CN110599006A - 基于场景分析的配电网运行风险评估方法 - Google Patents

基于场景分析的配电网运行风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于场景分析的配电网运行风险评估方法,包括:对风电、光伏出力和负荷进行抽样,获得时序场景库;在各时刻场景下进行概率潮流计算,得到电压和潮流的概率分布;评估节点电压越限风险和线路潮流越限风险;统计各时刻的风险情况,得到时序风险分布。本发明考虑了风电、光伏出力的不确定性和负荷的波动性,准确地评估了配电网运行的时序风险,结果更能反映实际情况,并能为含风光能源的配电网风险预防控制提供依据。

Description

基于场景分析的配电网运行风险评估方法
技术领域
本发明电力系统技术,具体涉及一种基于场景分析的配电网运行风险评估方法。
背景技术
近些年来,环境污染和能源短缺问题日益严峻,以风电、光伏为代表的可再生能源得到了广泛应用。但是随着风光能源的大规模并网,配电网的拓扑结构和潮流分布变得更为复杂,同时风光出力具有明显的间歇性和波动性,这给配电网的运行带来了极大的不确定性。研究大规模风光电源接入的配电网运行风险,能够为风险控制提供依据,避免弃风弃光、切负荷等情况的出现,保证配电网的安全可靠运行。传统的配电网风险评估首先采用抽样的方法得到某时刻大量的风光出力样本,然后通过潮流计算得到配电网的电压和潮流分布,再计算越限风险指标。该方法仅能反映配电网在某一静止时刻下的风险情况,但在实际情况下,配电网风险并不是固定不变的,而是随着风光出力和负荷波动的变化而变化的,因此有必要研究风光出力和负荷时序样本的生成方法,在此基础上,对配电网的时序风险进行准确地评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于场景分析的配电网运行风险评估方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于场景分析的配电网运行风险评估方法,包括以下步骤:
步骤1:对风电、光伏出力和负荷进行抽样,获得时序场景库;
步骤2:在各时刻场景下进行概率潮流计算,得到电压和潮流的概率分布;
步骤3:评估节点电压越限风险和线路潮流越限风险;
步骤4:重复步骤2~3,统计各时刻的风险情况,得到时序风险分布。
本发明与现有技术相比,其显著优点为:1)本发明采用场景分析法生成风电、光伏出力和负荷时序样本,并结合半不变量法概率潮流计算评估配电网运行的时序风险,结果更符合实际情况;2)本发明考虑了风光能源大规模接入配电网中可能带来的潮流反向越限情况,建立了含风光能源的配电网运行风险的指标体系,能准确量化风光能源接入对配电网运行风险的影响。
附图说明
图1是本发明基于场景分析的配电网运行风险评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步说明本发明方案。
如图1所示,基于场景分析的配电网运行风险评估方法,具体包括以下步骤:
步骤1:对风电、光伏出力和负荷进行抽样,获得时序场景库。
本发明提出的基于场景分析的配电网运行风险评估方法首先考虑了风电、光伏出力的不确定性和负荷的波动性,对风电、光伏出力和负荷进行抽样,获得时序场景库,具体方法为:
采用拉丁超立方抽样得到风电、光伏出力和负荷样本,构成时序场景库X:
X=[x1 x2 … xt … xT]
式中,xt表示在t时刻风电、光伏出力和负荷样本的集合,即场景集,该初始场景库中包括T 个场景集。
步骤2:在各时刻场景下进行概率潮流计算,得到电压和潮流的概率分布。
半不变量法是概率潮流方法中的一种,其能将复杂的卷积运算转化为代数运算,极大地提高了计算速度,且精确度高。本文采用半不变量法潮流计算,通过计算场景集xt的半不变量,并作为节点注入变量,与初始状态潮流叠加,得到电压、潮流的半不变量,在此基础上,通过Cornish-Fisher级数展开电压、潮流的半不变量得到电压、潮流的概率分布特性,其具体过程为:
步骤2.1:通过统计方法,得到各时刻场景集xt的各阶原点矩αr(本文仅考虑1~8阶原点矩,即计算α1,α2,…,α8),对于第t个时刻,计算该对应场景集xt的半不变量:
式中,为组合数;Kr为r阶半不变量。
步骤2.2:在配电网初始潮流计算结果的基础上,根据场景集xt的各阶半不变量ΔK=[K1, K2…,K8](即考虑风电、光伏接入和负荷波动),得到配电网状态量(电压、潮流)的各阶半不变量:
式中,S0和T0为灵敏度矩阵,由初始潮流计算得到,ΔV和ΔS分别为电压和潮流的各阶半不变量。
步骤2.3:根据得到的1~8阶电压(或潮流)半不变量ΔV和ΔS,采用Cornish-Fisher级数对其进行展开,得到电压、潮流各阶半不变量的概率分布,即概率密度函数f(ξ)和f(η)分别计算如下:
式中,ξ和η分别为电压和潮流的标准化形式;为标准正态分布的概率密度函数。
对f(ξ)和f(η)分别进行积分得到电压半不变量的累积分布函数F(ΔV)和潮流半不变量的累积分布函数F(ΔS),并分别平移V0和S0个单位(V0、S0为初始潮流状态下的电压值和潮流值),最终得到电压的累积分布函数F(V)和潮流的累积分布函数F(S)。
步骤3:评估节点电压越限风险和线路潮流越限风险。
风险指标通常是通过事故发生的概率和后果严重程度两个方面来对风险进行衡量的,评估节点电压越限风险值和线路潮流越限风险值,其具体过程为:
步骤3.1:根据电压的累积分布F(V)计算电压越限风险,包括电压越限概率和后果严重度两部分。在t时刻,节点i的电压越上限和越下限的概率计算如下:
式中,Vi t为当前时刻t节点i的电压值;Vimax和Vimin分别为节点i所允许的电压幅值的上下限,本文分别取值1.05p.u.和0.95p.u.。
采用电压偏移量来表示电压越限的后果严重程度:
则各个节点的电压越限风险值计算如下:
步骤3.2:根据潮流的累计分布F(S)计算线路潮流越限风险。考虑风光能源大规模接入后,配电网中可能出现反向潮流,在t时刻,线路l的潮流正反向越限概率计算如下:
式中,为在当前时刻t线路l的潮流值;Slmax和Slmin分别为线路l所允许的潮流幅值的上下限,本文分别取值1.3p.u.和0.7p.u.。
同理,潮流越限的后果严重程度表示为:
于是,各条线路的潮流越限风险值计算如下:
步骤4:确定时序风险分布。
重复步骤2~3,直至各个时刻的电压和潮流越限风险值计算完毕,统计各时刻的风险情况,得到时序风险分布。

