CN116596195A - 柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，属于柔性直流牵引供电系统供电领域，对于含有光伏接入的柔性直流牵引供电系统，计算柔性直流牵引供电系统未来T个时刻的光伏输出功率和机车运行图；根据未来T个时刻的光伏输出功率和机车运行图建立T个时刻的运行场景，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，分别计算有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流，根据T个运行场景在S个样本下的最优潮流计算结果计算柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益。由此，该评估方法提升了计算效率和计算精度，且能够考虑系统的运行优化效果和不确定性，可以更准确地评价光伏接入带来的运行效益提升。
Description
技术领域
本申请涉及柔性直流牵引供电系统供电技术领域，特别涉及一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法。
背景技术
城市轨道交通的迅速发展，牵引供电系统的发展面临着新的挑战。随着地铁、轻轨等城市轨道交通运载能力和里程的迅速增长，其对直流牵引供电系统的供电容量和供电距离随之提升，直流牵引供电系统对外部电源的供电能力提出了更高的要求。同时，直流牵引供电的能耗越来越大，为响应“绿色发展”理念亟需提高能量利用率。传统直流牵引供电系统以二极管整流机组为核心供电装备，为了克服传统直流牵引供电系统的不足，需要调控直流牵引供电系统内的潮流分布，优化电压、能量分布，而二极管整流机组缺乏可控性，导致系统内的潮流分布无法被控。因此有必要研究可控性强的柔性直流牵引供电系统。柔性直流牵引供电方案，以可控性强的变流器作为供电主设备，去掉不可控的二极管整流机组，以降低直流牵引供电系统的外电源需求，提高机车再生制动能量利用率，治理交直流系统的电能质量，给牵引供电系统带来很多优点。
随着环境恶化和能源危机越发严重，柔性直流牵引供电系统的节能减碳成为重要发展方向。而直流牵引供电系统具有丰富的光伏资源，在停车场、车辆段的顶棚上可以铺设大容量的光伏板，在车站屋顶、线路两侧等有良好光照资源的地方也可以铺设光伏板。光伏的接入可以帮助系统节能降碳。因此，光伏接入柔性直流牵引供电系统成为了一个必要趋势。光伏接入后，光伏能量会被系统有效消纳一部分，从而降低电费，降低系统的运行成本，如何评估光伏接入带来的运行效益是系统规划设计、经济技术性分析的关键技术问题。
发明内容
本申请提供一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，考虑了系统的运行优化效果和不确定性，可以更准确地评价光伏接入带来的运行效益提升。
本申请实施例提供一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，用于含有光伏接入的柔性直流牵引供电系统，基于概率最优潮流的光伏消纳效益评估方法包括以下步骤：计算柔性直流牵引供电系统未来T个时刻的光伏输出功率；对柔性直流牵引供电系统进行牵引计算，得到包括未来T个时刻的所有机车的位置和功率的机车运行图；根据未来T个时刻的光伏输出功率和机车运行图建立T个时刻的运行场景，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，分别计算有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流，根据T个运行场景在S个样本下的最优潮流计算结果计算柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益。
可选地，在本申请的一个实施例中，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，包括：
将每个场景的光伏输出功率作为理想光照强度条件下的最大光伏功率，根据光照强度的概率密度函数随机抽样一个比例系数，将抽样得到的比例系数代入光伏输出功率的计算公式，进行光伏输出功率抽样；
根据预先建立的时间之间的误差概率密度函数抽样一个随机时间，并将抽样的随机时间代入牵引计算的结果，并根据牵引计算结果在机车运行图中查表得到机车位置和机车功率；
根据抽样结果得到的光伏功率、机车位置、机车功率合在一起，构成一个样本。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述方法还包括：
基于仿真时间t，机车位置d、机车功率p与仿真时间t存在一一对应的映射关系，根据机车运行的不确定性，设定仿真时间t，机车位置d和机车功率p与随机时间对应，建模随机时间/>和仿真时间t之间误差的误差概率密度函数为高斯函数，误差概率密度函数为：
其中，为随机时间/>和仿真时间t之间误差的标准差，/>表示误差概率密度函数。
可选地，在本申请的一个实施例中，有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的概率最优潮流的计算方法相同，无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的概率最优潮流的计算方式为：
