一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，该方法首先提出基于新能源出力非参数概率预测结果的概率最优潮流问题，然后构建基于分位数的多参数线性规划模型表示上述的概率最优潮流问题，最后提出一种具有解析性质的临界域积分方法，实现非参数概率最优潮流问题的高效求解。该方法利用分位数能够准确描述新能源出力等随机变量概率分布的优势，避免了传统概率最优潮流分析方法预设新能源出力等输入随机变量和电压幅值、相角等输出随机变量概率分布形式所造成的误差，能够充分利用新能源出力非参数概率预测的结果，显著提升电力系统概率最优潮流分析的准确性，有效支撑高比例新能源电力系统的运行与优化。效支撑高比例新能源电力系统的运行与优化。效支撑高比例新能源电力系统的运行与优化。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法


[0001]本专利技术涉及一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，属于电力系统运行优化领域。

技术介绍

[0002]随着环境与能源问题的日益加剧，风电、光伏等可再生新能源的大规模接入已成为现代电力系统的发展趋势。然而，新能源发电功率的强不确定性为电力系统的安全经济运行带来了巨大的挑战，开展新能源接入下的概率最优潮流分析将为电力系统的运行决策提供重要的支撑。研究者已提出了多类概率最优潮流计算方法，主要可分为模拟法、近似法与解析法三类。模拟法具有最高的准确性与适用性，但其计算效率偏低；近似法预先设定概率最优潮流问题中随机变量的概率分布形式，从而简化计算过程，提高计算效率，但其设定的假设前提通常与实际情况有较大差异，计算结果的准确性有明显不足。解析法通过揭示输入随机变量与输出随机变量最优解之间的映射关系，在保证准确度的前提下提升算法效率，近年来受到广泛关注。但现有的解析方法难以在随机变量不符合正态分布的情况下获得准确的解析映射关系，且部分方法仍然在一定程度上依赖于与近似法类似的随机变量参数化分布假设，不能准确反映新能源出力与节点电压幅值等随机变量的真实概率特性，影响了概率最优潮流分析准确性的进一步提升。与此同时，在新能源概率预测领域受到广泛关注的非参数概率预测方法目前尚未在概率最优潮流分析中得到充分利用，这也为非参数电力系统概率最优潮流计算方法的构建提供了理论基础。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提出一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0005]一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，首先，提出基于新能源功率非参数概率预测结果的概率最优潮流问题，然后对传统交流最优潮流模型线性化，在此基础上构建基于分位数的多参数线性规划模型表示上述的概率最优潮流问题，最后提出一种具有解析性质的临界域积分方法，实现非参数概率最优潮流问题的高效求解。
[0006]具体的方法如下：
[0007](1)提出基于新能源功率非参数概率预测结果的概率最优潮流问题，然后对传统交流最优潮流模型线性化
[0008]传统的电力系统概率最优潮流问题大多基于概率分布假设，通常通过假定随机变量的概率分布服从某种特定分布形式或者其概率分布可通过有限阶数的统计矩进行准确描述以简化问题的复杂程度。然而，由于新能源出力的复杂随机特性，新能源电力系统中输入与输出随机变量的概率分布均无法通过特定分布或统计矩准确描述，传统电力系统概率最优潮流问题中的分布假设降低了电力系统不确定性分析的准确性。为解决上述问题，本
专利技术提出一种基于新能源功率非参数概率预测结果的非参数概率最优潮流问题，其中新能源出力等输入随机变量与电压幅值等输出随机变量的概率分布均通过分位数集合进行非参数化描述。输入随机变量的分位数集合表示为：
[0009][0010]其中，表示第i个输入随机变量概率分布的分位数集合；表示第i个输入随机变量θ
i
概率分布的第j个分位数，其对应的标称分位水平为M
i
为分位数集合中分位数的数量。在新能源电力系统中，新能源出力是最主要的不确定性因素之一，因此新能源出力的分位数集合可由新能源出力非参数概率预测结果构建。
[0011]输出随机变量的分位数集合表示为：
[0012][0013]其中，表示第i个输出随机变量概率分布的分位数集合；表示第i个输出随机变量x
i
概率分布的第j个分位数，其对应的标称分位水平为N
i
为分位数集合中分位数的数量。
[0014]根据分位数的定义，分位数集合与中的标称分位水平满足如下约束：
