一种源-荷协调程度评价方法技术

本发明专利技术公开一种源‑荷协调程度评价方法，步骤包括：S1.分别获取目标电力系统的新能源出力曲线、用电负荷曲线；S2.根据新能源出力曲线、负荷曲线得到对应的时间序列；S3.提出度量源荷储协调程度的源荷时间序列相似性指标和曲线波动率指标。S4.通过计算源荷曲线的相似性指标与曲线波动率指标及其对应权重得到源荷储协调运行程度。本发明专利技术具有实现方法简单、能够准确定量评估电力系统源荷储协调程度，且具有评估性能好、应用灵活等优点。

An Evaluation Method of Source-Load Coordination Degree

【技术实现步骤摘要】
一种源-荷协调程度评价方法
本专利技术涉及新能源电力系统
，尤其涉及一种源-荷协调程度评价方法。
技术介绍
当前，源荷协调运行作为消纳可再生能源的重要手段，已成为电力系统热门研究课题。关于源荷协调的研究目前大多集中在其运行的关键技术方面。虽已有文献建立了源荷协调优化模型，但模型往往只考虑了其整体的经济性和源、荷各侧的安全性、环保性等，而缺乏对其协调程度和效果的描述与评价。因此亟需提供一种源-荷协调程度评价方法，鲜有文献通过研究源荷曲线之间的相关关系作为源荷协调互动效果的评价指标。随着高比例可再生能源及储能的接入，电力系统将更加关注各特性不同的功率曲线。为最大程度地消纳新能源和减少传统机组的起停、爬坡，传统机组出力曲线一直被期望具有平稳性，因而负荷曲线被期望能跟随新能源曲线变化即实现新能源-负荷曲线相似。当前对于功率曲线的相似性已有定性描述，但缺乏定量刻画。新能源出力曲线、负荷曲线均为按时间顺序排列的功率值，其属于数据流中的时间序列，对时间序列的相似性度量在数学上已有大量研究。但针对新能源-负荷曲线本身的数值距离较大的特点，需要对传统的时间序列度量方法进行改进以实用于度量新能源-负荷时间序列的相似性。对于新能源时间序列各相邻时间段的波动程度国家电网有相应的要求，但目前缺乏指标对其进行度量。因此，亟需提出一种源荷相似性和曲线波动率指标，以定量度量其协调运行程度及效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、能够定量度量源荷协调程度的具体方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种源荷储协调运行效果度量及实现方法，步骤包括：S1.分别获取目标电力系统的新能源出力曲线、用电负荷曲线；S2.根据新能源出力曲线、负荷曲线得到对应的时间序列；S3.提出度量源荷储协调程度的源荷时间序列相似性指标和曲线波动率指标；S4.通过计算源荷曲线的相似性指标与曲线波动率指标及其对应权重得到源荷储协调运行程度。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中具体分别根据所述新能源出力曲线得到对应的时间序列PN＝{pN(1),pN(2),…,pN(n)}，以及根据所述用电负荷曲线得到对应的时间序列PL＝{pL(1),pL(2),…,pL(n)}。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中所提的源荷时间序列相似性指标具体指新能源时间序列与负荷时间序列的相似性，具体包括数值相似性指标与形态相似性指标。曲线波动率指标是为刻画各功率曲线在一个周期内的平均波动程度。作为本专利技术的进一步改进，所述源荷时间序列数值相似性指标具体构造方法是对在数学上应用较为广泛的传统欧式距离度量方法进行改进，具体是通过先对新能源时间序列进行适当的平移，在计算平移后的新能源时间序列与负荷时间序列的欧式距离作为源荷数值相似性指标，以适用于度量本身数值距离较大的新能源时间序列与负荷时间序列之间的数值相似性。具体表达式如下：ΔXY＝max(min(X-Y),min(Y-X))式中，X＝{x1,x2,…,xT}、Y＝{y1,y2,…,yT}为两条时间序列，T为时间序列的维度，ΔXY为新能源时间序列平移量，D'(X,Y)为新能源-负荷数值相似性指标。作为本专利技术的进一步改进，所述源荷时间序列形态相似性指标是对在数学上应用较为广泛的传统动态时间弯曲距离(DTW)度量方法进行改进，具体是采用所述改进欧式距离D′(X,Y)度量方法计算点与点之间的距离构建距离矩阵，所述形态相似性指标具体步骤如下：S31.找到一条从点P1＝(1,1)到点P2＝(n,m)的最优弯曲路径P＝(P1,P2,…,Pk)，使得序列S和Q的累积距离即下式最小。式中Ps表示路径元素在距离矩阵中的位置。S32.为求解上式，需利用动态规划的方法构造一个累积代价矩阵L，即式中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；L(0,0)＝0；L(i,0)＝L(0,j)＝+∞；可知，时间序列X和Y的改进动态时间弯曲距离为DTW(X,Y)＝L(n,m)即为形态相似性指标。作为本专利技术的进一步改进，所述曲线波动率指标具体表达式如下：式中Xi为时间序列X在i时刻的值，为时间序列的平均值。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中所述源荷储协调程度的评价具体是通过将所述新能源时间序列与负荷时间序列代入各所述时间序列相似性指标表达式与波动率指标表达式中。具体计算过程如下：源荷数值相似性指标：ΔPNPL＝max(min(PN-PL),min(PN-PL))式中，PN与PL分别为新能源、负荷时间序列，T为时间序列的维度，ΔPNPL为新能源时间序列平移量，D'(PN,PL)为新能源-负荷数值相似性指标。源荷形态相似性指标：式中Ps表示路径元素在距离矩阵中的位置。新能源时间序列波动率指标：式中PNi为新能源时间序列在i时刻的值，为时间序列的平均值。负荷时间序列波动率指标：式中PLi为负荷时间序列在i时刻的值，为负荷时间序列的平均值。传统机组时间序列波动率指标：式中Pgi为传统机组出力时间序列在i时刻的值，为传统机组出力时间序列的平均值。作为本专利技术的进一步改进，所述源荷协调程度由所述指标和对应权重的乘积代数和计算求得。具体表达式如下：式中a、b、c、d、e分别为各指标对应的权重，Ds'·d(PN,PL)、DTWs·d(PN,PL)、γNs·d、γLs·d、γgs·d为对应指标的基准值，K为源荷协整程度值，为使指标值与协整程度呈正相关关系，故上式中对各指标值取了倒数。作为本专利技术的进一步改进，所述各指标权重确定方法由层次分析法确定。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术在原有源荷协调研究的基础上，针对现有源荷协调优化运行未能对协调效果进行定量刻画问题，提出了一种源荷相似性指标来定量刻画源荷储的协调效果。2)本专利技术针对新能源-负荷时间序列数据距离较大的特点，改进了数学上传统的时间序列相似性度量方法，提出一种改进欧式距离与改进DTW距离方法，以适用于度量新能源-负荷时间序列的相似性即负荷曲线跟随新能源曲线变化的程度。3)本专利技术考虑到国家电网对新能源并网的波动要求，提出了一种刻画功率曲线在一个周期内平均波动程度的波动率指标。4)本专利技术运用层次分析法确定各指标的权重，通过求取各指标与权重乘积的代数和最终求得源荷协调程度。附图说明图1是本实施例源-荷协调程度评价实现流程示意图。图2是本专利技术具体实例某微网典型日各功率曲线图。图3是本实施例传统欧式距离与改进欧式距离对比图。图4是本实施例改进DTW距离的距离矩阵构造示意图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本实施例源-荷协调程度评价方法，步骤包括：S1.分别获取目标电力系统的新能源出力曲线、用电负荷曲线；S2.根据新能源出力曲线、负荷曲线得到对应的时间序列；S3.提出度量源荷储协调程度的源荷时间序列相似性指标和曲线波动率指标；S4.计算源荷曲线的相似性指标与曲线波动率指标得到源荷协调运行程度。本实施例针对含新能源电力系统，同时考虑负荷需求和新能源发电状况，通过计算新能源出力曲线、用电负荷曲线之间的相似性指标，可以量化负荷曲线与新能源出力曲线之间的相似程度，新能源-负荷时间序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种源‑荷协调程度评价方法，其特征在于，步骤包括：S1.分别获取目标电力系统的新能源出力曲线、用电负荷曲线；S2.根据新能源出力曲线、负荷曲线得到对应的时间序列；S3.提出度量源荷储协调程度的源荷时间序列相似性指标和曲线波动率指标；S4.通过计算源荷曲线的相似性指标与曲线波动率指标及其对应权重得到源荷储协调运行程度。