其中，k为样本，和/>分别表示牵引供电系统向电网输送的能量和电网向牵引供电系统输送的能量，γ为计价参数，ε表示电费价格，/>表示相邻两个时刻的时间间隔。
可选地，在本申请的一个实施例中，柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益BI为：
其中，为无光伏接入的系统的运行费用，/>为有光伏接入的系统的运行费用。
本申请实施例的柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，相比于电磁暂态仿真方法，本申请的计算效率大大提升，相比于潮流计算方法，本申请能够考虑系统的运行优化效果和不确定性，可以更准确地评价光伏接入带来的运行效益提升。相比于能量平衡方法，本申请的计算精度更高。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法的流程图；
图2为根据本申请实施例提供的柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法架构图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
图1为根据本申请实施例提供的一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法的流程图。
如图1所示，该柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法用于含有光伏接入的柔性直流牵引供电系统，该方法包括以下步骤：
在步骤S101中，计算柔性直流牵引供电系统未来T个时刻的光伏输出功率。
在本申请的实施例中，对不确定性进行建模。其中光伏功率的不确定性建模采用电力系统中常用的建模方法：假设光伏功率与光照强度成正比，光照强度的概率密度函数用beta函数来表示，那么光伏输出功率可以表示为：
其中，为理想光照强度条件下的最大光伏功率，μ为一个比例系数，概率密度函数用beta函数/>来表示：
其中，α和β均为beta函数的参数，为伽马函数。
在步骤S102中，对柔性直流牵引供电系统进行牵引计算，得到包括未来T个时刻的所有机车的位置和功率的机车运行图。
在本申请的实施例中，牵引计算可以利用已有的方法进行计算，对此，不进行具体限制。
在步骤S103中，根据未来T个时刻的光伏输出功率和机车运行图建立T个时刻的运行场景，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，分别计算有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流，根据T个运行场景在S个样本下的最优潮流计算结果计算柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益。
在本申请的一个实施例中，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，包括：
将每个场景的光伏输出功率作为理想光照强度条件下的最大光伏功率，根据光照强度的概率密度函数随机抽样一个比例系数，将抽样得到的比例系数代入光伏输出功率的计算公式，进行光伏输出功率抽样；
根据预先建立的时间之间的误差概率密度函数抽样一个随机时间，并将抽样的随机时间代入牵引计算的结果，并根据牵引计算结果在机车运行图中查表得到机车位置和机车功率；
根据抽样结果得到的光伏功率、机车位置、机车功率合在一起，构成一个样本。
如图2所示，展示了基于概率最优潮流的光伏消纳效益评估模型。在进行光伏功率的预测和机车牵引计算后，光伏功率预测可以计算出未来T个时刻的光伏输出功率。机车牵引计算可以计算出机车运行图，包括未来T个时刻的所有机车的位置和功率，根据光伏功率预测和机车牵引计算的结果，可以建立T个时刻的运行场景。
针对每个场景，进行概率最优潮流计算。其中，每个时刻的概率最优潮流计算分为2步，第一步根据蒙特卡洛方法建立S个样本，第二步分别对有光伏、无光伏接入的系统分别求解各个样本下的最优潮流。
在本申请的一个实施例中，基于仿真时间t，机车位置d、机车功率p与仿真时间t存在一一对应的映射关系，根据机车运行的不确定性，设定仿真时间t，机车位置d和机车功率p与随机时间对应，建模随机时间/>和仿真时间t之间误差的误差概率密度函数为高斯函数，误差概率密度函数为：
其中，为随机时间/>和仿真时间t之间误差的标准差，f表示误差概率密度函数。
可以理解的是，机车的不确定性体现在机车的实际运行会在一定程度上偏移提前计算得到的机车运行图，这个偏移量是不确定的。假如不考虑机车运行的不确定性，一辆机车的位置和功率可以直接根据机车运行图查表得到，在仿真时间t，机车位置d和功率p与仿真时间t有一一对应的映射关系。但是考虑机车运行的不确定性，假设仿真时间t，机车位置d和机车功率p与随机时间t r对应，可以建模随机时间t r和仿真时间t之间误差的误差概率密度函数为高斯函数。
