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申请/专利权人：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院;大连理工大学;国家电网有限公司

摘要：一种考虑风险偏好的快速频率响应备用容量规划方法，通过增设快速频率响应备用容量，为威胁系统频率安全事件设立备用规划方案，以应对电力系统频率稳定新形势。聚焦事故后系统的暂态变化过程、量化风险关注范围，规避基于全事故集功率缺额低估事故恶化风险。基于随机生产模拟方法对设备状态进行模拟，在传统成本收益分析法的基础上，以频率动态仿真分析为手段捕捉秒级动态变化；以风险偏好考量实现对不同等级事故的关注程度；以校验成本的角度对方案的可行性进行校核并得出相应的置信指标。面向快速频率响应备用规划需求，计及事故后暂态变化过程、考虑风险偏好，将决策者的主观分析能力纳入规划过程考量因素，可根据电网运行情况、区域安全等级要求调整规划方案，更具灵活性。

主权项：1.一种考虑风险偏好的快速频率响应备用容量规划方法，包括以下步骤：步骤1：风险偏好成本收益分析为了体现威胁系统频率安全事件的影响效果，将关注的平均风险转变为特定风险，通过定义风险因子γ量化风险范围，不同的γ对应特定的低频减载惩罚阈值TV；设备用容量r与对应的系统低频减载成本V之间满足pvx,r的概率分布，x为表征系统故障所造成损失的随机变量，γ取值趋向0时关注的风险范围趋近于威胁频率安全的极端事故，γ取值趋向1时关注的风险范围趋近于全部事故的平均影响；在不同风险因子γ下，备用r增设前后V0与Vr的差值，即为风险偏好成本收益；则有： 其中：表示与低频减载惩罚阈值Tv对应的备用容量r下的风险因子函数，表示风险因子函数的逆函数即为低频减载惩罚阈值，Vγ,r表示风险因子γ下备用容量r对应的系统低频减载成本；EV|V≥TV表示低频减载成本V超过低频减载惩罚阈值Tv分布的期望值；步骤2：系统元件状态模拟；首先，对系统设备的运行状态采用序贯蒙特卡洛方法进行状态模拟，分析快速频率响应备用容量设置的合理性；根据系统元件各自运行特性，常规机组及特高压直流传输线路采用两状态模型描述： 其中：τ1、τ2分别为两状态模型持续正常运行时间、修复时间，λ2、μ2为两状态模型元件的正常到故障的转移率、故障修复率，u为服从[0，1]分布的随机数；其次，风电机组运行采用更为细致的三状态模型： 式中：τ12、τ13为三状态模型过渡为停运、降额前的健康运行时间，τ21、τ31为恢复健康运行前的降额、停运时间；运行状态由健康进入停运状态和降额状态的转移率为ω1和ω2；由停运状态和降额状态进入健康运行状态的转移率为ξ1和ξ2；最后，对不会触发低频减载动作的故障进行过滤，仅保存具备频率安全威胁能力的有效故障集合；步骤3：构建包含水电、火电、燃气轮机组的电力系统频率响应模型；各类机组的调差系数表征系统的一次调频能力，惯性时间常数表征系统的初始抵御功率冲击的能力，即系统遭受功率扰动后的系统频差信号作用于机组调速器；系统中水电、火电、燃气机组常规自发的提供频率响应支援，以各类调频资源的综合响应能力入手，进行频率响应备用容量的规划研究，该系统频率响应模型中调频资源的响应过程与系统扰动量均以阶跃冲击响应表示；将步骤2中模拟到的系统元件状态输入到系统频率仿真模型中，得到系统受扰后的频率变化轨迹，仿真时长覆盖一次调频持续时间即可对功率扰动实现系统频率追踪及下降最低点捕捉；步骤4：基于风险偏好的收益分析；4.1备用综合成本计算分析备用相关成本cr主要由投资、调用两部分构成，投资成本Ir在规划问题中多采用等年值法进行建模；调用成本Dr则与抽样年中有效失负荷次数m以及单位电量调用成本P相关联；cr＝Ir+Dr6 