲透和弱短路支撐并存的特征。在此背景下，大規(guī)模新能源基地外送不僅面臨系統(tǒng)慣量與短路容量不足所引發(fā)的電壓與穩(wěn)定性約束，還需要在保障系統(tǒng)安全運行的前提下，統(tǒng)籌考慮新能源消納效率、配置成本及系統(tǒng)韌性等多重目標，這對規(guī)劃與運行協(xié)同提出了更高的要求。在此背景下，跟網(wǎng)型（grid-following，gfl）/構(gòu)網(wǎng)型（grid-forming，gfm）風機、構(gòu)網(wǎng)型靜止無功發(fā)生器（static?vargenerator,?svg）、同步調(diào)相機（synchronous?condenser,?sc）以及儲能型電壓支撐裝置被廣泛用于提升弱送端系統(tǒng)的電壓剛度與穩(wěn)定裕度。然而，這些主動支撐設(shè)備在電壓控制過程中引入了多時間尺度、多控制環(huán)節(jié)及多運行方式的耦合，使得送端系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性高度依賴設(shè)備容量配置、控制參數(shù)整定及運行協(xié)同方式。
2、傳統(tǒng)以單一運行工況、單一傳輸方向或單一指標為核心的無功規(guī)劃方法，難以表征多方向功率擾動下的最不利靜態(tài)穩(wěn)定邊界。另一方面，容量配置與運行無功分擔存在顯著耦合：僅做容量配置可能出現(xiàn)剛度底線滿足但全方向魯棒性不足，僅做運行優(yōu)化則可能出現(xiàn)容量冗余但邊際效益不佳或局部可行但跨場景不可行等問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，所述方法包括：
4、基于以及多類型主動支撐設(shè)備的控制參數(shù)建立各類型主動支撐設(shè)備的電壓-無功下垂特性方程，并將所述下垂特性方程與電網(wǎng)潮流方程耦合，構(gòu)建用于描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行點的統(tǒng)一潮流-下垂靜態(tài)模型；
5、基于所述統(tǒng)一潮流-下垂靜態(tài)模型，構(gòu)建用于表征系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的多場景綜合性能指標，所述指標至少包括最小靜穩(wěn)裕度和穩(wěn)定域面積；
6、構(gòu)建計及外網(wǎng)短路容量與所述多類型主動支撐設(shè)備無功支撐能力的統(tǒng)一剛度約束模型，并基于所述剛度約束模型生成關(guān)于待配置設(shè)備的容量約束；
7、在容量配置層，以所述待配置設(shè)備的額定容量為決策變量，以最小化投資成本與穩(wěn)定性收益的加權(quán)差為目標，在滿足所述容量約束的條件下，求解得到最優(yōu)容量配置方案；
8、在運行層，基于所述最優(yōu)容量配置方案，以最小化多類型設(shè)備無功出力調(diào)整量的加權(quán)和為目標，求解得到各主動支撐設(shè)備的無功分擔策略。
9、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述統(tǒng)一潮流-靜態(tài)模型的構(gòu)建包括：將各類型主動支撐設(shè)備的穩(wěn)態(tài)行為表征為公共耦合點的電壓/無功下垂特性方程，并與電網(wǎng)潮流方程統(tǒng)一耦合，形成描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行點的非線性代數(shù)方程組。
10、作為本發(fā)明更進一步的方案，電壓/無功下垂特性方程表示為：
11、；
12、其中，為基準無功出力；qm,k為設(shè)備無功出力，km,k為各設(shè)備的下垂斜率，vpcc,k為第k個pcc電壓幅值，vref,k為電壓參考值。
13、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述多場景綜合性能指標的構(gòu)建包括：針對預設(shè)的運行場景集合和擾動方向集合，確定各場景沿各方向的靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限；
14、基于靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限構(gòu)建靜態(tài)電壓穩(wěn)定域，并計算最小靜穩(wěn)裕度和穩(wěn)定域面積，進而通過場景權(quán)重加權(quán)求和得到綜合性能指標：
15、；
16、式中，為場景權(quán)重，為最小裕度指標，a(s)為面積指標。
17、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述統(tǒng)一剛度約束模型的構(gòu)建包括：定義第k個公共耦合點處的等效短路容量為：
18、；
19、其中，sac,k為外網(wǎng)短路容量；sgfm,k為gfm風機裝機容量；，，分別為各設(shè)備的短路容量折算系數(shù)；ηgfm∈(0,1]為gfm在配置層可動用支撐比例；
20、基于所述等效短路容量構(gòu)建統(tǒng)一廣義短路比，并根據(jù)設(shè)定的剛度底線構(gòu)建線性不等式剛度約束：
21、；
22、其中，為統(tǒng)一廣義短路比，為設(shè)定的剛度底線。
