《电力系统不确定性分析》一书出版

由清华大学电机系康重庆、夏清、徐玮撰写的《电力系统不确定性分析》一书,2011年3月由科学出版社出版。该书上篇为数学理论篇,系统介绍研究电力系统不确定性分析方法的数学基础——序列运算理论,吸收了序乘序除新运算、模糊序列运算、多维序列运算、计算优化技术等近年来在数学理论方面的最新研究成果;下篇为分析方法篇,围绕电力需求预测与供需平衡、电力规划与可靠性、电力市场及电力系统运行等4个领域,介绍基于序列运算理论的电力系统不确定性分析的模型与方法。     

随机生产模拟的序列化分析

传统的随机生产模拟通过离散卷积计算可靠性指标。但该方法不能解决综合资源规划面临的新问题，因为其中的系统负荷被划分为若干部分，每个部分具有不同的可靠性要求；类似的情况也存在于电力市场环境中，该文以序列运算理论为基础，建立了一种新的随机生产模拟算法，以评估系统的可靠性和经济性；提出了将需求与资源序列化的方法，通过使用供需双方对应的概率性序列进行卷和、卷差、交积等运算，完成逐个的资源-需求加载过程；指出了算法中各种运算以及模拟结果的期望值所代表的明确的物理意义。     

序列运算的扩展及其数字特征

在已建立的序列运算理论基础上进行了进一步扩展。首先提出了一种新的序列运算——合并运算，分析了其相应的性质；提出了部分概率序列的概念及其与合并运算之间的关系，分析了部分概率序列的物理含义。这些内容作为原始的4种序列运算的补充，已经在实际应用中发挥了重要作用。研究了序列运算的逆运算问题，提出了反卷和运算的计算方法和存在条件。给出了序列的矩与投影度的概念和数学描述，并着重研究了其运算性质。文中的结果，使得序列运算理论进一步完善，在实际应用中可以更加灵活。     

不确定性电价分析

电价是电力市场中核心问题之一。交易中心执行交易过程，根据机组报价数据确定系统边际电价。值得注意的是，未来的系统边际电价是一个随机变量，这是由于未来时间机组可用率、系统负荷等不确定性因素的存在。因此，从概率角度考察电力市场中的电介分布规律是非常合理而且也十分必要的。与其他研究不同的是，该文提出了由机组报价的概率性而直接导致的不确定性电价这一新问题。鉴于这个问题的复杂性，该文以序列运算理论为基础，提出了一种合理的分析方法。可直接处理机组报价的不确定性，最终算出在不同的需求下系统边际电价的概率分布，并进一步得到其期望和方差。这个分析结果将为评价电力市场的风险提供直接的依据。算例研究表明该文模型和算法的正确性。     

电力需求的不确定性分析

电力需求预测与分析是电力系统规划与运行的基础工作。常规的电力需求预测结果一般是确定性的，忽视了预测结果本身的概率特性。引入不确定性的分析思想，实现概率化的预测和分析，对于实际工作具有重要意义。在剖析传统的电力需求分析方法的基础上，引入序列运算理论，形成一个全新的不确定性分析思路，并以电量类指标的预测为突破口，提出了序列化分析方法，可以充分考虑分析结果的概率特性，为电力系统的规划与运行提供直接的决策依据。文中以实例验证了所提出的分析方法的有效性。     

模糊性序列运算及其在电力外送能力分析中的应用

针对序列运算理论在实际应用中的多重不确定性问题,利用模糊理论的研究成果,将离散型模糊变量的基本概念予以拓展,分别提出与模糊集和与元素相对应的1维模糊性序列以及多维模糊性序列的定义,并且给出模糊性序列的基本性质与形成方法.在此基础上,考虑到多重不确定性的研究需要,提出概率模糊序列的定义及其隶属函数,并且研究概率模糊序列运算的计算方法和期望值.最后,利用算例说明所提出的模糊性序列及运算过程.     

