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。     

综合考虑网络结构不确定性的概率潮流计算方法

目前,在概率潮流计算方法中,不确定性因素多数仅考虑了负荷的不确定性及发电机的随机故障,而不计及网络结构的变化。文中提出一种概率潮流计算新方法,综合考虑了负荷、发电机、网络结构不确定性对潮流结果的影响。文中推导了线路故障时节点注入功率与各支路有功功率的线性关系,应用半不变量法和Gram-Charlier级数展开式求取各支路潮流的概率分布,避免了复杂的卷积运算;结合补偿法及全概率理论来处理网络结构变化的随机因素,建立了综合考虑负荷随机变化、发电机随机故障和网络结构随机变化的概率潮流计算模型,可以快速求得各支路潮流的概率分布函数(CDF)和概率密度函数(PDF)。通过对IEEE 39节点及某区域电网实际系统的算例分析,表明网络结构的不确定性对待求量的概率分布有显著影响。因此,利用所提方法得到的概率潮流结果能为规划人员提供更准确和全面的信息。通过与蒙特卡罗方法进行比较,验证了该方法的快速性与准确性,说明所提方法具有实际应用前景。     

考虑系统运行方式的江苏电网过江断面概率潮流实证分析

概率潮流计算为电力规划中分析电力系统中不确定因素对电网运行安全性与经济性影响提供了有效工具,现有的概率潮流计算中,仅考虑到负荷的不确定性,而往往忽略系统调度运行对潮流的控制作用,因而难以反映实际潮流的概率分布。基于运行模拟评估了江苏电网2020年500 kV电网过江断面概率潮流,分别建立了时序负荷模型、间歇性能源随机运行模拟、检修计划模型以及考虑线路潮流约束的机组组合模型,通过对系统逐日运行模拟得到线路时序潮流,进而通过统计得到概率潮流。提出的方法相对于传统概率潮流模型而言,更详细地考虑了机组发电计划以及系统运行对线路潮流的影响,为规划层面评价电网的安全性与经济性提供了有力支撑。     

考虑负荷和风电出力不确定性的输电系统机会约束规划

提出了一种考虑负荷和风电场输出功率不确定性、基于机会约束规划的输电系统规划方法。将Monte Carlo方法与解析的概率潮流计算方法相结合,得到含风电场电网输电线路的有功概率潮流分布。通过改进经典的输电系统规划模型,得到考虑负荷和风电场有功出力的概率分布、基于概率潮流计算的输电系统机会约束规划模型。为了有效求解该模型,设计了一种两步式遗传算法。该方法可以有效处理输电系统规划中的不确定性,并为规划人员提供比传统方法更丰富的信息。算例证明了该方法的有效性。     

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。     

基于半不变量及最大熵的概率谐波潮流算法

针对电力系统中谐波分布的不确定性,提出了一种结合半不变量、线性化谐波潮流方程以及最大熵模型的概率谐波潮流算法。首先,根据谐波电流的样本获取高阶矩和半不变量等数字特征,根据电网基础数据构建谐波潮流方程并在基准运行点处线性化,计算谐波电压数字特征,进而建立最大熵模型拟合其概率分布。所提方法具有计算量小、编程简单、结果客观准确等优点。最后,使用所提方法在4节点系统上与卷积法比较,以及在IEEE 57节点系统上与蒙特卡洛法比较,均验证了该方法的有效性。     

基于新能源出力保证率轨迹灵敏度分析的储能配置方法

大规模新能源接入电网使得电源出力的不确定性超过了负荷需求的不确定性,电力系统概率潮流加大了运行部门的管理难度。针对这一问题,提出了一种基于新能源出力保证率轨迹灵敏度分析的储能配置方法。首先根据新能源出力的不确定性,建立了受考核元件的概率潮流越限方程。其次,以新能源出力保证率作为参数改变量,建立概率潮流的轨迹灵敏度分析模型。然后,提出了使得概率潮流不发生越限储能容量配置策略,针对轨迹灵敏度较小的元件相关节点,计算储能功率需求和储能能量需求。最后,在中国南方某地区实际电力系统进行了算例仿真,验证了所提方法的有效性。     

