基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法
2023-05-15 02:41:31
基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，屬於電力系統控制【技術領域】。本發明利用偽序貫蒙特卡洛仿真法進行主動配電網的可靠性分析，既降低運算時間，又提高了分析準確性；同時，本發明方法還充分考慮到了主動配電網的特點，在系統狀態抽樣中計及了通信系統以及配電自動化中電力電子設備的狀態，在正常狀態下對系統進行智能操作，在故障時則按傳統的被動配電網絡進行處理，符合主動配電網的實際情況，獲得的可靠性數據更具有可信度。
【專利說明】基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種主動配電網可靠性分析方法，尤其涉及一種基於偽序貫蒙特卡洛 模擬的主動配電網可靠性分析方法，屬於電力系統控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 主動配電網是具備組合控制各種分布式能源（DG、可控負荷、儲能、需求車管理 等）能力的配電網絡，其目的是加大配電網對於可再生能源的接納能力、提升配電網資產 的利用率、提高用戶的用電質量和供電可靠性。配電網絡是實現大規模間歇式新能源併網 運行控制、電網與充放電設施互動、智能配用電等電網分析與運行關鍵技術的有效解決方 案。從本質上說：主動配電網是利用先進的信息、通信以及電力電子技術對規模化接入分布 式能源的配電網實施主動管理，能夠自主協調控制間歇式新能源與儲能裝置等DG單元，積 極消納可再生能源並確保網絡的安全經濟運行。有效評估主動配電網的可靠性對未來電網 的發展具有重要意義。
[0003] 傳統的配電系統可靠性評估，首先建立系統各元件的運行、停運狀態模型，根據配 電系統的結構進而分析元件故障產生的後果，一般採用解析法或模擬法。解析法對於元件 數多的系統容易產生維數災，不適用於實際的大規模配電網。蒙特卡洛模擬法在滿足一定 計算精度的要求下，抽樣次數與系統的規模無關，因此特別適用於大型複雜系統的可靠性 評估，主要分為序貫和非序貫。
[0004] 序貫模擬法是按照時間順序，在某一時間跨度上進行的模擬，可以靈活地模擬狀 態持續時間的任何分布，評估結果更加符合實際。但是需要以時鐘推進的方式抽樣並分析 元件和系統的狀態，因此需要較多的內存空間和較長的仿真時間，且模擬流程比較複雜。非 序貫模擬法通過產生均勻分布的隨機數與與元件狀態概率比較確定元件的狀態進而得到 系統的狀態進行分析。序貫模擬法的優點是收斂速度快、算法容易實現、內存需求低，但是 其缺點是沒有考慮系統的時序特性，結果有較大偏差。
[0005] 此外，含有分布式電源的傳統配電網可靠性分析只考慮系統元件和分布式電源的 故障，並沒有考慮到通訊以及電力電子設備的故障，因此並不適用於主動配電網的可靠性 分析。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在於克服現有蒙特卡洛模擬法無法適用於主動配電 網的可靠性分析的不足，提供一種基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方 法，能夠對主動配電網的可靠性進行快速而準確的分析。
[0007] 本發明基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、對所述主動配電網中配電系統的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件 進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網較長時間尺度的配電系統狀態時間 序列；
[0009] 步驟2、從較長時間尺度的配電系統狀態時間序列中隨機抽取所需時間跨度的子 序列；
[0010] 步驟3、從步驟2所抽取的子序列中隨機抽樣某個時刻t的配電系統狀態x(t);
[0011] 步驟4、對配電系統狀態x(t)進行評估，如處於正常狀態，則轉至步驟3 ;如處於故 障狀態，則執行步驟5;
[0012] 步驟5、對所述主動配電網在時刻t的通訊系統和配電自動化電力電子設備狀態 進行抽樣並判斷是否處於正常狀態，如果通訊系統和配電自動化電力電子設備處於正常狀 態，則主動配電網進行在線網絡重構，並判斷重構後的主動配電網是否造成用戶停電，如 否，則轉至步驟8,如是，則更新配電系統狀態x(t)後進入步驟6 ;如果通訊系統和配電自動 化電力電子設備處於故障狀態，則主動配電網退化為被動配電網，進行故障處理並更新配 電系統狀態x(t)後進入步驟6 ;
[0013] 步驟6、從時刻t開始分別向前和向後對所述主動配電網的配電系統進行系統狀 態轉移序貫蒙特卡洛模擬，直到找到正常的系統狀態，得到配電系統故障狀態子序列和本 次故障持續時間；
[0014] 步驟7、對受影響的負荷點進行分類並求取負荷側可靠性指標；
[0015] 步驟8、判斷預設的終止條件是否得到滿足，若滿足，根據負荷側的可靠性指標求 取系統側可靠性指標；如果不滿足，返回步驟2。
[0016] 相比現有技術，本發明具有以下有益效果：
[0017] 1、本發明在系統狀態抽樣中計及了通信系統以及配電自動化中電力電子設備的 狀態，在正常狀態下對系統進行智能操作，在故障時則按傳統的被動配電網絡進行處理，符 合主動配電網的實際情況，獲得的可靠性數據更具有可信度。
[0018] 2、本發明採用採用偽序貫蒙特卡洛仿真法，該方法保留了序貫蒙特卡洛仿真的時 序性和準確定特點，在系統元件抽樣中採用非序貫蒙特卡洛仿真，提高了算法的運行速度， 提高效率，減少內存使用，適應於大規模系統的仿真。
[0019] 3、本發明採用的系統狀態轉移法不需要考慮每個元件的運行-故障持續時間序 列，而把系統作為一個整體進行抽樣，提高了算法效率。
[0020] 4、本發明提供了主動配電網可靠性分析的詳細流程與步驟，為主動配電網的可靠 性分析提供參考，有利於該領域新指標的提出與發展。