Claims (4)

1.一种基于场景分析的配电网运行风险评估方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:对风电、光伏出力和负荷进行抽样,获得时序场景库;
步骤2:在各时刻场景下进行概率潮流计算,得到电压和潮流的概率分布;
步骤3:评估节点电压越限风险和线路潮流越限风险;
步骤4:重复步骤2~3,统计各时刻的风险情况,得到时序风险分布。
2.根据权利要求1所述的基于场景分析的配电网运行风险评估方法,其特征在于,步骤1中,获得时序场景库的具体方法为:
采用拉丁超立方抽样得到风电、光伏出力和负荷样本,构成时序场景库X:
X=[x1 x2 … xt … xT]
式中,xt表示在t时刻风电、光伏出力和负荷样本的集合,即场景集,该初始场景库中包括T个场景集。
3.根据权利要求1所述的基于场景分析的配电网运行风险评估方法,其特征在于,步骤2中,采用半不变量法潮流计算,通过计算场景集xt的半不变量,并作为节点注入变量,与初始状态潮流叠加,得到电压、潮流的半不变量,在此基础上,通过Cornish-Fisher级数展开电压、潮流的半不变量得到电压、潮流的概率分布特性,具体过程为:
步骤2.1:采用半不变量法潮流计算,首先通过统计方法,得到各时刻场景集xt的各阶原点矩αr,此处仅考虑1~8阶原点矩,即计算α1,α2,…,α8
对于第t个时刻对应场景集xt的半不变量为:
式中,为组合数;Kr为r阶半不变量;
步骤2.2:在配电网初始潮流计算结果的基础上,根据场景集xt的各阶半不变量ΔK=[K1,K2…,K8],确定电压、潮流的各阶半不变量:
式中,S0和T0为灵敏度矩阵,由初始潮流计算得到,ΔV和ΔS分别为电压和潮流的各阶半不变量;
步骤2.3:根据得到的1~8阶电压和潮流半不变量ΔV、ΔS,采用Cornish-Fisher级数对其进行展开,得到电压、潮流各阶半不变量的概率分布,即概率密度函数f(ξ)和f(η)分别计算如下:
式中,ξ和η分别为电压和潮流的标准化形式;为标准正态分布的概率密度函数;
步骤2.4:对f(ξ)和f(η)分别进行积分得到电压半不变量的累积分布函数F(ΔV)和潮流半不变量的累积分布函数F(ΔS),并分别平移V0和S0个单位,其中V0、S0为初始潮流状态下的电压值和潮流值,最终得到电压的累积分布函数F(V)和潮流的累积分布函数F(S)。
4.根据权利要求1所述的基于场景分析的配电网运行风险评估方法,其特征在于,步骤3中,评估节点电压越限风险和线路潮流越限风险的具体过程为:
步骤3.1:根据电压的累积分布F(V)计算电压越限风险,包括越限概率和后果严重度两部分;
在t时刻,节点i的电压越上限和越下限的概率计算如下:
式中,Vi t为当前时刻t节点i的电压值;Vimax和Vimin分别为节点i所允许的电压幅值的上下限;
采用电压偏移量来表示电压越限的后果严重程度:
则各个节点的电压越限风险值计算如下:
步骤3.2:根据潮流的累计分布F(S)计算线路潮流越限风险;
考虑风光能源大规模接入后,配电网中可能出现反向潮流,在t时刻,线路l的潮流正反向越限概率计算如下:
式中,为在当前时刻t线路l的潮流值;Slmax和Slmin分别为线路l所允许的潮流幅值的上下限;
同理,潮流越限的后果严重程度表示为:
于是,各条线路的潮流越限风险值计算如下:
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