【技术特征摘要】
1.一种源-荷协调程度评价方法，其特征在于，步骤包括：S1.分别获取目标电力系统的新能源出力曲线、用电负荷曲线；S2.根据新能源出力曲线、负荷曲线得到对应的时间序列；S3.提出度量源荷储协调程度的源荷时间序列相似性指标和曲线波动率指标；S4.通过计算源荷曲线的相似性指标与曲线波动率指标及其对应权重得到源荷储协调运行程度。2.根据权利要求1所述的源-荷协调程度评价方法，其特征在于，所述步骤S2中具体分别根据所述新能源出力曲线得到对应的时间序列PN＝{pN(1),pN(2),…,pN(n)}，以及根据所述用电负荷曲线得到对应的时间序列PL＝{pL(1),pL(2),…,pL(n)}。3.根据权利要求1所述的源-荷协调程度评价方法，其特征在于，所述步骤S3中所提的源荷时间序列相似性指标具体指新能源时间序列与负荷时间序列的相似性，具体包括数值相似性指标与形态相似性指标。曲线波动率指标是为刻画各功率曲线在一个周期内的平均波动程度。4.根据权利要求3所述的源-荷协调程度评价方法，其特征在于，所述源荷时间序列数值相似性指标具体构造方法是对在数学上应用较为广泛的传统欧式距离度量方法进行改进，具体是通过先对新能源时间序列进行适当的平移，在计算平移后的新能源时间序列与负荷时间序列的欧式距离作为源荷数值相似性指标，以适用于度量本身数值距离较大的新能源时间序列与负荷时间序列之间的数值相似性。具体表达式如下：ΔXY＝max(min(X-Y),min(Y-X))式中，X＝{x1,x2,…,xT}、Y＝{y1,y2,…,yT}为两条时间序列，T为时间序列的维度，ΔXY为新能源时间序列平移量，D'(X,Y)为新能源-负荷数值相似性指标。5.根据权利要求3所述的源-荷协调程度评价方法，其特征在于，所述源荷时间序列形态相似性指标是对在数学上应用较为广泛的传统动态时间弯曲距离(DTW)度量方法进行改进，具体是采用所述改进欧式距离D'(X,Y)度量方法计算点与点之间的距离构建距离矩阵，所述形态相似性指标具体步骤如下：S31.找到一条从点P1＝(1,1)到点P2＝(n,m)的最优弯曲路径P...

【专利技术属性】
技术研发人员：周任军，李斌，张武军，余虎，吴燕榕，邓子昂，
申请(专利权)人：长沙理工大学，中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43