电力需求的不确定性分析

电力需求预测与分析是电力系统规划与运行的基础工作。常规的电力需求预测结果一般是确定性的,忽视了预测结果本身的概率特性。引入不确定性的分析思想,实现概率化的预测和分析,对于实际工作具有重要意义。在剖析传统的电力需求分析方法的基础上,引入序列运算理论,形成一个全新的不确定性分析思路,并以电量类指标的预测为突破口,提出了序列化分析方法,可以充分考虑分析结果的概率特性,为电力系统的规划与运行提供直接的决策依据。文中以实例验证了所提出的分析方法的有效性。     

基于扩展序列运算的含不确定性需求响应电力系统优化调度

未来高比例可再生能源的随机性给电力系统运行带来了前所未有的挑战,灵活性资源的不足限制了可再生能源的发展,柔性负荷可作为一种灵活性资源参与电力系统的调峰和备用。文中根据响应机制的不同,将柔性负荷分为激励型负荷和价格型负荷两种。基于扩展概率性序列运算理论,分别建立表征激励型负荷和价格型负荷响应不确定性的概率模型,表征风电出力不确定性的概率模型也随之建立。在此基础上,以应对风电波动性和随机性为背景,基于风险约束和风险成本理论,构建了同时考虑风电出力和需求响应不确定性的电力系统日前优化调度模型。针对构建的随机优化问题,文中通过序列运算对机会约束条件进行转化,将其转化为一个约束条件为线性的确定性优化问题进行求解。最后,通过仿真算例验证了模型的有效性,并分析了序列运算应用于不确定性问题的实用价值。     

《电力系统不确定性分析》

由清华大学电机系康重庆、夏清、徐玮撰写的《电力系统不确定性分析》一书,2011年3月由科学出版社出版。该书上篇为数学理论篇,系统地介绍了研究电力系统不确定性分析方法的数学基础——序列运算理论,吸收了序乘序除新运算、模     

一种改进序列运算算法及其在风电出力分析中的应用

针对不同受限情况下风电场出力的概率性序列具有极大相似性的特点,文中对序列运算理论进行了进一步扩展。首先提出了一种新的序列运算——分离运算,分析了其相应的性质;提出了概率变化序列的概念及其与分离运算的关系,分析了概率变化序列的性质及物理意义;以概率变化序列在风电出力分析中的应用为例,详细讨论了概率变化序列的使用方法。仿真结果表明,使用概率变化序列进行计算,可以充分利用相似性序列的特点,以已有计算结果为基础,大幅降低计算量,提高计算速度。文中所得结果具有普适性,可应用于其他含相似性序列的寻优问题中。     

基于SDAE特征提取的含风电电网可用输电能力计算

风力发电的不确定性显著增加了电力系统可用输电能力(ATC)计算的难度。基于点估计的Gram-Charlier级数展开理论和深度学习技术,提出了一种计及越限概率要求的ATC快速计算方法,考虑的约束类型包括静态安全、静态电压稳定和暂态稳定约束。假定风电出力概率分布已知,结合两点估计法和Gram-Charlier级数展开,通过两个确定性场景的最大输电能力(TTC)计算结果逼近TTC的累积分布函数。为了快速、准确地获得确定性场景的TTC,利用堆叠降噪自动编码器(SDAE)建立了TTC计算的深度学习模型。获得TTC的累积分布函数后,将断面功率超过TTC的概率定义为越限概率,推导了给定越限概率要求下ATC计算的表达式。实际电网仿真结果表明,所提方法能够有效计及多类安全稳定约束,快速、准确计算不同越限概率要求下的ATC。     

考虑新能源发电不确定性的可用输电能力风险效益评估

随着新能源发电的迅速发展,其功率输出的间歇性、随机性将对可用输电能力(ATC)产生显著影响。利用蒙特卡洛仿真法模拟新能源发电出力间歇性、随机性和负荷波动以及系统设备状态的不确定性,通过最优潮流求解特定系统状态和参数下的ATC;利用概率统计理论确定ATC样本值的概率密度,基于此建立ATC的风险效益模型,通过数值分析技术确定综合效益最大的ATC。从发电设备位置、功率输出不确定性、穿透率等方面研究新能源发电对ATC的影响。用包含风电、光伏电源的改进IEEE 118系统验证了方法的有效性。     

大功率电力电子联合试验装置高电压回路的电源研究

对于大功率阀的运行试验,目前多采用联合试验装置代替传统的背靠背试验回路.当选用3相全控整流桥做为试验装置电源电路的核心部件后,其数学模型、工作状态虽类似于整流桥,但又不能直接套用.文中给出了联合试验装置高电压回路电源电路的拓扑结构和工作原理;利用含直流的电磁暂态仿真定性分析了两种不同的补能方式;给出了补能电流连续方式下的数学模型;结合工程实际给出了参数的计算结果和关键参数的确定原则.为三相全控桥带时变负载的分析提出了一种实用方法.     

