一種計算多機平衡的概率潮流的方法
2023-04-24 17:13:36 1
一種計算多機平衡的概率潮流的方法
【專利摘要】本發明涉及一種計算多機平衡的概率潮流的方法，所述方法包括(1)獲取所述概率潮流計算數據；(2)潮流計算；(3)獲取雅克比矩陣和基態支路潮流；(4)修正雅克比矩陣；(5)求靈敏度矩陣；(6)計算負荷和發電機的功率各階半不變量；(7)計算節點注入功率的各階半不變量；(8)計算節點電壓與支路功率的各階半不變量；(9)計算節點電壓與支路功率的各階中心距；(10)計算節點電壓與支路功率的分布規律。本發明可以計及多臺發電機的一、二次調頻特點，計算結果更符合電力系統的實際運行特點，有效避免了傳統半不變量法概率潮流計算時平衡機組出現功率嚴重越限甚至出現負功率的情形，從而保證了系統概率潮流分析結果的準確性。
【專利說明】一種計算多機平衡的概率潮流的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種概率潮流計算方法，具體講涉及一種計算多機平衡的概率潮流的 方法。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的快速發展，與日俱增的世界能源需求和以化石燃料為主的礦物能 源消費格局，導致能源資源短缺、環境汙染以及氣候變化問題日益突出。世界各國基於自身 資源條件和經濟發展目標，積極投身於發展綠色能源產業，以期增加本國的能源供應。我國 正處於間歇性能源發電的高速發展階段，截至2013年末，中國風電累計裝機容量9142萬千 瓦，居世界第一。2013年中國新增光伏裝機容量1130萬千瓦，居世界第一，約佔全世界的三 成。快速增長的間歇性能源為電力行業的發展帶來了新的亮點和增長點，同時也給電網調 度運行帶來了新的挑戰。
[0003]間歇式能源的波動性來源於其自然資源的波動，如風速的變化，太陽光照的強弱 等。這些自然資源的天然波動性導致了風電和光伏發電具有間歇性和隨機性，而電力系統 又需要功率實時平衡，它們的接入勢必將對電力系統帶來巨大的挑戰。隨著間歇性能源發 電滲透率提升，其長時間、高頻度、大尺度的隨機出力波動將給電網安全運行帶來更大的風 險。傳統的電網潮流分析研究大多基於確定性模型，但是間歇式能源的出力在天氣等不確 定因素的影響下隨機變化，從而引起電力系統運行狀態的不斷變化。因此採用確定性模型 進行潮流計算得到的結果，不能準確反映其對電力系統運行的影響。
[0004]運用概率統計方法的概率潮流計算的處理系統運行中的隨機變化因素，給出了系 統運行電壓、支路潮流等概率分布情況，可以更深刻地揭示系統運行狀況，為系統安全運行 決策提供更完整的信息。通常，在建立節點概率模型時，用概率模型表徵間歇式可再生能源 的不確定出力，常規火電、水電機組的出力為固定值。在概率潮流計算中，通常設置一臺實 際發電機作為唯一的平衡節點，用以平衡系統中的不平衡功率，這意味著所有間歇式能源 出力波動所造成的不平衡功率都由一臺固定的發電機來承擔，這與電力系統的實際運行特 點並不相符。當間歇式能源出力波動給電網帶來的不平衡功率較小時，利用只有一個平衡 發電機的常規概率潮流計算來計算系統潮流，對計算結果影響不大；而當系統的不平衡功 率較大時，計算結果則可能與實際情形有較大偏差。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明提出一種計算多機平衡的概率潮流的方法，本發明 在傳統半不變量法概率潮流計算的基礎上，對待求變量的各階半不變量求取過程進行了一 定的修正，改進的半不變量概率潮流算法可以計及多臺發電機共同參與調頻的效果。本發 明可以模擬電力系統實際運行過程中，當系統發電出力和負荷功率不平衡時，大量具備調 頻能力的發電機通過一次調頻或二次調頻的方式參與全網不平衡功率的調節，實現電網 功率瞬時平衡和頻率穩定的過程。本發明無論一次調頻還是二次調頻，在計算過程中均 按指定係數對系統不平衡功率進行分配，但一次調頻與二次調頻將採用不同的分配係數： 一次調頻時，分配係數由發電機調頻特性決定，二次調頻時，分配係數由AGC(Automatic Generation Control，自動發電量控制系統。電力能量管理系統中的一項重要功能，它控 制著調頻機組的出力，以滿足不斷變化的用戶電力需求，並使系統處於經濟、安全的運行狀 態）調節策略決定。
[0006] 本發明的目的是採用下述技術方案實現的：
[0007] 一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其改進之處在於，所述方法包括
[0008] (1)獲取所述概率潮流計算數據；
[0009] (2)潮流計算；
[0010] (3)獲取雅克比矩陣和基態支路潮流；
[0011] ⑷修正雅克比矩陣；
[0012] (5)求靈敏度矩陣；
[0013] (6)計算負荷和發電機的功率各階半不變量；
[0014] (7)計算節點注入功率的各階半不變量；
[0015] (8)計算節點電壓與支路功率的各階半不變量；
[0016] (9)計算節點電壓與支路功率的各階中心距；
[0017] (10)計算節點電壓與支路功率的分布規律。
[0018] 優選的，所述步驟（1)包括獲取常規潮流計算數據包括網絡參數、負荷、發電機注 入功率和相關節點注入量的隨機分布信息。
[0019] 優選的，所述步驟（2)包括進行確定性潮流計算，求解基準狀態下節點的節點狀 態變量，其包括節點的電壓幅值和相角。
[0020] 優選的，所述步驟（3)包括計算出的節點狀態變量的基態解，獲得雅克比矩陣和 支路基準潮流。
[0021] 優選的，所述步驟（4)包括修正潮流計算獲取的雅克比矩陣，使多臺發電機共同 參與功率分配。
[0022]優選的，所述步驟（5)包括求節點電壓對節點注入功率靈敏度矩陣和支路功率對 節點注入功率靈敏度矩陣。
[0023]優選的，所述步驟（6)包括計算負荷和發電機組的各階原點矩與中心矩，求各自 的各階半不變量；
[0024]優選的，所述步驟（7)包括求該節點上發電機組的注入功率的各階半不變量與負 荷的注入功率的各階半不變量之和。
