一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法。基于负荷的马尔可夫过程模型，建立计及需求响应的负荷多状态马尔可夫过程模型，其中的需求响应包括负荷削减和负荷转移；采用时序蒙特卡洛模拟方法，获得系统功率缺额，并计算计及需求响应的电力系统可靠性，包括电量不足期望值和电力不足时间概率。本发明专利技术对考虑需求响应的电力系统可靠性理论分析具有一定的指导意义，对更好地分析及评估在新形势下计及需求响应的电力系统可靠性提供了科学依据。

A reliability calculation method for multi state power system considering demand response

The present invention discloses a method for calculating the reliability of a multi state power system considering demand response. A Markov process model based on load, a multi state Markov process model considering the load demand response, the demand response including load shedding and load transfer; using sequential Monte Carlo simulation method, obtains the system power shortage, and calculate the reliability of power system and demand response, including EENS and power shortage time probability. The invention of the theory of power system reliability demand response analysis has certain guiding significance to consider, for better analysis and evaluation and demand response of power system under the new situation and provide a scientific basis for reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法
本专利技术属于电力系统可靠性评估领域，特别是涉及了一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法。
技术介绍
智能电网以及信息通讯技术的发展，使得灵活负荷参与智能电网的双向互动成为可能。灵活负荷参与需求响应，不仅可以提高系统经济性，也会减少环境污染。然而，灵活负荷参与需求响应会影响给电力系统的安全可靠运行。比如，负荷转移可能导致“峰上加峰”，从而给系统安全可靠运行带来负面影响。基于模拟的方法可以更好地展现负荷的时序特性，为更好的评估系统在新环境下的可靠性，提出一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对复杂电力系统，提供一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法。本专利技术采用的技术方案包括以下步骤：1)基于负荷的马尔可夫过程模型，建立计及需求响应的负荷多状态马尔可夫过程模型，具体是：在电力系统运行时间内，将灵活负荷FLl分为削减负荷FLCl、转移负荷FLSl和不需改变负荷FLWl，即FLl＝FLCl+FLSl+FLWl,1≤l≤N；2)采用时序蒙特卡洛模拟方法，初始化模拟变量，进行多次模拟，直到达到总模拟次数ns则停止模拟；3)根据每次模拟的数据，采用以下公式计算电力系统的可靠性，包括电量不足期望值(EENS)和电力不足时间概率(LOLP)：LOLP(t)＝m(t)/ns(△D′n>0)其中，ns为模拟总次数，△D′n表示第n次模拟时计及需求响应的系统功率缺额，tn为第n次模拟时系统功率不足的持续时间，t表示电力系统运行时间，mn(t)为在时间t内计及需求响应的系统功率缺额大于0的次数，系统电力不足时间概率随系统运行时间而改变。如图1所示，所述步骤1)中负荷的马尔可夫过程模型是指在系统运行时间内，将负荷分为不同时段的负荷水平，共有N个负荷水平以时序相连，负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的状态转移率为λl,l+1，1≤l≤N-1，负荷水平N与负荷水平1之间的状态转移率为λN,1；并将负荷Ll分为不可控制负荷ULl和灵活负荷FLl，即Fl＝ULl+FLl,1≤l≤N。所述步骤1)中负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的状态转移率λl,l+1＝△Tl,l+1，△Tl,l+1表示负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的时间间隔。每次模拟是针对系统运行时段内的负荷水平分别采用以下具体过程进行模拟：2.1)对发电机组的状态特性进行模拟，获得系统运行时间内发电机组的发电量；2.2)对负荷的时序过程进行模拟，获得系统运行时间内的负荷量；2.3)将电力系统发电量G和负荷量Ll进行比较，进而选择性进行控制，获得计及需求响应后的系统功率缺额。所述步骤2.2)中，若电力系统发电量G不小于负荷量Ll，则不进行需求响应控制，即系统功率缺额为0；若电力系统发电量G小于负荷量Ll，则实施需求响应方式进行控制。进行需求响应之前的功率缺额为△D＝Ll-G，采取需求响应控制使得负荷量变为Ll′后，系统功率缺额变为△D′＝Ll′-G。所述的实施需求响应方式进行控制具体是将灵活负荷以负荷削减方式、负荷转移方式或者以上两种方式的结合进行控制。所述负荷削减方式是指在灵活负荷FLl中将负荷进行削减，削减的负荷量为当前时段下负荷水平中的削减负荷FLCl。所述负荷转移方式是指将当前时段的负荷水平l的负荷转移量FLSl转移到下一个时段的负荷水平(l+1)上，同时将上一个时段的负荷水平的负荷转移量FLSl-1转移到当前时段的负荷水平l上。即得到需求响应后负荷为：Ll′＝Ll-FLCl-FLSl+FLSl-1＝ULl+FLl-FLCl-FLSl+FLSl-1＝ULl+FLWl+FLSl-1其中，Ll′表示需求响应控制后的负荷量，Ll表示处于负荷水平l时的负荷。所述的实施需求响应方式进行控制采用以负荷削减方式和负荷转移方式的结合进行处理，具体是：若当前时段下灵活负荷FLl小于控制之前的功率缺额△D，即FLl<△D，则控制之后的功率缺额为：△D′＝Ll′-G＝Ll-G-FLCl-FLSl+FLSl-1>0其中，Ll′为实施需求响应后的负荷，Ll′＝Ll-FLCl-FLSl+FLSl-1；若当前时段下灵活负荷FLl不小于控制之前的功率缺额△D，即FLl≥△D，则控制之后的功率缺额为：△D′＝△D-FLCl-FLSl+FLSl-1。所述步骤2.2)对负荷的时序过程进行模拟时，初始的负荷水平持续时间采用以下公式计算：假设系统在初始时刻的负荷水平为l0，产生一个随机数U0使其服从区间(0,1)上的均匀分布，则初始的负荷水平持续时间为：其中，，lnU0表示自然对数。上述公式是假设系统在初始时刻的负荷水平为l0，产生一个随机数U0使其服从区间(0,1)上的均匀分布，继续产生随机数并得到负荷水平持续时间，直到所有的负荷水平持续时间达到预先设定的系统运行时间。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法考虑需求响应参与电力系统的运行，基于多状态马尔可夫过程模型及时序蒙特卡洛模拟算法评估考虑需求响应的电力系统可靠性，可精确分析考虑需求响应的复杂电力系统的可靠性。本专利技术在工程应用方面，可以有效评估考虑需求响应后的实际电力系统的运行风险，为电力系统运行提供参考，保证系统运行的安全可靠性。本专利技术在理论分析方面，进一步完善电力系统可靠性理论，对电力系统的理论分析及工程应用具有重要作用，为解决考虑需求响应的电力系统可靠性分析提供了一条行之有效的技术途径。附图说明图1是本专利技术负荷的马尔可夫过程模型示意图。图2是本专利技术实施需求响应过程中的负荷马尔可夫过程模型。图3是本专利技术实施需求响应后的负荷马尔可夫过程模型。图4是负荷时序模拟图。图5是实施例系统网络拓扑图。图6是实施例系统电力不足时间概率(LOLP)变化图。具体实施方式本专利技术以下结合实施例及其附图作进一步说明如下。本专利技术的实施例如下：本实施例以改进后的IEEERBTS系统为例，该系统的网络拓扑图如图5所示。系统负荷峰值为185MW，系统运行时间设定为100小时。负荷在24小时内分为4个负荷水平(低谷、平时段1、高峰、平时段2)，其中0-6h为低谷时段，其负荷水平为日负荷峰值的67％；6-8h为平时段1，其负荷水平为日负荷峰值的86％；8-21h高峰时段，其负荷水平为日负荷峰值的100％；21-24h为平时段2，其负荷水平为日负荷峰值的83％。系统不同负荷水平的转移率如表1所示。灵活负荷的总量占负荷峰值的20％。本实施例考虑三种需求响应方式，第一种是负荷削减方式，所有的灵活负荷均可进行负荷削减；第二种是负荷转移方式，所有的灵活负荷均可进行负荷转移；第三种是负荷削减和负荷转移同时实施，参与负荷削减和负荷转移的灵活负荷各占50％。本实施例将分别计算这三种需求响应方式下系统可靠性指标，并将其进行对比。此外，为了说明实施需求响应对电力系可靠性的影响，实施例以不进行需求响应的系统可靠性为基准。本实施例的蒙特卡洛模拟次数设置为10万次。表1系统不同负荷水平之间的转移率转移率(/h)低谷平时段1高峰平时段2低谷-1/600平时段10-1/20高峰00-1/13平时段21/300-采用本专利技术所提出的方法进行可靠性计算。为当系统运行时间为100h时，不进行需求响应的系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)基于负荷的马尔可夫过程模型，建立计及需求响应的负荷多状态马尔可夫过程模型，具体是：在电力系统运行时间内，将灵活负荷FL

