计及相关性的电-气互联区域综合能源系统概率多能流计算

可再生能源的规模化接入增加了电-气互联区域综合能源系统中的不确定性,同时随着电力系统和天然气系统耦合程度的加深,耦合环节负荷的波动对整个电-气互联区域综合能源系统能流产生的影响日趋显著。首先,建立基于能源集线器模型的电-气互联区域综合能源系统稳态多能流计算模型;在此基础上,考虑可再生能源出力、电力系统负荷、天然气系统负荷和耦合环节负荷的波动性,并计及电力系统负荷和天然气系统负荷间的相关性,提出电-气互联区域综合能源系统中输出状态变量半不变量的计算方法;最后使用Cornish-Fisher级数展开法来拟合输出状态变量,得到输出状态变量的概率分布。在修改后的IEEE 33节点配电网络与天然气11节点网络耦合而成的电-气互联区域综合能源系统上进行算例分析,验证了所提方法的有效性、快速性和实用性,同时分析了耦合环节负荷不同波动水平和电力系统负荷与天然气系统负荷间相关性水平对概率多能流计算结果的影响。     

电-热综合能源系统概率潮流计算

电-热综合能源系统中风电及负荷的随机性给系统的安全运行带来了巨大的挑战。为准确获得输出变量的概率特性,提出了一种基于半不变量法的电-热综合能源系统概率潮流计算方法。首先,采用截断通用分布模型和有界正态分布分别拟合风电出力和负荷的随机波动曲线。其次,针对电-热综合能源系统中的随机性问题,提出广义半不变量法用以求解输出变量的概率特性。最后,在巴厘岛电-热综合能源系统中验证了所提方法的有效性和快速性。     

电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法

由于电力网络与热力网络耦合逐步加深,有必要研究电-热互联综合能源系统的安全分析与评估。考虑到电-热负荷波动的不确定性,提出一种电-热互联综合能源系统区间潮流计算方法,以定量评估不确定因素对系统运行状态的影响。首先推导和建立了管道压降方程的等值函数;然后提出一种基于线性优化的区间潮流方法,通过变量代换得到迭代初值,并采用优化方法求出各状态变量的上/下限。进一步的,考虑到实际负荷很难同时达到上限或下限,引入负荷不确定预算概念,可有效克服区间潮流的保守性。算例结果验证了所提区间线性规划方法的有效性。     

计及相关性及改进交叉熵法的电-热互联综合能源系统风险评估

电–热互联综合能源系统负荷及风电随机性加剧,导致系统运行风险水平增加。为解决上述问题,提出了一种计及变量相关性及改进交叉熵法的电–热互联综合能源系统风险评估方法。首先,构建了电–热互联综合能源系统潮流模型,采用高斯混合模型建立风电出力不确定性场景,基于概率潮流对系统风险进行评估。接着,针对现有单峰最优抽样函数的交叉熵法在计算多边越限情况下的不足,提出了基于多峰最优抽样函数的改进交叉熵法对系统风险指标进行计算。进一步的,针对目前交叉熵法难以计及变量间的相关性,通过等价转换将相关性样本进行独立性转换,从而有效解决了这一难题。最后,在巴厘岛32节点热网和改进的IEEE-33节点配电网组成的电–热互联综合能源系统中验证了所提方法的有效性。     

计及参数模糊性的含风电场电力系统概率潮流计算

风电场并网后将对电力系统运行产生一系列影响。传统半不变量法计算概率潮流(probabilistic power flow,PPF)通常仅考虑风速随机性,可能导致分析结果偏离客观实际。提出一种计及参数模糊性的半不变量法PPF计算方法。针对风速和负荷的随机性及模糊性,建立随机模糊不确定性模型,采用基于增量法的模糊潮流求得状态变量数字特征的可能性分布。同时,计及风速模糊相关性,通过模糊化半不变量法的解析法拟合得到状态变量各阶半不变量三角模糊置信区间。最后,运用Gram-Charlier级数拟合状态量的模糊概率分布。对改进IEEE 14节点系统以及江苏南京78节点等值系统的实际数据进行测试,验证了算法的有效性、准确性及实用性,并具体分析了风速模糊相关性对系统运行特性的影响。     

电-热互联综合能源系统潮流计算的数值方法

现有热网潮流计算方法均通过解非线性方程组来获取各状态变量,进而可得网络热损耗,且通常在潮流计算前无法得知网络损耗。文章严格推导出辐射型供热网络总损耗公式,可在潮流计算前求得总供热损耗,进而得到各管道流量与节点温度,通过电-热耦合组件可获得电网潮流结果。测试算例由23节点热力网以及33节点配电网组成,仿真结果表明,所提电-热互联综合能源系统潮流计算模型在获得较快计算速度的同时可保证较高计算精度。     