[0021] 5、本發明中對風機與光伏的出力分別採用Weibull分布和Beta分布進行模擬，相 比馬爾可夫兩狀態模型，充分考慮了風和光的隨機性，因此抽樣過程更加合理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為為馬爾可夫兩狀態模型示意圖；
[0023] 圖2為主動配電網控制系統結構示意圖；
[0024] 圖3為故障持續時間Ds的示意圖；
[0025] 圖4為系統將要到達的下一狀態抽樣示意圖；
[0026] 圖5為本發明的配電網可靠性分析方法流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 由於主動配電網中包含可再生能源（風電、光伏、燃氣輪機、柴油機組）、儲能元 件、電動汽車，使得主動配電網與傳統配電網相比狀態數量急劇增加，本發明針對現有蒙特 卡洛模擬方法無法適用於主動配電網可靠性分析的問題，提出了一種基於偽序貫蒙特卡洛 模擬的主動配電網可靠性分析方法，該方法採用非序貫抽樣模擬法可以減少仿真所用時間 和內存，而在抽樣到故障時採用序貫模擬方法，提高了所求可靠性數據的準確性；並在序貫 模擬時靈活採用系統狀態轉移抽樣，將系統看成一個整體，避免了對每一個元件進行抽樣 的複雜過程。同時，本發明方法還充分考慮到了主動配電網的特點，在系統狀態抽樣中計及 了通信系統以及配電自動化中電力電子設備的狀態，在正常狀態下對系統進行智能操作， 在故障時則按傳統的被動配電網絡進行處理，符合主動配電網的實際情況，獲得的可靠性 數據更具有可信度。
[0028] 偽序貫蒙特卡洛模擬方法是結合序貫和非序貫的混合方法，該方法對系統狀態進 行非序貫蒙特卡洛抽樣，而僅對描述整個停電過程的故障相鄰狀態子序列進行序貫蒙特卡 洛模擬，這樣既保留了序貫蒙特卡洛方法的準確性又保持了非序貫蒙特卡洛方法的計算效 率。
[0029] 下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0030] 本發明的基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，包括以下步 驟：
[0031] 步驟1、對所述主動配電網中配電系統的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件 (風機、光伏等）進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網較長時間尺度的配 電系統狀態時間序列，可記為s k;
[0032] 主動配電網的配電系統包括電源元件（分布式電源）和非電源元件，其中分布式 電源元件包括風機和光伏，根據概率分布函數採用等步長的序貫蒙特卡洛模擬法即可得出 多年分布式電源出力序列，步長At-般取一小時。
[0033] 本發明技術方案中認為風速服從Weibull分布，風速概率分布函數：
[0034]
【權利要求】
1. 一種基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，其特徵在於，包括以 下步驟： 步驟1、對所述主動配電網中配電系統的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件進 行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網較長時間尺度的配電系統狀態時間序 列； 步驟2、從較長時間尺度的配電系統狀態時間序列中隨機抽取所需時間跨度的子序 列； 步驟3、從步驟2所抽取的子序列中隨機抽樣某個時刻t的配電系統狀態x(t); 步驟4、對配電系統狀態x(t)進行評估，如處於正常狀態，則轉至步驟3 ;如處於故障狀 態，則執行步驟5 ; 步驟5、對所述主動配電網在時刻t的通訊系統和配電自動化電力電子設備狀態進行 抽樣並判斷是否處於正常狀態，如果通訊系統和配電自動化電力電子設備處於正常狀態， 則主動配電網進行在線網絡重構，並判斷重構後的主動配電網是否造成用戶停電，如否，則 轉至步驟8,如是，則更新配電系統狀態x(t)後進入步驟6 ;如果通訊系統和配電自動化電 力電子設備處於故障狀態，則主動配電網退化為被動配電網，進行故障處理並更新配電系 統狀態X (t)後進入步驟6 ; 步驟6、從時刻t開始分別向前和向後對所述主動配電網的配電系統進行系統狀態轉 移序貫蒙特卡洛模擬，直到找到正常的系統狀態，得到配電系統故障狀態子序列和本次故 障持續時間； 步驟7、對受影響的負荷點進行分類並求取負荷側可靠性指標； 步驟8、判斷預設的終止條件是否得到滿足，若滿足，根據負荷側的可靠性指標求取系 統側可靠性指標；如果不滿足，返回步驟2。
2. 如權利要求1所述基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，其特徵 在於，步驟2中所述所需時間跨度為一年。
3. 如權利要求1所述基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，其特徵 在於，在對電源元件進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬時，風力發電光伏發電的出力分別採 用Weibull分布和Beta分布進行模擬。
4. 如權利要求1所述基於偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網可靠性分析方法，其特徵 在於，利用兩狀態馬爾可夫模型對所述主動配電網中配電系統的非電源元件進行非序貫抽 樣。
【文檔編號】H02J4/00GK104218620SQ201410504818
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】王海潛, 高山, 孫建龍, 黃俊輝, 謝珍建, 於樂, 談健, 歸三榮, 李玻, 韓俊 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經濟技術研究, 院, 東南大學