23、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述容量配置層采用代理模型近似描述所述多場景綜合性能指標與決策變量之間的映射關(guān)系，所述代理模型為二次多項式形式，通過采樣點對模型參數(shù)進行擬合，利用所述代理模型的一次項系數(shù)構(gòu)建初始線性規(guī)劃模型求解初步配置，并在初步配置點處更新代理模型的梯度信息后，再次求解得到最終的最優(yōu)容量配置方案。
24、作為本發(fā)明更進一步的方案，以最小化多類型設(shè)備無功出力調(diào)整量的加權(quán)和為目標的目標函數(shù)基于公共耦合點處的無功-電壓靈敏度關(guān)系構(gòu)建，所述目標函數(shù)為：
25、；
26、其中，為動作懲罰權(quán)重，為基準運行點的無功出力調(diào)整量。
27、本發(fā)明還提供一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
28、模型構(gòu)建模塊，用于基于以及多類型主動支撐設(shè)備的控制參數(shù)建立各類型主動支撐設(shè)備的電壓-無功下垂特性方程，并將所述下垂特性方程與電網(wǎng)潮流方程耦合，構(gòu)建用于描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行點的統(tǒng)一潮流-下垂靜態(tài)模型；
29、穩(wěn)定域評估模塊，用于基于所述統(tǒng)一潮流-下垂靜態(tài)模型，構(gòu)建用于表征系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的多場景綜合性能指標，所述指標至少包括最小靜穩(wěn)裕度和穩(wěn)定域面積；
30、剛度約束構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建計及外網(wǎng)短路容量與所述多類型主動支撐設(shè)備無功支撐能力的統(tǒng)一剛度約束模型，并基于所述剛度約束模型生成關(guān)于待配置設(shè)備的容量約束；
31、容量協(xié)同優(yōu)化模塊，用于在容量配置層，以所述待配置設(shè)備的額定容量為決策變量，以最小化投資成本與穩(wěn)定性收益的加權(quán)差為目標，在滿足所述容量約束的條件下，求解得到最優(yōu)容量配置方案；
32、運行協(xié)同優(yōu)化模塊，用于在運行層，基于所述最優(yōu)容量配置方案，以最小化多類型設(shè)備無功出力調(diào)整量的加權(quán)和為目標，求解得到各主動支撐設(shè)備的無功分擔策略。
33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明構(gòu)造計及外網(wǎng)短路容量與gfm/svg/sc貢獻的gscr統(tǒng)一剛度底線約束，將外網(wǎng)強度不足顯式轉(zhuǎn)化為svg/sc最小容量缺口。最后，在滿足gscr底線與電壓硬約束的前提下，上層以代理模型與線性規(guī)劃求解容量配置，下層基于q/v靈敏度與動作代價優(yōu)化無功分擔，實現(xiàn)配置與運行協(xié)同提升最不利方向靜態(tài)裕度并擴展穩(wěn)定域形態(tài)。
1.一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述統(tǒng)一潮流-靜態(tài)模型的構(gòu)建包括：將各類型主動支撐設(shè)備的穩(wěn)態(tài)行為表征為公共耦合點的電壓/無功下垂特性方程，并與電網(wǎng)潮流方程統(tǒng)一耦合，形成描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行點的非線性代數(shù)方程組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，電壓/無功下垂特性方程表示為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述多場景綜合性能指標的構(gòu)建包括：針對預設(shè)的運行場景集合和擾動方向集合，確定各場景沿各方向的靜態(tài)電壓穩(wěn)定極限；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述統(tǒng)一剛度約束模型的構(gòu)建包括：定義第k個公共耦合點處的等效短路容量為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述容量配置層采用代理模型近似描述所述多場景綜合性能指標與決策變量之間的映射關(guān)系，所述代理模型為二次多項式形式，通過采樣點對模型參數(shù)進行擬合，利用所述代理模型的一次項系數(shù)構(gòu)建初始線性規(guī)劃模型求解初步配置，并在初步配置點處更新代理模型的梯度信息后，再次求解得到最終的最優(yōu)容量配置方案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，以最小化多類型設(shè)備無功出力調(diào)整量的加權(quán)和為目標的目標函數(shù)基于公共耦合點處的無功-電壓靈敏度關(guān)系構(gòu)建，所述目標函數(shù)為：
8.一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項所述的一種弱送端多類型主動支撐設(shè)備協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：