【技术特征摘要】
1.一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)基于负荷的马尔可夫过程模型，建立计及需求响应的负荷多状态马尔可夫过程模型，具体是：在电力系统运行时间内，将灵活负荷FLl分为削减负荷FLCl、转移负荷FLSl和不需改变负荷FLWl，即FLl＝FLCl+FLSl+FLWl,1≤l≤N；2)采用时序蒙特卡洛模拟方法，初始化模拟变量，进行多次模拟，直到达到总模拟次数ns则停止模拟；3)根据每次模拟的数据，采用以下公式计算电力系统的可靠性，包括电量不足期望值(EENS)和电力不足时间概率(LOLP)：LOLP(t)＝m(t)/ns(△Dn′>0)其中，ns为模拟总次数，△Dn′表示第n次模拟时计及需求响应的系统功率缺额，tn为第n次模拟时系统功率不足的持续时间，t表示电力系统运行时间，m(t)为在时间t内计及需求响应的系统功率缺额大于0的次数，系统电力不足时间概率随系统运行时间而改变。2.根据权利要求1所述的一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法，其特征在于：所述步骤1)中负荷的马尔可夫过程模型是指在系统运行时间内，将负荷分为不同时段的负荷水平，共有N个负荷水平以时序相连，负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的状态转移率为λl,l+1，负荷水平N与负荷水平1之间的状态转移率为λN,1；并将负荷Ll分为不可控制负荷ULl和灵活负荷FLl，即Fl＝ULl+FLl,1≤l≤N。3.根据权利要求2所述的一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法，其特征在于：所述步骤1)中负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的状态转移率λl,l+1＝1/△Tl,l+1，△Tl,l+1表示负荷水平l与负荷水平(l+1)之间的时间间隔。4.根据权利要求1所述的一种计及需求响应的多状态电力系统可靠性计算方法，其特征在于：每次模拟是针对系统运行时段内的负荷水平分别采用以下具体过程进行模拟：2.1)对发电机组的状态特性进行模拟，获得系统运行时间内发电机组的发电量；2.2)对负荷的时序过程进行模拟，获得系统运行时间内的负荷量；2.3)将电力系统发电量G和负荷量Ll进行比较，进而选择性进行控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，加鹤萍，宋永华，金文德，朱承治，
申请(专利权)人：浙江大学，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33