具体而言，在每个场景下，都已经获取了所有光伏功率、机车功率、机车位置信息。在不考虑不确定性的计算条件下，已经可以进行最优潮流的求解了。但是为了提升评估准确性，本申请的实施例考虑了不确定性。为了在评估过程中考虑不确定性，采用了蒙特卡洛方法，在每个运行场景下建立S个样本。每个样本具体的建立方法如下：把前面光伏功率预测得到的光伏功率视为，根据误差概率密度函数抽样出一个随机的μ，把抽样得到的比例系数μ带入光伏输出功率的计算公式就完成了光伏功率值抽样。根据误差概率密度函数抽样出一个随机的t r，把抽样得到的t r带入牵引计算结果，可以根据牵引计算的结果机车运行图查表得到机车的位置和功率。根据抽样结果得到的光伏功率、机车位置、机车功率合在一起，就构成了一个抽样样本。通过大量的抽样，抽样样本就反映了光伏、机车的不确定性。
求解完一个场景的S个样本后，即可进行下一场景的计算求解。完成T个场景的求解之后，就可以求解柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益。
具体地，光伏发出的电能为系统带来的运行效益可以用效益指标BI来表示，柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益BI为：
其中，为无光伏接入的系统的运行费用，/>为有光伏接入的系统的运行费用。
在本申请的一个实施例中，有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流的计算方法相同，以C opr为例，无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流的计算方式为：
其中，k为样本，和/>分别表示牵引供电系统向电网输送的能量和电网向牵引供电系统输送的能量，γ为计价参数，根据不同地区计价方式的差异，可以取-1到1，ε表示电费价格，/>表示相邻两个时刻的时间间隔，通常为1s。
有光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流不再进行赘述。
根据本申请实施例提出的柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，相比于电磁暂态仿真方法，本申请的计算效率大大提升，相比于潮流计算方法，本申请能够考虑系统的运行优化效果和不确定性，可以更准确地评价光伏接入带来的运行效益提升。相比于能量平衡方法，本申请的计算精度更高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
Claims (5)
1.一种柔性直流牵引供电系统光伏消纳效益评估方法，用于含有光伏接入的柔性直流牵引供电系统，其特征在于，包括以下步骤：
计算柔性直流牵引供电系统未来T个时刻的光伏输出功率；
对柔性直流牵引供电系统进行牵引计算，得到包括未来T个时刻的所有机车的位置和功率的机车运行图；
根据未来T个时刻的光伏输出功率和机车运行图建立T个时刻的运行场景，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，分别计算有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流，根据T个运行场景在S个样本下的最优潮流计算结果计算柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据蒙特卡洛方法建立每个场景的S个样本，包括：
将每个场景的光伏输出功率作为理想光照强度条件下的最大光伏功率，根据光照强度的概率密度函数随机抽样一个比例系数，将抽样得到的比例系数代入光伏输出功率的计算公式，进行光伏输出功率抽样；
根据预先建立的时间之间的误差概率密度函数抽样一个随机时间，并将抽样的随机时间代入牵引计算的结果，并根据牵引计算结果在机车运行图中查表得到机车位置和机车功率；
根据抽样结果得到的光伏功率、机车位置、机车功率合在一起，构成一个样本。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于仿真时间t，机车位置d、机车功率p与仿真时间t存在一一对应的映射关系，根据机车运行的不确定性，设定仿真时间t，机车位置d和机车功率p与随机时间对应，建模随机时间/>和仿真时间t之间误差的误差概率密度函数为高斯函数，误差概率密度函数为：
其中，为随机时间/>和仿真时间t之间误差的标准差，/>表示误差概率密度函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有光伏和无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流的计算方法相同，无光伏接入的柔性直流牵引供电系统在S个样本下的最优潮流的计算方式为：
其中，k为样本，和/>分别表示牵引供电系统向电网输送的能量和电网向牵引供电系统输送的能量，γ为计价参数，ε表示电费价格，/>表示相邻两个时刻的时间间隔。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，柔性直流牵引供电系统接入光伏时的运行效益BI为：
其中，为无光伏接入的系统的运行费用，/>为有光伏接入的系统的运行费用。
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