考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法技术

本发明专利技术涉及考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，属于电力系统运行安全分析监测技术领域。该方法首先使用柯西分布描述新能源输入的不确定性；然后利用线性化潮流模型建立新能源随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系；之后，建立描述电网在线概率安全监测的监测指标，计算得到影响电压波动性较大的新能源注入节点。本发明专利技术考虑了支路潮流中有功功率与无功功率的耦合，解析的得到安全监测指标，计算效率高，适合应用于电网在线概率安全监测等场景之中。安全监测等场景之中。安全监测等场景之中。

【技术实现步骤摘要】
考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法


[0001]本专利技术属于电力系统运行安全分析监测
，具体涉及一种考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法。

技术介绍

[0002]配电网是电力系统的重要组成部分，与输电网相比，配电网的有功功率与无功功率不解耦，因此在配电网的经济调度中，需要考虑有功调度之后的无功控制问题。
[0003]同时，近年来越来越多的可再生能源接入配电网，而可再生能源的出力具有随机性，因此需要在配电网的经济调度中引入考虑不确定性的优化算法。
[0004]目前常用的经济调度方法主要是基于直流潮流的有功调度，通过求解一个二次规划问题得到调度计划，其不足之处在于无法考虑有功功率与无功功率的耦合，且没有考虑新能源接入电网带来的不确定性。
[0005]新能源出力的不确定性是其大规模接入电网的障碍之一，监测电网接入的新能源对电网运行指标的影响有利于保证电网的安全性与可靠性，对于在线运行场景的电力系统安全监测还需要算法具有快速性。
[0006]目前常用的安全监测方法主要是基于模拟法的随机潮流算法，该方法通过对不确定性抽样获得样本集，进而根据抽样结果较为全面的分析不确定性对电网的影响。其不足之处在于计算速度较慢，且无法得到监测指标的解析表达式，使后续分析不便进行。因此如何克服现有技术的不足是目前电力系统运行安全分析监测
亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，该方法使用柯西分布描述新能源输入的不确定性；利用线性化潮流模型建立随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系；同时建立描述电网在线概率安全监测的监测指标，并能够计算得到影响电压波动性较大的随机注入。本专利技术解析的得到安全监测指标，计算效率高，适合应用于电网在线概率安全监测等场景之中。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，包括以下步骤：
[0010]使用柯西分布描述新能源输入的不确定性；
[0011]利用线性化潮流模型建立新能源随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系；
[0012]建立描述电网在线概率安全监测的监测指标，计算得到影响电压波动性较大的新能源注入节点；为后续有针对性的减小新能源注入的不确定性、运行优化控制改变电网结构以提高电网运行的安全性工作提供指导。
[0013]进一步，优选的是，使用柯西分布描述新能源输入的不确定性具体为：
[0014]将可再生能源的预测误差表示为可再生能源出力实际值与预测值之差，其表达式如下：
[0015][0016]其中，ε
DG
是可再生能源的预测误差，是新能源出力的预测值，P
DG
是新能源出力的实际值；
[0017]将节点负荷的预测误差表示为节点负荷实际值与预测值之差，其表达式如下：
[0018][0019]其中，ε
load
是节点负荷的预测误差，是节点负荷的预测值，P
load
是节点负荷的实际值；
[0020]使用柯西分布拟合可再生能源出力和节点负荷的预测误差数据ε
DG
和ε
load
的概率分布；一维柯西分布的概率密度函数表达式为：
[0021][0022]指x为一维变量；柯西分布的位置参数μ与尺度参数σ通过极大似然估计方法得到。
[0023]进一步，优选的是，利用线性化潮流模型建立新能源随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系，具体为：
[0024]对于电力系统，将再生能源出力和节点负荷看作电力系统的随机注入x；线性化概率潮流方程如下：
[0025]y＝Ax+C
[0026]其中，x表示系统的输入随机变量，y表示输出向量，y是随机向量x的线性变换，A、C为系数矩阵；
[0027]引用DLPF线性化潮流模型，将节点按照节点类型排序，下标R、S、L分别表示Vθ,PV,PQ节点，n
R
,n
S
,n
L
分别表示Vθ,PV,PQ节点的数量；如θ
R
为Vθ节点的节点对应的电压相角，V
R
,V
S
为Vθ节点、PV节点对应的电压幅值；节点电压幅值、相角关于节点有功无功的表达式如下：
[0028][0029][0030]其中，为由PQ节点组成的节点电压幅值；为按PV、PQ节点的顺序重新排序后的节点电压相角；
[0031]其中
[0032][0033]其中，P
SG
为PV节点的传统发电厂有功出力，P
LG
与Q
LG
为PQ节点的有功和无功注入；
通过节点导纳矩阵Y简化得到；上标
“’”
表示未考虑支路并联参数，只考虑串联参数；节点导纳矩阵Y＝G+jB，G为节点导纳矩阵的实部，B为节点导纳矩阵的虚部；
[0034]为系统节点导纳矩阵对应下标矩阵的实部或虚部；如B
′
SS
为Y
′
SS
不考虑支路并联参数的实部；
[0035]随机注入x为新能源或负荷的预测误差ε的概率分布和新能源或负荷实际有功功率P的概率分布都是在给定预测值前提下的条件概率分布，从本质上说二者是一致的；且为便于将随机变量与确定量区分，后文将用统一表示随机注入x；令无功与有功满足线性关系：Q＝λ