式中：a代表折现率，J代表相关备用资源的寿命周期，Nn为抽样年的个数，IΣr为备用投资花费之和；4.2可靠性收益计算分析根据系统频率下探程度，系统对应保护机制设有数轮低频减载，且相关的计算分析均以随机生产模拟为基础进行统计分析，在第n年Ei代表第i次失负荷量，a、b为不同频率下探恶劣等级下的低频减载比例系数、单位惩罚价值，Nm为有效等效失负荷事故发生次数，式9Vnr代表了备用容量r下第n年的系统低频减载损失总和； 结合系统失负荷合集下的多场景频率轨迹动态追踪及低频减载动作机制，计算出全风险范围下的损失分布情况，通过量化风险范围，得到在风险因子γ下通过增设容量为r的快速频率响应备用，能为系统带来的可靠性收益为：eγ,r＝Vγ,r-Vγ,010式中：eγ,r为在风险因子γ下通过增设容量大小为r的系统可靠性收益，Vγ,r为风险因子γ下的备用容量r增设后的系统低频减载损失，Vγ,0为风险因子γ下的无备用容量的系统低频减载损失；4.3整体收益计算分析备用增设使得系统可靠性提升，随之减小的低频减载损失即为可靠性收益，备用增设的投资以及调用为综合成本；需权衡可靠性收益与备用综合成本之间的关系；即在步骤4.1备用综合成本计算分析以及步骤4.2可靠性收益计算分析的基础上，建立整体计算收益分析模型，使得整体收益最大：Fr＝max{eγ,r-cr}11其中，Fr为备用容量r下的整体收益模型；基于公式6至公式11的模型分析，并以边际成本收益分析原则进行判断，当备用综合成本与可靠性收益变化斜率相等时，得到相应风险等级下的最优备用容量；步骤5：方案可行性校验；对于相同风险等级下的总成本，包括步骤4所述的由投资、调用两部分构成的备用相关成本cr以及特定风险下的抵御系统风险的可靠性成本Vr，将cr、Vr这两部分之和定义为校验成本：Cr＝cr+Vr12类比第一节中所述r与V之间pvx,r的概率分布，相应地，设r与C之间满足pCz,r的概率分布，不同的风险等级对应特定的总成本校验阈值TC，其分布满足，z为表征系统可靠性成本的随机变量： 其中：表示与总成本校验阈值TC对应的备用容量r下的风险因子函数，表示风险因子函数的逆函数即为总成本校验阈值，Cγ,r表示风险因子γ下备用容量r对应的系统总校验成本；EC|C≥TC表示总校验成本C超过总成本校验阈值TC分布的期望值；为了定量的描述并校验方案的可行性，以风险关注范围γ为变量，将最优备用投入前后系统校验成本的变化趋势作为参考，定义方案置信指标η； 其中：ηγ,ro表示风险因子γ下备用容量ro对应的方案置信指标，Cγ,ro表示风险因子γ下备用容量ro对应的系统总校验成本，Cγ,0表示风险因子γ下备用容量增设前对应的系统总校验成本，M表示备用规划方案置信程度与校验成本之间的关系，随着风险关注范围γ的变化会出现3种情况：a种情况对应的全部风险等级下，备用增设后的成本过高，对应备用规划方案都不应该被采纳；b种情况下为方案选择临界点；c种情况下对应的全部风险等级下，备用增设是有意义的，且置信指标越远离选择临界点值证明规划带来的收效越好，选择其对应的方案；步骤6：基于上述5个步骤，得到考虑风险偏好的快速频率响应备用容量规划流程；面向快速频率响应备用规划需求，计及事故后暂态变化过程、考虑风险偏好，即将决策者的主观分析能力纳入规划过程考量因素，根据电网运行情况、区域安全等级要求调整规划方案；基于随机生产模拟方法对设备状态进行模拟，在传统成本收益分析法的基础上，以频率动态仿真分析为手段捕捉秒级动态变化；以风险偏好考量实现对不同等级事故的关注程度；以校验成本的角度对方案的可行性进行校核并得出相应的置信指标。

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