一种电网电压快速评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种电网电压快速评估方法及系统。该方法先设计覆盖范围均匀的风光电出力场景，然后获取与输入的风光电出力场景数据对应的输出数据，进行多项式稀疏化得到稀疏多项式混沌展开模型，最后将待评估的风光电出力数据带入稀疏多项式混沌展开模型，得到电网电压快速评估结果。本发明专利技术是针对电网安全稳定运行评估问题，提升考虑运行不确定性的电网电压安全稳定裕度快速评估的效率。本发明专利技术的评估方法在电力系统安全风险评估中采用数据驱动的方法建立拟合模型，替代传统求解系统电压稳定性的连续潮流模型，提高了计算效率，同时模型具有较好的回归精度，对待评估电网场景的电压稳定性计算具有较高的准确率。

A Fast Evaluation Method and System for Grid Voltage

【技术实现步骤摘要】
一种电网电压快速评估方法及系统
本专利技术涉及电网电压快速评估领域，尤其是涉及一种基于稀疏多项式混沌展开的电网电压快速评估方法及系统。
技术介绍
由于可再生能源所具有的清洁环保特性，风光等可再生能源大量并网是过去十数年及未来发展的主要趋势。然而风光能源所具有的出力波动性造成其并网后为电网电压稳定性造成一系列不利影响。传统的确定性电网电压稳定分析方法难以应对风光电出力不确定场景下的电网电压稳定分析，为及时对电网运行状态做出可靠的电压稳定性评估，快速评估电网运行安全状态，需要一种考虑风光不确定性出力的快速电网电压稳定分析方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种基于稀疏多项式混沌展开的电网电压快速评估方法及系统，其目的是解决上述存在的问题。针对电网安全稳定运行评估问题，提升考虑运行不确定性的电网电压稳定裕度快速评估的效率。技术方案：本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种电网电压快速评估方法，该方法包括如下步骤：(1)根据风光电出力历史数据，得到新能源出力的概率分布情况；基于分布情况重新采样，设计覆盖范围均匀的风光电出力场景；(2)基于预先构建的负荷裕度计算模型，获取与输入的风光电出力场景对应的输出数据；(3)基于风光电出力场景数据和对应的输出数据进行多项式稀疏化，得到稀疏多项式混沌展开模型；(4)将待评估的风光电出力数据带入稀疏多项式混沌展开模型，得到电网电压快速评估结果。进一步的，步骤(1)中所述的得到新能源出力的概率分布情况是通过核密度估计方法获取的；所述的核密度估计方法公式为：其中，N为样本量，h为带宽，K为核函数；x为待估计概率分布的变量，Xi为x的风光电出力历史数据；同时选取多个场景分配作为后续稀疏多项式混沌展开模型训练场景，选取不同于训练场景的多个场景作为模型精度验证的测试场景。进一步的，进一步包括：在电网运行环境发生改变时，重新构建负荷裕度计算模型。进一步的，所述的负荷裕度计算模型是基于获取的风光电额定出力及机组参数构建的；所述的负荷裕度计算模型的公式：f(V,X,λ)＝0PL,i＝PL,i(0)+λkL,iPL,i(0)QL,i＝QL,i(0)+λkL,iQL,i(0)PG,i＝PG,i(0)+λkG,iPG,i(0)其中，λ为负荷裕度，其含义为增加负荷和发电机功率直至系统电压崩溃的最大负荷增长倍数；V表示为节点电压幅值和相角，X表示输入随机变量；PL,i，QL,i为负荷有功、无功功率修正值，PG,i为发电机有功出力修正值，PL,i(0)，QL,i(0)为初始状态负荷有功、无功功率，PG,i(0)为初始状态发电机有功出力；kL,i及kG,i分别为负荷和发电机出力随λ变化的常数。进一步的，步骤(3)在稀疏化前，进一步包括：基于选定的正交多项式基类型建立多项式混沌展开集；所述的选定的正交多项式基类型采用正态分布形式的Hermit正交多项式基类型；建立Hermite多项式混沌展开集：其中，X∈RM为M维输入变量；Yn(X)为多元多项式，由变量多项式的张量积表示；yn(xi)为变量xi的Hermite正交多项式；αn为对应的多项式系数，n∈NM为表示多项式序号，NM大小与多项式混沌展开阶数相关。