基于数据驱动的电-热互联综合能源系统线性化潮流计算

电-热互联综合能源系统非线性潮流方程的线性化处理是简化电-热互联综合能源系统运行与控制分析计算的一种重要方法。基于偏最小二乘法及最小二乘法对电-热互联综合能源系统的历史数据进行处理，构建热网中节点热功率到管道流量、节点供水温度和回水温度的回归模型以及电网中节点有功和无功功率注入到节点电压相角和幅值的回归模型。结合电-热耦合单元的模型，提出一种基于数据驱动的电-热互联综合能源系统潮流线性化模型，通过历史数据与物理模型的融合克服了传统物理模型的数值稳定性问题。     

基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流分析

随着电力系统与天然气系统间耦合程度的日益增强,能源系统间的不确定性因素对电-气综合能源系统(integrated energy systems,IES)运行状态的影响日趋显著,需在其能量流分析中予以考虑。为此,提出一种基于最大熵原理的电-气综合能源系统概率能量流计算方法。首先,考虑燃气机组和电驱动压缩机作为耦合元件,构建电力系统和天然气系统的稳态能量流模型,并提出对应的顺序求解方法;然后,基于风电和不同系统负荷的不确定性模型,提出输出状态变量半不变量的计算方法;在此基础上,基于最大熵原理法计算得到不同系统中节点和支路状态量的概率密度;最后,采用IES 118-20节点和IES 2383-60节点综合能源测试系统对所提算法的准确性和有效性进行分析验证,结果表明,所提算法可实现电–气综合能源系统概率能量流的快速准确计算。     

基于机会约束规划的电气互联综合能源系统随机最优潮流

综合能源系统是未来能源利用的发展趋势,其中电力系统和天然气系统的联系最为紧密,但随机因素的增加也给综合能源系统的安全稳定运行带来了挑战。针对电-气互联综合能源系统的最优潮流问题,考虑风电场出力的随机性以及电力负荷、天然气负荷的随机性,建立其机会约束规划模型,并采用基于半不变量法和内点法的启发式算法进行求解。采用修改的IEEE 30节点电力网络与比利时20节点天然气网络构建电-气互联综合能源系统,分析比较了不同置信度水平和不同波动性情形下系统运行状态以及运行成本的变化,并与确定性情形对比,结果表明机会约束规划模型有助于提高电-气互联综合能源系统运行的安全性。     

面向电-热综合能源系统的双线性抗差状态估计方法

提出一种面向电-热综合能源系统(IEHS)的双线性抗差状态估计方法。首先,通过引入辅助变量构建IEHS的线性加权最小绝对值(WLAV)模型,然后通过一次非线性变换与求解一个二次规划模型得到状态变量的估计值。所提方法的优势为：对强相关的多不良数据具有较好的辨识能力;不需要进行非线性迭代,因而具有较高的计算效率。在搭建的IEHS测试系统上验证了所提方法的有效性。     

基于广义半不变量及最大熵法的电网概率潮流分析

规模化新能源接入使得电网惯性降低,进而给系统频率和电压安全稳定带来更大的挑战。为了解决上述问题,提出了一种计及频率的基于广义半不变量法的电网概率潮流分析方法。首先构建了计及频率的电力系统潮流模型,并通过规则藤Copula模型拟合出新能源出力的概率分布。其次,针对计及频率的潮流模型输出变量的不确定性,提出了基于半不变量法的概率潮流计算方法,从而定量得到状态变量的概率密度函数。由于规模化新能源接入导致常规半不变量法线性化误差增大,进而提出广义半不变量法来克服这一难题。最后,采用最大熵法拟合状态变量的概率分布曲线,并通过某地区实际电网算例验证了所提方法的准确性和实用性。     

基于拟蒙特卡洛的半不变量法概率潮流计算

随着风电并网容量的增加,概率潮流计算方法在计及风电出力不确定性的同时,还需考虑邻近风电场由于风速相关性导致的风电出力相关性问题。针对风电出力波动范围较大且存在相关性的特点,提出一种可考虑输入变量相关性的基于拟蒙特卡洛的半不变量法概率潮流计算方法。该方法利用基于Nataf变换的拟蒙特卡洛法产生具有相关性的风电出力样本,在各样本点处进行半不变量法概率潮流计算,基于各风电出力样本下的状态变量正态分布特性,依全概率公式整合所得正态分布得到最终的概率潮流结果。基于IEEE 30节点系统的算例分析表明,所提方法在较小采样规模下具有很高的计算精度,能够较精确地得到系统状态变量的概率分布。     

考虑多类型综合需求响应的电热耦合能源系统可靠性评估

随着城市电网中电热等多类型负荷的持续增长,为保证高负载率情况下的可靠性水平,需要通过电热等能源的综合需求响应提升系统的供能可靠性。为此,文章提出了一种考虑多类型综合需求响应的电热耦合能源系统可靠性评估方法。首先,分析了电热耦合能源系统的基本结构以及所研究的边界条件。其次,介绍了电热耦合系统中不同元件的出力模型与状态模型。然后,建立了基于电价与基于激励2种模式下的电热综合需求响应模型,并以此为基础提出了故障影响分析的方法以及可靠性评估的流程。最后,通过实际算例比较了不同综合需求响应方案下的可靠性指标与经济性水平,以指导电网公司进行最优综合需求响应方案的选择,从而证明了所提方法的有效性和实用性。     

