電力系統實時概率潮流在線的計算方法
2023-09-18 15:54:50 2
電力系統實時概率潮流在線的計算方法
【專利摘要】電力系統實時概率潮流在線的計算方法，屬於大規模風、光等間歇性電源接入背景下電網安全運行【技術領域】，本發明為解決現有概率潮流在線計算方法的計算結果不夠準確、實際規模電力系統數量多的網絡節點造成「維數災」、計算過程複雜、硬軟體投資成本過大等問題。具體過程為：建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型，獲取特徵量間的聯合概率分布，對聯合概率分布進行抽樣，獲得抽樣樣本集；建立間歇性電源側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型，獲取聯合概率分布，對聯合概率分布進行抽樣，獲取抽樣樣本集；利用關鍵節點和關鍵線路的潮流高維模型計算電網下一時段的概率潮流分布及其主要分布特徵，獲得電網運行狀態。本發明應用於電力系統。
【專利說明】電力系統實時概率潮流在線的計算方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於大規模風、光等間歇性電源接入背景下電網安全運行【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電力系統在外部環境變化不大和人類生產與生活的規律性比較穩定的條件下，不同運行日的電網調度計劃和運行狀態指標往往表現出較強的相似性，為此，電網公司通常將某些具有典型外部特徵(如特定節氣、節假日、負荷高峰期)的調度方案與調控策略歸納為一種運行方式，在某些特定外部環境下，參考與該外部環境相似的運行方式制定調度計劃。運行方式對保證電網安全運行具有至關重要的作用，一般需要經過比較嚴格的安全校核。傳統意義上的運行方式安全校核，常考慮典型場景、通過離線方式、藉助普通的電力系統潮流計算與安全分析工具完成。當把運行方式的離線安全校核功能拓展至在線實時情況下的安全運行風險評估時，就需要快速掌握考慮多種不確定性因素概率分布條件下的電網潮流信息——在線概率潮流信息。這實際上是要求將傳統具有確定性意義上的在線調度員潮流能夠升級到考慮不確定性因素的在線調度員概率潮流水平。與確定性調度員潮流計算具有任務相對單一和工作量較小相比，如果將一般的離線概率潮流計算方式照搬到在線實時運行環境，則調度員概率潮流將會因大規模樣本帶來巨大的計算量而使實時性難以得到保證。如何比較準確而快速地在線獲得實時運行狀態下的概率潮流分布及其主要分布特徵，並同時控制因巨大計算量帶來的巨額硬軟體投資，亟需研發新的方法或技術方案，以實現概率潮流的在線計算功能。
[0003]在對運行方式進行安全風險評估時，為簡化分析，一般假設各節點注入功率(包括負荷和發電功率)互為獨立。然而，由大量電網運行實際情況分析表明，電網各節點的注入功率並不是完全獨立的。由於人們的生活、生產過程具有很強的規律性，同一個地區的各個節點的負荷往往具有不同程度地同時增大或減小的趨勢；地理位置鄰近的各間歇性電源或電源群，由於風速、光照等變化特性比較相近，它們的輸出功率也會表現出一定程度的類似現象。如果忽略各節點注入功率之間的相關性，就極有可能過於樂觀地估計系統的運行態勢，甚至可能遺漏比較嚴重的風險事件，從而使運行方式的安全評估發生較大偏差。在電網以該運行方式制定調度計劃時，某些遺漏的風險事件就有可能發生，並對電網安全運行造成嚴重威脅。因此，在進行電網概率潮流計算時，有必要採取合理的方式計及負荷側和間歇性電源側各節點注入功率之間的相關性。
[0004]雖然目前已有一些相關技術在概率潮流算法中考慮到節點注入功率的相關性，並取得了不錯的效果。然而就總體而言，考慮節點注入功率相關性基礎上的概率潮流計算問題，還存在較多技術缺陷。舉例而言，由於需要計及負荷側和間歇性電源側各節點注入功率的相關性，目前常用技術方法一般需要首先由歷史數據統計出各節點注入功率的聯合概率分布模型，然後再基於此模型進行Monte Carlo抽樣以計算概率潮流。然而實際規模的電力系統具有數量眾多的網絡節點，若直接考慮它們的相關性並建立所有節點注入功率的聯合概率模型，勢必會造成「維數災」的問題，這是傳統方法在聯合概率分布生成過程中一直存在的技術障礙。這一關鍵性技術難題至今尚未得到解決，直接限制了概率潮流方法在評估電網運行方式安全風險領域的應用。
[0005]在實際電力系統運行中，負荷側與間歇性電源側的相關性明顯較弱，一般可認為負荷功率與間歇性電源功率的時間序列相互獨立，即認為相關性近似為零。然而，負荷側的各負荷節點功率之間的時序變化特性、某一區域內或相鄰區域的間歇性電源輸出功率之間的時序變化特性，卻具有較強的相似性。這在概率潮流分析中的體現，就是負荷側和間歇性電源側的聯合概率分布生成方法以及基於聯合概率分布的抽樣方法基本相同。
[0006]負荷側和間歇性電源側各節點注入功率間在存在高維數相關性的同時，還存在著明顯的模式性。各節點之間的相關性儘管維數很高，但實際電力系統的運行模式數卻是極其有限甚至是比較少量的。