进一步的，步骤(3)中所述的多项式稀疏化的实现是采用最小角回归方法选取与输出量最大相关性的多项式基，同时保证模型留一检验误差最小条件下，筛选出对应正交多项式基作为稀疏多项式混沌展开模型的成分。进一步的，最小角回归方法的操作流程如下：Step0：初始化，系数初值为0，候选集为多项式混沌展开集，有效集初始为空集，残差初值为风光电出力场景数据对应的输出数据；Step1：找到对当前残差最相关的多项式基；Step2：选入当前有效集下，多项式基对残差等相关时的系数；这些多项式基在下一次迭代时仍对残差有最大相关性；Step3：计算并储存当前有效集下的留一检验误差；Step4：更新有效集系数，将Step2步骤中当前相关性最大的系数和对应正交多项式基移入有效集Step5：重复前序步骤，直到留一检验误差最小；完成迭代后，有效集扩充过程中留一检验误差最小的有效集情形选为稀疏多项式混沌展开模型。进一步的，找当前残差最相关的多项式基及对应系数，包括：待选多项式基集表示多项式混沌展开集中除去对当前残差最相关的多项式基，待选多项式基集X的多项式{x1,x2,…,xm}都是线性无关的；记A是{1,2,…,m}的一个子集，定义矩阵：XA＝(…sjxj…)j∈A其中，xj为待选多项式集合X中的第j个元素，符号sj＝±1；定义GA＝XA’XA，以及AA＝(1A’GA-11A)-1/2；其中，1A表示全1向量，长度和A中元素个数一样；对于XA的角平分线方向上单位向量uA表示为：uA＝XAωA,其中定义使得和每一个xj都有相同的角度，并且满足：X'AuA＝AA1A,且||uA||2＝1定义μ为LAR拟合值，γ为使得μ等于输出响应的值；选取合适的γ使得下一个列向量与当前集合A中向量与残差相关度相等；若当前步骤下的LAR预测结果为μA，所以当前多项式基的相关系数为：其中，y为当前残差向量；集合A是其中拥有最大相关系数的维度标号集合，满足：C为最大相关系数的系数集合，为集合的第j个相关系数；由此计算出ua，同时定义：α＝XTuA下一步LARS更新μA采用：μA+＝μA+γuA其中，min+表示取正数部分的最小值；αj为α向量中的第j个元素并且会把这个最小γ对应的j这个维度加入到选出来的特征维度集合A，形成新的有效集A+＝A∪{j}；对应m维问题，最多m步结束特征维选取算法，得到当前残差最相关的多项式基及对应系数。一种电网电压快速评估系统，该系统包括：历史数据模块，用于存储风光电出力历史数据；概率分布处理模块，用于根据所述风光电出力历史数据获取新能源出力的概率分布情况；风光电出力场景模块，用于基于概率分布情况将风光电出力历史数据重新采样，设计覆盖范围均匀的风光电出力场景；输出数据模块，用于利用预先构建的负荷裕度计算模型，获取与输入的风光电出力场景数据对应的输出数据；多项式稀疏化处理模块，用于基于风光电出力场景数据和对应的输出数据特征进行多项式稀疏化，得到稀疏多项式混沌展开模型；电网电压快速评估模块，用于将待评估的风光电出力数据带入稀疏多项式混沌展开模型得到电网电压快速评估结果。进一步的，还包括：负荷裕度计算模型构建模块，用于基于获取的风光电额定出力以及机组参数构建负荷裕度计算模型；以及在电网运行环境发生改变时重新构建负荷裕度计算模型。优点效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：在电力系统安全风险评估中采用数据驱动的方法建立拟合模型，替代传统求解系统电压稳定性的连续潮流模型，提高了计算效率，同时模型具有较好的回归精度，对待评估电网场景的电压稳定性计算具有较高的准确率。数据驱动采用了SPCE代理模型，该模型包含了对电网安全稳定运行特征量的提取过程，满足了实时评估模型高速计算要求，具有“稀疏化”特性。算例测试中，评估速度及精度效果较为理想。附图说明图1为本专利技术电网电压快速评估方法的流程图；图2为基于最小角回归方法对多项式混沌展开的多项式基稀疏化结果；图3为SPCE计算结果对比常规模型计算结果部分展示图；图4为本专利技术电网电压快速评估系统结构示意图。