[0025]優選的，所述步驟（8)包括計算各節點電壓、相角、支路功率的各階半不變量。 [0026]優選的，所述步驟（9)包括由節點電壓、相角以及支路有功、無功的各階半不變量 求各階中心矩。
[0027]優選的，所述步驟（10)包括根據步驟（9)中計算出節點電壓和支路功率的各階中 心距，利用Gram-Charlier級數展開方法，求取各待求變量的分布函數。
[0028]與現有技術比，本發明的優異效果為：
[0029]本發明採用多機平衡的半不變量法進行概率潮流計算，與傳統半不變量法相比， 本發明可以計及多臺發電機的一、二次調頻特點，計算結果更符合電力系統的實際運行特 點，有效避免了傳統半不變量法概率潮流計算時平衡機組出現功率嚴重越限甚至出現負功 率的情形，從而保證了系統概率潮流分析結果的準確性。 '
[0030]本發明是對傳統半不變量法概率潮流的改進，僅在靈敏度計算環節中對雅克比矩 陣進行了修正，對原有算法、軟體模塊修改少，適用性較強，具備傳統半不變量法的所有優 點，且能適用於大規模間歇性能源併網後的系統分析、安全評估等方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明提供的一種計算多機平衡的概率潮流的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0033]本發明概率潮流計算中，半不變量法結合了累積量和Gram-Charlier展開級數理 論，通過綜合的方法來計算支路的概率密度函數和累計分布函數。該方法避免了複雜的卷 積計算，取而代之的是簡單的代數計算過程，一次計算即可得到支路的概率密度函數和累 計分布函數。傳統半不變量法中，系統功率不平衡量全由指定平衡節點承擔，因而計算時可 能導致平衡機出力過大或過小甚至負值，計算結果偏離實際運行範圍較遠，本發明針對半 不變量法的此項缺陷進行了改進。
[0034]本發明的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，採取了以下的技術方案進行實 現：
[0035]如附圖1所示，本方法包括下列步驟：
[0036] 1、獲取常規潮流計算數據，包括網絡參數、負荷及發電機注入功率等。還包括相關 節^注入量的隨機分布信息，例如對於服從正態分布的負荷需要給出其期望值和方差，對 於尚散分布的負荷需給出其分布律，對於服從二項分布的發電機還需要給出每個節點上發 電機的額定容量、臺數和強迫停運率等信息；
[0037] 2、在系統基準狀態下，用牛頓法對系統進行確定性潮流計算，求解基準狀態下各 節點的電壓幅值V。、相角Θ。：
【權利要求】
1. 一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述方法包括 (1) 獲取所述概率潮流計算數據； (2) 潮流計算； (3) 獲取雅克比矩陣和基態支路潮流； (4) 修正雅克比矩陣； (5) 求靈敏度矩陣； (6) 計算負荷和發電機的功率各階半不變量； (7) 計算節點注入功率的各階半不變量； (8) 計算節點電壓與支路功率的各階半不變量； (9) 計算節點電壓與支路功率的各階中心距； (10) 計算節點電壓與支路功率的分布規律。
2. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (1) 包括獲取常規潮流計算數據包括網絡參數、負荷、發電機注入功率和相關節點注入量的 隨機分布信息。
3. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (2) 包括進行確定性潮流計算，求解基準狀態下節點的節點狀態變量，其包括節點的電壓幅 值和相角。
4. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (3) 包括計算出的節點狀態變量的基態解，獲得雅克比矩陣和支路基準潮流。
5. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (4) 包括修正潮流計算獲取的雅克比矩陣，使多臺發電機共同參與功率分配。
6. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (5) 包括求節點電壓對節點注入功率靈敏度矩陣和支路功率對節點注入功率靈敏度矩陣。
7. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (6) 包括計算負荷和發電機組的各階原點矩與中心矩，求各自的各階半不變量。
8. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (7) 包括求該節點上發電機組的注入功率的各階半不變量與負荷的注入功率的各階半不變 量之和。
9. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (8) 包括計算各節點電壓、相角、支路功率的各階半不變量。
10. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (9) 包括由節點電壓、相角以及支路有功、無功的各階半不變量求各階中心矩。
11. 如權利要求1所述的一種計算多機平衡的概率潮流的方法，其特徵在於，所述步驟 (10) 包括根據步驟（9)中計算出節點電壓和支路功率的各階中心距，利用Gram-Charlier 級數展開方法，求取各待求變量的分布函數。
【文檔編號】G06F19/00GK104268435SQ201410554436
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】石飛, 馮樹海, 於益軍, 王珂, 李亞平, 周竟, 曾丹, 王禮文, 劉俊, 徐鵬 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院