[0007]儘管以運行模式特徵量間的聯合概率分布替代節點注入功率間的聯合概率分布，可以解決在線應用過程中對樣本抽樣的「維數災」問題，但為了儘可能高地保證概率潮流計算結果的可信度，理論上仍要求提供給電網潮流計算的樣本數必須滿足概率分布統計的基本需要，這實際上意味著如果不採用合適的簡化運算方法，則在線調度員概率潮流進行的潮流計算次數，與離線方式下的概率潮流進行的潮流計算次數，仍然保持同等數量級的規模(對實際大型電力系統，規模量級達數萬次，甚至數十或數百萬次)。如果將如此龐大的潮流計算任務放到實時環境，並採取常規的牛頓法、PQ分解法等計算程序，要求其在分鐘級甚至更短時間內就完成，實難勝任。目前解決這一難題的技術途徑之一，就是對計算任務進行分解並採取並行算法，但這會明顯增加計算過程的複雜性，並大幅增加硬軟體投資成本。
【發明內容】
[0008]本發明目的是為了解決現有概率潮流在線計算方法的計算結果不夠準確、實際規模的電力系統數量眾多的網絡節點造成「維數災」、計算過程複雜、硬軟體投資成本過大等技術缺陷問題，提供了一種電力系統實時概率潮流在線的計算方法。
[0009]本發明所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，該方法的具體過程為:
[0010]步驟一、根據負荷側運行模式特徵量的下一時段預測信息，建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型；
[0011]步驟二、根據步驟一獲取的聯合概率分布模型獲取負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布；
[0012]步驟三、對步驟二獲取的負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布進行抽樣，獲得抽樣樣本集；
[0013]步驟四、建立間歇性電源側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型，獲取運行模式特徵量間的聯合概率分布，然後對聯合概率分布進行抽樣，獲取間歇性電源側的抽樣樣本集；
[0014]步驟五、對步驟三獲得的負荷側抽樣樣本集和步驟四獲取的間歇性電源側抽樣樣本集，利用關鍵節點和關鍵線路的潮流高維模型計算電網下一時段的概率潮流分布及其主要分布特徵，獲得電網運行狀態。
[0015]本發明的優點:
[0016](I)適用於間歇性電源高滲透率電網運行方式的風險評估，模型建立過程中考慮了節點注入功率的相關性，使得基於聯合概率分布模型的概率潮流計算結果更具可信度，能夠更加全面地評估某一運行方式下電網的運行態勢及薄弱環節，可有效減少電網因對運行方式評估不準確而造成的對節點和線路潮流越限或系統切負荷損失的誤判程度，減少因電網調度員決策失誤而帶來的經濟損失。
[0017](2)在考慮節點注入功率相關性的同時，採用了運行模式提供的層次化思想，以全系統總注入功率以及各層次注入功率之間的比值作為運行模式特徵量和隨機變量，極大地降低了聯合概率分布模型的維數，避免了聯合概率分布生成和抽樣過程中的「維數災」問題，顯著降低了概率潮流計算的難度，為概率潮流方法在運行方式安全風險評估領域的實際應用提供了切實可行的技術途徑；
[0018](3)以關鍵節點電壓和關鍵線路功率的高維模型表達式替代常規潮流程序參與在線調度員概率潮流計算，可以極大地提高計算效率，降低計算成本，減少電網在計算概率潮流方面的大型計算機與工作站設備投入成本。
[0019](4)由於本發明有效避免和克服了聯合概率分布生成過程中的「維數災」問題和針對大量樣本進行常規潮流計算帶來的巨額計算負擔問題，電網調度運行人員在普通工作站上即可在線完成大型電網運行方式的概率潮流狀態計算，可將概率潮流計算耗時從傳統方法的分鐘級降低至目前的秒級，為概率潮流在線計算提供了技術基礎。可使目前在線使用的電力調度員潮流從確定性分析步入概率分析時代，具有重要的工業實用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是IEEE14節點仿真系統接線圖；圖2是選取節點10的電壓幅值⑶F曲線圖，其中:曲線a表示聯合概率模型，曲線b表示獨立概率模型；圖3是選取節點13的電壓幅值CDF曲線圖，其中:曲線a表示聯合概率模型，曲線b表示獨立概率模型；圖4是根據節點注入功率聯合概率模型分別對各節點負荷和各風電場出力進行抽樣時支路1-2潮流的CDF曲線圖，其中:曲線a表示聯合概率模型，曲線b表示獨立概率模型；圖5是根據節點注入功率聯合概率模型分別對各節點負荷和各風電場出力進行抽樣時支路6-13潮流的CDF曲線圖，其中:曲線a表示聯合概率模型，曲線b表示獨立概率模型；圖6是以高維模型表達式替代常規潮流程序進行概率潮流計算時支路1-2潮流的CDF曲線圖，其中:曲線a表示常規潮流，曲線b表示高維模型；圖7是以高維模型表達式替代常規潮流程序進行概率潮流計算時支路6-13潮流的CDF曲線圖，其中:曲線a表示常規潮流，曲線b表示高維模型。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，該方法的具體過程為:
[0022]步驟一、根據負荷側運行模式特徵量的下一時段預測信息，建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型；