考虑单峰分布的电热综合能源系统风险调度

不确定可再生能源并入电热综合能源系统后将引发系统运行风险,而通过合理量化风险,实现风险可控性和调度经济性平衡是电热综合能源系统风险调度的关键。依据随机风电功率的单峰分布特性构建矩模糊集并以此刻画风电功率的不确定性,同时采用分布鲁棒机会约束方法来刻画系统的运行风险,进而建立了电热综合能源系统的分布鲁棒风险调度模型。在此基础上,从风险发生概率和经济成本的角度,提出了评估不确定风电功率引发运行风险的量化指标：均值风险概率和风险调度成本。最后,以改进的巴厘岛电热综合能源系统为例进行算例分析,验证了所提模型及其风险评估指标的可行性和有效性,并给出了电热综合能源系统的最优调度决策。     

计及多能源集线器的电热综合能源系统分布式优化

由于电热综合能源系统各主体信息不共享、存在隐私保护等,区域内不同主体的自治决策和通信安全变得至关重要。为此,提出一种基于交替方向乘子法(ADMM)的电热综合能源分布式优化方法,以实现电热综合能源系统中能源集线器(EH)的自治决策和分布式优化。建立了电热综合能源系统与EH的优化调度模型,并建立了基于ADMM的电热综合能源系统分布式优化模型,实现了综合能源系统运营商与多个EH运营商的分布式功率交互。同时,采用自适应步长的方法求解所建立的模型,提高了算法的收敛性。     

基于改进多点估计与最大熵的概率谐波潮流算法

随着可再生能源发电的大规模接入,电力系统中的谐波呈现出更加明显的随机性、波动性等不确定性特征。为研究电力系统的不确定性谐波水平,提出了一种基于改进多点估计与最大熵分布的概率谐波潮流算法。首先,基于离散近似理论,确定独立标准正态分布随机变量的多重采样点和权重;然后,根据随机变量空间变换,获得功率、谐波电流等任意分布随机变量的权重与采样点,并据此计算谐波电压等输出随机变量的统计特征,进而基于最大熵分布求取输出变量的概率分布。相比传统点估计结合级数展开算法,所提算法通过改进的多点估计,提升了计算效率与准确度;通过引入最大熵分布,保证了概率密度函数拟合效果。利用改进的IEEE 33节点系统验证了不同分析场景下所提方法的性能以及相比传统算法的优势,并依据该方法分析了谐波潮流计算中输入随机变量相关性对系统谐波水平的影响。     

基于Sobol’法的孤岛微电网潮流全局灵敏度分析

随着可再生能源发电在微电网中的渗透率不断提高,微电网运行的不确定性显著增加,有必要准确评估输入变量对微电网状态的影响,以提高系统的运行控制水平。计及孤岛微电网中分布式电源和负荷的不确定性,基于有功—频率/无功—电压的下垂控制策略,构建了综合控制下的孤岛微电网概率潮流计算模型,并采用具有鲁棒性的自适应LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解。在此基础上,针对系统状态的不确定性,基于Sobol’全局灵敏度理论,建立了一种考虑源荷不确定性的孤岛微电网概率潮流灵敏度分析法,用于辨识影响系统状态的关键因素。通过对有多台分布式电源接入的33节点孤岛交流微电网系统进行仿真,获得了各输入变量的一阶灵敏度和总灵敏度,分析了输入变量对系统状态的影响,验证了所提方法的有效性。     

基于深度Q学习的电热综合能源系统能量管理

能量管理是电热综合能源系统运行优化的重要组成部分。然而,系统中可再生能源出力的波动性以及用户负荷的随机性使得能量优化管理问题充满挑战。针对此问题,文章提出了一种计及可再生能源和负荷需求不确定性的综合能源系统能量管理方法。将电热综合能源系统的能量管理问题表述为转移概率未知的马尔科夫决策过程,定义了系统的状态空间、动作空间和奖励函数。为求解该马尔科夫决策过程,提出了一种基于深度Q学习网络的电热综合能源系统能量优化管理方法。算例仿真表明,所提方法能够自适应地对源和荷的随机波动做出响应,实现系统的能量优化管理。     

基于随机响应面法的主动配电网无功优化

考虑分布式电源(DG)的无功主动调控能力,计及状态变量的机会约束,建立主动配电网随机无功优化模型。通过非参数核密度估计对随机因素进行建模,进一步借助随机响应面法,研究适应于多种概率模型的概率潮流计算方法,用以判断状态变量是否满足机会约束,并利用Nataf变换处理随机变量的相关性。结合基于粒子群的无功优化方法,对所建立模型进行求解。最后,基于修改过的IEEE 33节点和美国PGE 69节点配电系统测试所提方法的正确性和有效性。算例表明所提概率潮流计算方法所得累积分布函数具有较高的精度,同时设计不同的场景,进一步表明所提模型和算法适应不同DG无功控制策略、可发现确定性优化方案的概率越界风险并调整解决。