适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，包括以下步骤：输入系统网络参数和随机变量参数；采用直流潮流计算，将线路潮流表示成风电出力、负荷和常规发电机出力的线性表达式；分别计算风电场出力部分、负荷部分和发电机故障停运时线路有功变化量的半不变量；将三部分半不变量相加获得线路有功潮流半不变量，采用Gram-Charlier级数展开获得线路潮流的概率分布曲线。本发明专利技术考虑了系统中风电出力的相关性和随机性、负荷的相关性和波动性和发电机的随机故障等不确定因素，保证了计算的精度和效率，能够在随机性较强的电力系统以及电网规划过程中网络结构不确定的情况下进行快速准确的概率潮流计算。率潮流计算。率潮流计算。

【技术实现步骤摘要】
适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法


[0001]本专利技术涉及电力系统潮流计算
，特别是一种适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法。

技术介绍

[0002]风力发电作为一项技术较为成熟的可再生能源发电形式，近年来发展迅速。风电出力具有随机性和波动性，并网后会对系统潮流带来更多的不确定性。概率潮流计算能够较为全面地考虑电网中的不确定因素，如负荷波动、发电机的随机故障停运等，概率潮流计算也被应用到处理新能源出力的随机性和波动性。
[0003]常见的概率潮流计算的方法有解析法和模拟法，解析法计算速度快，但当变量较多时，变量之间的卷积变得十分复杂。半不变量法降低了卷积计算的复杂度，但独立变量的半不变量才可以相加，无法处理相关性变量。蒙特卡洛法是典型的模拟法，能够处理数据样本较多的情况，其计算精度与样本数量呈正相关，导致其计算时间过长。
[0004]概率潮流计算中，负荷一般采用正态分布，风速则采用威布尔分布表示。实际运行中，风电场间的风速具有相关性，系统中某些负荷之间也具有相关性，模拟法能够较好处理数据相关性问题，然而计算速度限制了这类方法的应用。单独的半不变量法不能解决变量具有相关性的情况，需要将相关性变量变换为独立变量的线性组合。目前，主要的解决办法是将解析法和模拟法相结合，当解决电网规划这类网架结构不确定、网络规划方案数量较多并且需要多次迭代的问题时，这种方法难以快速进行潮流计算的求解。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种快速、准确的适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，输入系统数据，包括系统网络参数和随机变量参数；
[0008]步骤2，采用直流潮流计算，将线路潮流表示成风电出力、负荷和发电机出力的线性表达式；
[0009]步骤3，分别计算风电场出力部分、负荷部分和发电机故障停运时线路有功变化量的半不变量；
[0010]步骤4，将三部分半不变量相加获得线路有功潮流半不变量，采用Gram-Charlier级数展开获得线路潮流的概率分布曲线。
[0011]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术考虑了风电出力的相关性和波动性，负荷的相关性和随机性以及常规发电机的故障停运等不确定因素，准确反映出了线路潮流的变化情况；(2)将相关性变量的原点矩进行分解计算，减少了规划期间的计算量；(3)在进行电力系统规划时，系统的网络结构发生变化，只需改变出力的影响系数就可以计
算出网络中线路潮流的半不变量，相比模拟法，提高了规划期间概率潮流计算的效率。
附图说明
[0012]图1是本专利技术适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法流程图。
[0013]图2是实施例中系统的网络结构图。
[0014]图3是线路1-2有功潮流的概率密度曲线图。
[0015]图4是线路1-2有功潮流的累积概率分布曲线图。
具体实施方式
[0016]结合图1，本专利技术的一种适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，具体包括以下步骤：
[0017]步骤1，输入系统数据，包括系统网络参数，随机变量参数；所述系统网络参数包括系统网络结构、输电线路参数；随机变量参数包括发电机的容量参数、强迫停运率，负荷的功率参数、相关系数矩阵，风速的威布尔分布参数、相关系数矩阵，风电场的风机台数和装机容量。本专利技术中所述的发电机是指常规发电机，即不使用新能源的发电机，包括汽轮发电机、水轮发电机。
[0018]步骤2，采用直流潮流计算，将线路潮流表示成风电出力、负荷和发电机出力的线性表达式，具体为：
[0019][0020]式中，P
ij
为节点i-j连接线路的有功潮流，A为计算得到的系数矩阵，P
N
为节点注入功率；k、m、n分别为发电机组、负荷和风电场的索引；N
g
为发电机组个数，N
d
为负荷节点个数，N
w
为风电接入节点个数；a
gk,ij
、a
dm,ij
、a
wn,ij
分别为直流潮流下发电机组、负荷和风电出力的影响系数；P
gk
为第k台发电机组的出力，P
dm
为第m个负荷节点的负荷水平，P
wn
为第n个风电接入节点的注入功率；
[0021]根据系统净负荷的变化，将发电机出力按比例分配，