·
P，写为矩阵形式即：
[0036][0037][0038]其中，Q
LD
为PQ节点无功矩阵；λ1,λ2…
λ
nL
为PQ节点有功无功对应线性关系的系数，组合成为(n
S
+n
L
)
×
n
L
维系数矩阵Λ；
[0039]当可再生能源出力和节点负荷变化时，电力系统和调频机组的有功出力将按照出力分配系数α随之改变；因此，P
SG
为随机注入的函数且满足以下方程式：
[0040][0041]其中，上标“^”表示计划值或预测值，为第m个调频机组出力的计划值，为第w个PV节点、第k个PQ节点的新能源加负荷的有功预测值；上标“～”表示随机注入量，为第w个PV节点、第k个PQ节点的新能源加负荷的有功随机注入量；
[0042]P
LG
＝0，将写为矩阵形式如下：
[0043][0044]其中，为由分配系数α组成的(n
S
+n
L
)
×
(n
S
+n
L
)维矩阵；
[0045]通过上述步骤得到有功无功的表达式，并代入得到节点电压幅值、相角表达式，将其写为y＝Ax+C形式如下：
[0046][本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：使用柯西分布描述新能源输入的不确定性；利用线性化潮流模型建立新能源随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系；建立描述电网在线概率安全监测的监测指标，计算得到影响电压波动性较大的新能源注入节点。2.根据权利要求1所述的考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，其特征在于，使用柯西分布描述新能源输入的不确定性具体为：将可再生能源的预测误差表示为可再生能源出力实际值与预测值之差，其表达式如下：其中，ε
DG
是可再生能源的预测误差，是新能源出力的预测值，P
DG
是新能源出力的实际值；将节点负荷的预测误差表示为节点负荷实际值与预测值之差，其表达式如下：其中，ε
load
是节点负荷的预测误差，是节点负荷的预测值，P
load
是节点负荷的实际值；使用柯西分布拟合可再生能源出力和节点负荷的预测误差数据ε
DG
和ε
load
的概率分布；一维柯西分布的概率密度函数表达式为：一维柯西分布的概率密度函数表达式为：指x为一维变量；柯西分布的位置参数μ与尺度参数σ通过极大似然估计方法得到。3.根据权利要求1所述的考虑新能源出力不确定性的在线概率安全监测方法，其特征在于，利用线性化潮流模型建立新能源随机注入与节点电压和支路潮流间的线性关系，具体为：对于电力系统，将再生能源出力和节点负荷看作电力系统的随机注入x；线性化概率潮流方程如下：y＝Ax+C其中，x表示系统的输入随机变量，y表示输出向量，y是随机向量x的线性变换，A、C为系数矩阵；引用DLPF线性化潮流模型，将节点按照节点类型排序，下标R、S、L分别表示Vθ,PV,PQ节点，n
R
,n
S
,n
L
分别表示Vθ,PV,PQ节点的数量；θ
R
为Vθ节点的节点对应的电压相角，V
R
,V
S
为Vθ节点、PV节点对应的电压幅值；节点电压幅值、相角关于节点有功无功的表达式如下：节点、PV节点对应的电压幅值；节点电压幅值、相角关于节点有功无功的表达式如下：其中，为由PQ节点组成的节点电压幅值；为按PV、PQ节点的顺序重新
排序后的节点电压相角；其中其中其中，P
SG
为PV节点的传统发电厂有功出力，P
LG
与Q
LG
为PQ节点的有功和无功注入；通过节点导纳矩阵Y简化得到；上标
“’”
表示未考虑支路并联参数，只考虑串联参数；节点导纳矩阵Y＝G+jB，G为节点导纳矩阵的实部，B为节点导纳矩阵的虚部；为系统节点导纳矩阵对应下标矩阵的实部或虚部；随机注入x为新能源或负荷的预测误差ε的概率分布和新能源或负荷实际有功功率P的概率分布都是在给定预测值前提下的条件概率分布，从本质上说二者是一致的；且为便于将随机变量与确定量区分，后文将用统一表示随机注入x；令无功与有功满足线性关系：Q＝λ
·
P，写为矩阵形式即：P，写为矩阵形式即：其中，Q
LD
为PQ节点无功矩阵；为PQ节点有功无功对应线性关系的系数，组合成为(n
S
+n
L
)
×
n
L
维系数矩阵Λ；当可再生能源出力和节点负荷变化时，电力系统和调频机组的有功出力将按照出力分
配系数α随之改变；因此，P
SG
为随机注入的函数且满足以下方程式：其中，上标“^”表示计划值或预测值，为第m个调频机组出力的计划值，为第w个PV节点、第k个PQ节点的新能源加负荷的有功预测值；上标“～”表示随机注入量，为第w个PV节点、第k个PQ节点的新能源加负荷的有功随机注入量；P
LG
＝0，将写为矩阵形式如下：其中，为由分配系数α组成的(n
S
+n
L
)
×
(n
S
+n
L
)维矩阵；通过上述步骤得到有功无功的表达式，并代入得到节点电压幅值、相角表达式，将其写为y＝Ax+C形式如下：为y＝Ax+C形式如下：为y＝Ax+C形式如下：为y＝Ax+C形式如下：为y＝Ax+C形式如下：为y＝Ax+C形式如下：
其中，A
V
、C
V
为电压幅值与随机注入间的系数矩阵；C
θ
、A
θ
为电压相角与随机注入间的系数矩阵；I为(n
S
+n
L
)
×
(n
S
+n
L
)维单位矩阵；根据DLPF线性化潮流模型，考虑变压器变比的支路潮流表达式为：根据DLPF线性化潮流模型，考虑变压器变比的支路潮流表达式为：其中，t为变压器变比，g
ij
,b
ij
为支路ij的电抗与电纳，P
ij
，Q
ij
为支路ij的有功和无功潮流，其通过建立与随机注入之间的表达式；当节点i,j均为PQ节点，即i∈L,j∈L时；L表示PQ节点集合，V
i
,V
j
和θ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珍意，赵川，路学刚，朱涛，吴文传，巩哲，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：