[0023]步驟二、根據步驟一獲取的聯合概率分布模型獲取負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布；
[0024]步驟三、對步驟二獲取的負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布進行抽樣，獲得抽樣樣本集；[0025]步驟四、建立間歇性電源側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型，獲取運行模式特徵量間的聯合概率分布，然後對聯合概率分布進行抽樣，獲取間歇性電源側的抽樣樣本集；
[0026]步驟五、對步驟三獲得的負荷側抽樣樣本集和步驟四獲取的間歇性電源側抽樣樣本集，利用關鍵節點和關鍵線路的潮流高維模型計算電網下一時段的概率潮流分布及其分布特徵，獲得電網運行狀態。
[0027]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，步驟一所述建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型的具體過程為:
[0028]將一個具有N個負荷節點的系統分為M個區域,第k個區域包含的負荷節點數為nk，全系統總負荷、區域負荷和節點負荷三個層次之間的關係為:
【權利要求】
1.電力系統實時概率潮流在線的計算方法，其特徵在於，該方法的具體過程為: 步驟一、根據負荷側運行模式特徵量的下一時段預測信息，建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型； 步驟二、根據步驟一獲取的聯合概率分布模型獲取負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布； 步驟三、對步驟二獲取的負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布進行抽樣，獲得抽樣樣本集； 步驟四、建立間歇性電源側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型，獲取運行模式特徵量間的聯合概率分布，然後對聯合概率分布進行抽樣，獲取間歇性電源側的抽樣樣本集; 步驟五、對步驟三獲得的負荷側抽樣樣本集和步驟四獲取的間歇性電源側抽樣樣本集，利用關鍵節點和關鍵線路的潮流高維模型計算電網下一時段的概率潮流分布及其分布特徵，獲得電網運行狀態。
2.根據權利要求1所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，其特徵在於，步驟一所述建立負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布模型的具體過程為: 將一個具有N個負荷節點的系統分為M個區域,第k個區域包含的負荷節點數為nk,全系統總負荷、區域負荷和節點負荷三個層次之間的關係為:
3.根據權利要求2所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，其特徵在於，步驟二所述獲取負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布的具體過程為: 步驟二一、將一個系統內N個負荷節點劃分為M個區域，第k個區域內的負荷節點數為nk，獲取第k個區域內第I個負荷節點在每一時段t的負荷功率Pkl(t)，(k=l, 2,…，M;1=1, 2，…，nk)； 步驟二二、計算系統在每一時段t的負荷功率總量P(t)、M個區域負荷功率與全系統負荷功率總量的比值向量R(t)、第k個區域內nk個負荷節點的負荷功率與第k個區域負荷功率總量的比值向量Tk⑴，(k=l,2, - ,Μ):
4.根據權利要求3所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，其特徵在於，步驟三所述對負荷側運行模式特徵量間的聯合概率分布進行抽樣的具體過程為: 步驟三一、計算在當前時段t對第t+Ι時段系統負荷功率總量的預報值Pf，M個區域的負荷功率與系統負荷功率總量的比值向量的預報值Rf=[Rfl，Rf2,…，Rffl]T，第k個區域內nk個負荷節點的負荷功率與第k個區域負荷功率總量的比值向量的預報值.輸J*
5.根據權利要求4所述電力系統實時概率潮流在線的計算方法，其特徵在於，步驟五所述利用關鍵節點和關鍵線路的潮流高維模型計算電網下一時段的概率潮流分布及其主要分布特徵，獲得電網運行狀態的具體 過程為: 將關鍵節點的電壓和關鍵線路的輸送功率，均採用高維模型表達方式進行表示，高維豐旲型表達關係為:
【文檔編號】H02J3/00GK103887795SQ201410155434
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】王松巖, 李碧君, 於繼來, 徐泰山, 段煉, 劉強, 宋夢 申請人:哈爾濱工業大學, 南京南瑞集團公司, 國家電網公司, 江蘇省電力公司