基于随机潮流的高比例新能源接入配电网的极限线损分析

高比例新能源的接入使得配电网潮流具有波动性和不确定性,系统不确定性潮流将影响配电网极限线损准确计算。针对含高比例新能源的配电网,分析新能源出力及负荷的概率模型。结合对称采样无迹变换算法,建立计及新能源出力和负荷随机性的配电网极限线损模型。对基于随机变量相关性采样获得的样本点线损计算,经加权处理后得到配电网线损的概率特征。最后,以IEEE 69节点系统和某县配电网为例,选用蒙特卡洛模拟方法做对比,验证了该模型的可行性。     

新能源配电系统非参数概率最优潮流解析方法EI北大核心CSCD

分布式新能源的大规模接入给配电系统的安全经济运行带来了严峻的挑战。为准确分析新能源出力不确定性对配电系统运行决策的影响,该文提出一种基于卡罗需–库恩–塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件与高斯混合模型的新能源配电系统非参数概率最优潮流计算方法。基于最优潮流问题的KKT条件获得从新能源出力等输入变量到机组出力等输出随机变量最优解的解析映射关系,显著简化了优化问题的求解过程。采用多元高斯混合模型对新能源出力概率分布进行描述,准确表征含有相关性的新能源出力的概率特性。最后,采用IEEE-33节点配电系统算例仿真分析验证所提配电系统非参数概率最优潮流计算方法的有效性。     

基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估

电力系统中各种不确定性因素为安全风险评估工作带来困难,随机潮流计算可以计及这些不确定性因素。提出一种基于快速随机潮流的电力系统安全风险评估方法,通过考虑风电时序特性的短期风电功率预测方法构造风电出力多场景;在快速解耦潮流模型的基础上,考虑电力系统功频静态特性,采用以半不变量为基础的改进Von Mises方法获得各状态变量的概率分布函数。除节点电压和支路功率外,可以得到系统频率的概率分布等统计信息,通过各状态变量越限概率和产生后果的严重程度等风险指标全面评估系统风险。IEEE 39节点系统的测试结果表明该方法的计算快速有效,具有在线应用前景。     

考虑新能源随机波动和T接线的城市电网连锁故障风险评估

新能源的大量接入给城市电网的安全运行和重要用户可靠供电带来很大挑战,其功率的随机波动易引发电网出现连锁故障风险。提出了一种考虑新能源出力随机波动和城市电网110 kV网架T接线开关投切的连锁故障风险评估方法。该方法在连锁故障发生概率和后果严重度的计算中都计及了系统状态的概率分布特性的影响,并采用基于半不变量法的概率潮流计算反映系统状态与新能源功率二者的概率分布特性之间的关系。另外,建立包含110 kV网架T接线开关投切的最小切负荷的混合整数非线性规划模型,并以最小切负荷量来表征系统在连锁故障的严重度。此优化模型通过决策故障下的各组T接线开关的投切状态,减少连锁故障下的切负荷量,进而有效降低连锁故障的风险。同时,通过机会约束描述重要用户负荷节点电压的安全运行范围,以确保重要用户负荷不停电的概率满足给定的置信水平,从而保证重要用户的安全可靠供电。最后,通过某个实际城市片区电网算例验证了所提出的连锁故障风险评估方法的正确有效性。     

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。     

基于分段Copula函数和高斯混合模型的多段线性化概率潮流计算

大规模风电并网以及负荷的随机波动加剧了电网运行的不确定性,为了有效分析新环境下的电网运行特性,提出一种基于风功率分段Copula函数和负荷高斯混合模型的多段线性化概率潮流计算方法。采用分段Copula函数在时间维度上刻画相邻风电场的空间相关性,分析风功率相关性的季节变化。针对实际负荷的不对称、多峰特性,采用改进K-means聚类优化的期望最大化(expectation maximization,EM)算法,准确快速地建立负荷高斯混合模型。在此基础上,采用多段线性化半不变量法进行概率潮流计算,以减小风功率和负荷大范围波动造成的潮流方程线性化误差。对改进的IEEE 14节点系统进行仿真分析,验证了所提方法的准确性、快速性及有效性。     

基于GMM及多点线性半不变量法的电-热互联综合能源系统概率潮流分析

提出了一种计及相关性的基于高斯混合模型(GMM)的多点线性半不变量法电-热互联综合能源系统概率潮流(PPF)计算方法。构建了电-热互联综合能源系统潮流模型,采用GMM建立电-热互联综合能源系统源荷不确定模型,针对其输出变量的不确定性提出了基于半不变量法的电-热互联综合能源系统PPF计算方法,定量计算出相关输出状态变量的概率密度函数。由于电-热互联综合能源系统中存在非线性问题导致线性化误差增大,采用多点线性的方法来克服这一难题。并且所提PPF方法进一步考虑了电-热负荷之间的相关性。最后,采用Cornish-Fisher级数展开拟合状态变量概率分布,在改进的巴厘岛电-热互联综合能源系统算例中验证了所提方法的快速性、准确性和实用性。     