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电网电压快速评估方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)根据风光电出力历史数据，得到新能源出力的概率分布情况；基于分布情况重新采样，设计覆盖范围均匀的风光电出力场景；(2)基于预先构建的负荷裕度计算模型，获取与输入的风光电出力场景对应的输出数据；(3)基于风光电出力场景数据和对应的输出数据进行多项式稀疏化，得到稀疏多项式混沌展开模型；(4)将待评估的风光电出力数据带入稀疏多项式混沌展开模型，得到电网电压快速评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种电网电压快速评估方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)根据风光电出力历史数据，得到新能源出力的概率分布情况；基于分布情况重新采样，设计覆盖范围均匀的风光电出力场景；(2)基于预先构建的负荷裕度计算模型，获取与输入的风光电出力场景对应的输出数据；(3)基于风光电出力场景数据和对应的输出数据进行多项式稀疏化，得到稀疏多项式混沌展开模型；(4)将待评估的风光电出力数据带入稀疏多项式混沌展开模型，得到电网电压快速评估结果。2.根据权利要求1所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：步骤(1)中所述的得到新能源出力的概率分布情况是通过核密度估计方法获取的；所述的核密度估计方法公式为：其中，N为样本量，h为带宽，K为核函数；x为待估计概率分布的变量，Xi为x的风光电出力历史数据；同时选取多个场景分配作为后续稀疏多项式混沌展开模型训练场景，选取不同于训练场景的多个场景作为模型精度验证的测试场景。3.根据权利要求1所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：进一步包括：在电网运行环境发生改变时，重新构建负荷裕度计算模型。4.根据权利要求3所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：所述的负荷裕度计算模型是基于获取的风光电额定出力及机组参数构建的；所述的负荷裕度计算模型的公式：f(V,X,λ)＝0PL,i＝PL,i(0)+λkL,iPL,i(0)QL,i＝QL,i(0)+λkL,iQL,i(0)PG,i＝PG,i(0)+λkG,iPG,i(0)其中，λ为负荷裕度，其含义为增加负荷和发电机功率直至系统电压崩溃的最大负荷增长倍数；V表示为节点电压幅值和相角，X表示输入随机变量；PL,i，QL,i为负荷有功、无功功率修正值，PG,i为发电机有功出力修正值，PL,i(0)，QL,i(0)为初始状态负荷有功、无功功率，PG,i(0)为初始状态发电机有功出力；kL,i及kG,i分别为负荷和发电机出力随λ变化的常数。5.据权利要求1所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：步骤(3)在稀疏化前，进一步包括：基于选定的正交多项式基类型建立多项式混沌展开集；所述的选定的正交多项式基类型采用正态分布形式的Hermit正交多项式基类型；建立Hermite多项式混沌展开集：其中，X∈RM为M维输入变量；Yn(X)为多元多项式，由变量多项式的张量积表示；yn(xi)为变量xi的Hermite正交多项式；αn为对应的多项式系数，n∈NM为表示多项式序号，NM大小与多项式混沌展开阶数相关。6.根据权利要求1或5所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：步骤(3)中所述的多项式稀疏化的实现是采用最小角回归方法选取与输出量最大相关性的多项式基，同时保证模型留一检验误差最小条件下，筛选出对应正交多项式基作为稀疏多项式混沌展开模型的成分。7.根据权利要求6所述的电网电压快速评估方法，其特征在于：最小角回归方法的操作流程如下：Step0:初始化，系数初值为0，候选集为多项式混沌展开集，有效集初始为空集，残差初值为风光电出力场景...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，唐俊刺，姜枫，李典阳，苏安龙，高凯，王洪哲，王亮，贾松江，曾辉，田景辅，于游，钱海，孙明一，韩子娇，宁辽逸，张宇时，许小鹏，冯占稳，孙文涛，姜狄，王钟辉，张凯，王明凯，王顺江，周纯莹，胡浩，李学斌，许睿超，杨晓明，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21