[0022][0023]其中，P
gi
为发电机i分配后的出力，P
gi
为发电机i的最小出力，为发电机i出力分配的比例参数，为发电机i参与出力分配的总容量，为发电机i的最大出力，为发电机k参与出力分配的总容量，P
gk
和为发电机k的最小出力和最大出力，出力分配后线路潮流可以表示为
[0024]P
ij
＝A
′
G
P
′
G
+A
′
D
P
D
+A
′
W
P
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0025]其中，A
′
G
、A
′
D
、A
′
W
分别为变换后发电机组出力、负荷和风电出力的影响系数矩阵，P
′
G
为发电机按比例分配中不变的部分，P
D
、P
W
为节点负荷和风电出力功率向量。
[0026]步骤3，分别计算风电场出力部分、负荷部分和发电机故障停运时线路有功变化量
的半不变量，具体为：
[0027]步骤3-1，若风电场出力为已知数据，则转步骤3-4，否则，转步骤3-2；
[0028]步骤3-2，采用逆NATAF变换生成相关性风速样本并计算风电场出力。每个风电场的风速服从两参数威布尔分布，其累积概率分布为
[0029][0030]式中，b为形状参数、a为尺度参数、v为风速。
[0031]对风电场相关系数矩阵进行转换，得到相关系数矩阵其非对角元素由下式求得：
[0032][0033]其中，为的非对角元素，为威布尔分布的等效相关系数，为的非对角元素。将相关系数矩阵进行Cholesky分解，即Y
w
为独立标准正态随机变量，由得到相关系数矩阵为的标准正态变量Z
w
。
[0034]用等概率转换原则即可生成具有相关性的风速样本，
[0035]V
w
＝F-1
(Φ(Z
w
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，输入系统数据，包括系统网络参数和随机变量参数；步骤2，采用直流潮流计算，将线路潮流表示成风电出力、负荷和发电机出力的线性表达式；步骤3，分别计算风电场出力部分、负荷部分和发电机故障停运时线路有功变化量的半不变量；步骤4，将三部分半不变量相加获得线路有功潮流半不变量，采用Gram-Charlier级数展开获得线路潮流的概率分布曲线。2.根据权利要求1所述的适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，其特征在于，步骤1所述系统网络参数包括系统网络结构、输电线路参数；随机变量参数包括发电机的容量参数、强迫停运率，负荷的功率参数、相关系数矩阵，风速的威布尔分布参数、相关系数矩阵，风电场的风机台数和装机容量。3.根据权利要求1所述的适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，其特征在于，步骤2所述线路潮流的线性表达式，具体为：式中，P
ij
为节点i-j连接线路的有功潮流，A为计算得到的系数矩阵，P
N
为节点注入功率；k、m、n分别为发电机组、负荷和风电场的索引；N
g
为发电机组个数，N
d
为负荷节点个数，N
w
为风电接入节点个数；a
gk,ij
、a
dm,ij
、a
wn,ij
分别为直流潮流下发电机组、负荷和风电出力的影响系数；P
gk
为第k台发电机组的出力，P
dm
为第m个负荷节点的负荷水平，P
wn
为第n个风电接入节点的注入功率；根据系统净负荷的变化，将发电机出力按比例分配：其中，P
gi
为发电机i分配后的出力，P
gi
为发电机i的最小出力，为发电机i出力分配的比例参数，为发电机i参与出力分配的总容量，为发电机i的最大出力，为发电机k参与出力分配的总容量，P
gk
和为发电机k的最小出力和最大出力，出力分配后线路潮流可表示为P
ij
＝A
′
G
P
G
+A
′
D
P
D
+A
′
W
P
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，A
′
G
、A
′
D
、A
′
W
分别为变换后发电机组出力、负荷和风电出力的影响系数矩阵，P
′
G
为发电机按比例分配中不变的部分，P
D
、P
W
为节点负荷和风电出力功率向量。4.根据权利要求1所述的适用于风电集群接入系统规划的概率直流潮流计算方法，其特征在于，步骤3所述分别计算风电场出力部分、负荷部分和发电机故障停运时线路有功变化量的半不变量，具体为：步骤3-1，若风电场出力为已知数据，则转步骤3-4，否则，转步骤3-2；
步骤3-2，采用逆Nataf变换生成相关性风速样本并计算风电场出力；每个风电场的风速服从两参数威布尔分布，其累积概率分布为式中，b为形状参数、a为尺度参数、v为风速；对风电场相关系数矩阵进行转换，得到相关系数矩阵其非对角元素由下式求得：其中，为的非对角元素，为威布尔分布的等效相关系数，为的非对角元素；将相关系数矩阵进行Cholesky分解，即Y
w
为独立标准正态随机变量，由得到相关系数矩阵为的标准正态变量Z
w
；用等概率转换原则即可生成具有相关性的风速样本V
w
＝F-1

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰冰，蒋海峰，王宝华，刘洋，单碧涵，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：