SVC与发电机励磁的非线性状态PI协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性,运用非线性状态比例积分（PI）解控制直接对其非线性不确定对象设计了静止无功补偿器（SVC）与发电机励磁的协调控制器。该控制器避免了基于反馈线性化理论的非线性协调控制器由于数学模型的误差而影响控制器性能的缺点,所得的控制规律与系统运行点和网络结构完全无关。仿真计算表明,SVC与发电机励磁非线性状态PI协调控制器能有效地提高系统的暂态稳定性。     

计及可中断负荷的电力系统可用输电能力计算

为分析需求响应对系统可用输电能力的影响,提出一种开放电力市场环境下可用输电能力的计算方法。以可中断负荷这一典型的需求响应资源作为研究对象,构建考虑负荷服务实体和独立系统运营商不同利益需求的双层优化模型:上层模型以负荷服务实体的成本最小为目标,确定参与需求响应的用户;下层模型以发电总报价最小为目标确定节点边际电价,同时实现经济调度。将根据需求响应和发电机组报价分配的有功功率作为基态,在此基础上计算区域间可用输电能力。求解双层模型时,运用下层经济调度模型的KKT条件可将双层优化问题转化为均衡约束数学规划问题,根据强对偶理论消除约束中的非线性项,将原模型转化成混合整数线性规划模型。最后,在GAMS环境下调用CPLEX求解化简后的数学模型。通过对PJM-5节点、IEEE 30节点、IEEE118节点和IEEE 300节点系统的仿真计算,验证了所提方法的可行性和有效性,以及在可用输电能力计算中计及需求响应的必要性。     

基于SSSC装置的系统可用输电能力研究

可用输电能力(ATC)是衡量互联电网安全性与稳定性的重要指标,而灵活交流输电技术(FACTS)是提高系统可用输电能力的有效途径。以提高可用输电能力为目的,将静止同步串联补偿器(SSSC)引入互联电力系统。首先利用功率注入法,建立SSSC的稳态数学模型,然后基于最优潮流法,将SSSC的功率注入模型加入潮流方程,建立了计及SSSC的可用输电能力计算模型,并采用原对偶内点法对其进行求解。为了确定装置的安装位置,利用特征结构分析法,根据最小模特征值对控制变量的灵敏度系数来选择最有利于提高输电能力的SSSC安装位置。利用IEEE-30节点系统进行仿真计算,结果显示安装SSSC后互联系统间的传输容量得到提高,稳定裕度也得到提升,合理地配置SSSC可以有效提高系统的可用输电能力。     

风电并网系统区域间概率可用输电能力计算

为了准确评估风电场接入电网对系统可用输电能力(Available Transfer Capability,ATC)的影响,针对风电并网系统的概率可用输电能力计算展开研究,详细分析不同风电并网情况下ATC的变化规律。首先基于风速Weibull分布,建立了大型风电场输出功率数学模型;进而采用原-对偶内点法完成风电并网系统可用输电能力单一样板值的求解。在此基础上,采用蒙特卡罗仿真法从广义角度对风电并网系统的ATC进行概率评估。仿真结果表明,所提算法能够有效评估风电这种波动性电源对ATC的影响。研究成果可为风电并网系统安全经济性能评估提供有效参考信息,对未来电网规划扩建具有指导意义。     

应用粒子群优化算法求解可用输电能力

在电力市场环境下,诸多问题(例如实时电价、网络阻塞等)都需要最优潮流作为理想的工具.本文以最优潮流为基础,应用一种简单有效、且收敛性很好的演化计算算法--粒子群优化算法(PSO)进行可用输电能力(ATC)问题的求解.根据约束条件的越限量大小,动态地调整罚函数,在保证全局搜索能力的基础上改进了收敛速度.应用此算法对IEEE-30节点系统进行了可用输电能力计算,并与传统的最优潮流算法进行了比较,结果表明该算法的有效性,具有实用意义.