主元分析结合Cornish-Fisher展开的半不变量法概率潮流计算

为克服现有半不变量法概率潮流计算( probabilistic load flow based on cumulant method,PLF-CM)不能处理输入随机变量相关系数矩阵非正定之不足,提出一种基于主元分析和半不变量法结合Cornish-Fisher 展开的PLF-CM 计算方法。新方法根据输入变量的离散样本数据求取输入变量的半不变量,利用主元分析处理关联性输入随机变量以准确计算输出变量的半不变量,采用Cornish - Fisher 级数求得电力系统的概率潮流分布。在改造后的IEEE-14 节点测试系统上进行的仿真研究表明:所提方法计算高效、稳定,适用于不确定性较大的新能源电力系统的概率潮流分析。     

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。     

采用分段离散化和高斯混合模型的多场景概率潮流计算

针对电网运行中风电和负荷的不确定性,提出了一种采用风电场输出功率分段离散化和负荷高斯混合模型的多场景概率潮流计算方法。在风电场有向功率特性曲线的基础上,分段离散化处理风电场输出功率,构造风电场输出功率多场景。同时,建立负荷的高斯混合模型,构造负荷功率多场景。然后,确定系统注入功率多场景及其对应的概率,在系统注入功率的每个场景中,风电节点输出功率为定值,负荷节点功率均服从高斯分布。最后,应用全概率公式,将系统注入功率的每个场景中计算所得状态变量的概率分布以该场景对应的概率作为权重,整合计算得到最终的概率潮流结果。以改进的IEEE 57节点系统进行仿真分析,结果表明所提方法简化了概率潮流求解过程,提高了计算效率。     

基于随机集理论的电力系统运行风险评估

针对电力系统中故障特征和运行信息的不确定性,提出了基于随机集理论的不确定信息的表示与建模方法。该方法考虑元件故障发生的不确定性和负荷波动的随机性,将描述电网元件参数和节点负荷信息的变量转换为其随机集形式。基于随机集扩展准则,通过区间潮流计算将参数的不确定性映射到风险指标的不确定性,并利用随机集的信任测度和似真测度构造风险指标的上下累积概率分布函数。基于证据理论的随机集描述,利用Dempster-Shafer证据组合规则对所有系统状态下获得的基本概率分配(basic probability assignment,BPA)进行融合,获得系统风险水平的一致性描述。IEEE 39算例系统的计算结果证明了该方法的合理性。     

基于多保真度模型的高比例新能源配电网潮流不确定性表征方法

在能源生产和消费低碳化转型的背景下,如何量化源-荷不确定性的影响,高效、准确地实现配电网潮流不确定性表征,对配电网的安全、可靠运行具有重要意义。该文从计算效率和准确性两方面出发,将现有基于概率潮流的不确定性表征方法分为高、低保真度模型两类,综合分析了两种方法存在的问题。在此基础上,提出一种基于多保真度模型的高比例新能源配电网潮流不确定性表征方法,以实现潮流状态变量矩信息的高精度估计与概率分布函数的刻画。在矩信息估计方面,提出结合高、低保真度模型特点的最优输入样本数量分配方法,在给定总计算负担下实现了输出变量矩信息的无偏估计。在概率分布函数刻画方面,提出基于综合启动函数的概率分布函数刻画方法,利用多保真度模型提供的先验信息,提升概率分布函数拟合的准确性。通过118节点配电网的仿真计算,验证所提方法的有效性。     

基于概率潮流的10kV配电网合环操作安全性评估

配电网的合环操作可能会产生较大合环电流,影响电网运行的安全性。对此提出了一种基于概率潮流的10 kV配电网合环操作安全性评估方法。该方法考虑合环馈线上负荷的概率分布,采用半不变量法求取合环稳态电流与暂态冲击电流的概率分布特性,并通过计算电流越限概率和越限程度对10 kV配电网合环操作的安全性进行评估。在半不变量法概潮流计算中,提出了一种基于历史负荷数据求取输入变量的各阶半不变量的方法,克服了传统数值方法的局限性。最后对某实际合环算例进行仿真计算,分析结果验证了所提方法的有效性、快速性和实用性。