[0015][0016][0017]基于上述分位数集合构建的非参数概率最优潮流问题，避免了对随机变量的概率分布进行任意的分布假设，因此有效保证了新能源电力系统不确定性分析的准确性。
[0018]为构建上述非参数概率最优潮流问题的数学优化模型，首先需要构建电力系统最优潮流线性化模型。电力系统确定性最优潮流问题是典型的非凸非线性优化问题，为解决该优化问题构建传统交流最优潮流模型：
[0019]其目标函数可表示为：
[0020][0021]其中，α
s
，b
s
，c
s
为机组s的运行成本系数；P
G,s
为机组s的有功出力；为电力系统的机组集合。
[0022]该模型包含两类约束，即潮流平衡约束与安全运行约束。
[0023]潮流平衡约束可表示为：
[0024][0025][0026]其中，Q
G,s
为机组s的无功出力；P
D,i
和Q
D,i
分别表示节点i的有功负荷与无功负荷；P
WG,i
为节点i的新能源出力，即本专利技术中主要考虑的系统输入不确定性因素；G
ij
与B
ij
分别表示支路(i,j)的电导与电纳；v
i
表示节点i的电压幅值，θ
ij
表示节点i和j的相角差；表示节点i处的机组集合；表示电力系统的节点集合。
[0027]安全运行约束可表示为：
[0028][0029][0030][0031][0032]其中，P
L,ij
与分别表示支路(i,j)上的有功潮流与其对应的潮流上限；分别表示支路(i,j)上的有功潮流与其对应的潮流上限；与分别表示机组s有功出力与无功出力的下限和上限；和分别表示节点i电压幅值的下限和上限。
[0033]如上所示的传统交流最优潮流模型需要结合非线性优化方法进行求解，其求解速度及全局最优性通常难以保证。为简化模型的复杂程度，提升最优潮流问题的求解效率，进一步增强最优潮流问题在电力系统不确定性分析等方面的高效应用，本专利技术针对电力系统确定性最优潮流问题构建如下所示的线性化最优潮流模型。首先，将目标函数，即电力系统的运行成本线性化，表示为：
[0034][0035]其中，L
s
为机组s的运行成本，满足如下约束：
[0036][0037]其中，k
i,s
P
G,s
+b
i,s
为原始目标函数的第i段线性近似；为原始目标函数线性近似的分段数量。由上述两式构建的目标函数仅由线性目标函数与附加的线性约束组成，在保证足够的准确性前提下简化了模型的复杂度。
[0038]其次，对非线性的潮流平衡约束进行线性化。设线性展开点为潮流平衡约束可表示为：
[0039][0040][0041]其中，Δv
i
与Δv
j
分别表示节点i与节点j处电压幅值与其线性展开点的差值；和分别表示节点i与节点j处电压幅值的线性展开点
；
Δθ
ij
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，其特征在于，该方法是：首先，提出基于新能源功率非参数概率预测结果的概率最优潮流问题，然后对传统交流最优潮流模型线性化，在此基础上构建基于分位数的多参数线性规划模型来表示所述的概率最优潮流问题；最后提出一种具有解析性质的临界域积分方法，实现所述非参数概率最优潮流问题的高效求解。2.根据权利要求1所述的新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，其特征在于，所述基于新能源功率非参数概率预测结果的概率最优潮流问题中，输入随机变量的概率分布采用分位数的形式表示，输入随机变量的分位数集合表示为：式中，表示第i个输入随机变量θ
i
概率分布的分位数集合；为第i个输入随机变量θ
i
概率分布的第j个分位数，其对应的标称分位水平M
i
为分位数集合中的分位数数量；输出随机变量的概率分布采用分位数的形式表示，输出随机变量的分位数集合表示为：式中，表示第i个输出随机变量x
i
概率分布的分位数集合；为第i个输出随机变量x
i
概率分布的第j个分位数，其对应的标称分位水平N
i
为分位数集合中的分位数数量；分位数集合与中的标称分位水平满足如下约束：中的标称分位水平满足如下约束：3.根据权利要求1所述的新能源电力系统非参数概率最优潮流计算方法，其特征在于，构建一种基于分位数的多参数线性规划模型来表示所述的概率最优潮流问题，所述概率最优潮流问题表示为：min f＝c
T
xs.t.Ax＝b+Fθx≥0式中，x表示非参数概率最优潮流问题中包含机组出力、支路潮流、电压幅值和节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：万灿，李昀熠，陈大玮，曹照静，宋永华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：