基于不确定性理论的输电网规划研究

摘要

大规模可再生能源并网、自然环境的多变和需求侧管理技术的广泛应用分别给电力系统的电源侧、电网侧和负荷侧注入了大量不确定因素，使输电网规划工作面临严峻考验，如不确定因素如何精确建模、如何在规划模型中考虑不确定因素等。本文从不确定因素建模方法入手，提出了适应不同场合、满足不同要求的基于不确定性理论的输电网规划方法，完善了考虑不确定因素的输电网规划理论。主要研究内容如下：
　　（1）提出了考虑风电场出力概率相关性和节点预测负荷概率相关性的输电网规划方法。采用Johnson分布体系表征多元不确定因素的概率分布特性，建立以投资成本最小为目标函数，以支路潮流随机机会测度、预测负荷相关性、风电场出力相关性作为约束条件的规划模型，采用量子启发式二进制粒子群算法与基于Sobol序列的蒙特卡洛模拟法对规划模型进行求解。
　　（2）提出了考虑区间负荷相关性的输电网可调鲁棒规划方法。根据可调鲁棒线性优化理论，建立了考虑区间负荷相关性的最小切负荷鲁棒线性优化模型，将不确定性切负荷模型转化为确定性切负荷模型，在此基础上建立了以投资成本同切负荷惩罚之和最小为目标函数的考虑区间负荷相关性的输电网可调鲁棒双层规划模型。通过模型中鲁棒参数的调节，实现规划方案经济性和安全性的协调。
　　（3）提出了考虑风电场出力概率模型和预测负荷区间模型的输电网规划方法。建立以投资成本最小为目标函数，以支路潮流的扩展随机机会测度作为约束条件，同时考虑随机不确定因素和区间不确定因素的输电网规划模型，采用基于Sobol序列的蒙特卡洛模拟和改进的分支定界相结合的方法对规划方案进行安全校验，采用随机优化算法对模型进行求解，保证随机信息和区间信息背景下输电网规划方案的安全性。
　　（4）提出了考虑风电场出力概率模型和预测负荷模糊模型的输电网规划方法。分别将风电场出力的概率模型和预测负荷的模糊模型扩展为模糊随机模型，以投资成本最小为目标函数、以支路潮流的模糊随机机会测度为约束条件，建立了同时考虑模糊不确定因素和随机不确定因素的输电网规划模型。充分利用模型的特点将模糊随机机会约束规划模型转换为同时考虑风电场出力概率模型和预测负荷区间模型的输电网规划模型，降低了模型求解的计算量。
　　（5）提出了考虑预测负荷模糊模型和风电场出力区间模型的输电网多阶段规划方法。建立以投资成本最小为目标函数，以支路潮流的扩展模糊机会测度作为约束条件，同时考虑模糊不确定因素和区间不确定因素的输电网多阶段规划模型。充分利用规划模型的特点将其转换为考虑预测负荷和风电场出力区间模型的输电网多阶段鲁棒规划模型，降低了规划模型求解的计算量。
　　（6）提出了输电网概率区间可靠性评估方法。针对风电场出力和设备状态的概率模型以及预测负荷的区间模型，提出了概率区间可靠性的概念及相应的计算方法。概率区间可靠性评估的提出，可以使规划人员对不确定负荷下系统的可靠性水平有更加深入的认识。
　　24节点系统和某实际231节点系统算例分析，说明了本文研究成果的可行性、有效性和适用范围。

目录

声明

第一章 绪论

1.1选题背景和研究意义

1.2基于不确定性理论的输电网规划研究综述

1.3基于不确定性理论的输电网规划研究中存在的问题

1.4本文的主要工作

第二章 输电网规划中不确定因素建模

2.1引言

2.2负荷预测不确定性建模

2.3设备状态的不确定性

2.4风电场出力不确定性建模

2.5本章小结

第三章 考虑随机不确定因素相关性的输电网规划

3.1引言

3.2基于Sobol序列考虑相关性的概率潮流计算

3.3考虑不确定因素相关性的输电网机会约束规划模型

3.4规划模型求解

3.5算例分析

3.6本章小结

第四章 考虑区间变量相关性的输电网鲁棒规划

4.1引言

4.2考虑区间变量相关性的可调鲁棒线性优化模型

4.3考虑负荷区间相关性的输电网可调鲁棒规划模型

4.4规划模型求解

4.5算例分析

4.6本章小结

第五章 考虑不确定因素概率模型和区间模型的输电网规划

5.1引言

5.2考虑风电场出力概率模型和预测负荷区间模型的输电网规划模型

5.3规划模型的求解

5.4算例分析

5.5本章小结

第六章 考虑不确定因素概率模型和模糊模型的输电网规划

6.1引言

6.2模糊随机机会约束规划

6.3考虑风电场出力概率模型和预测负荷模糊模型的输电网规划模型

6.4指定可信性测度下规划模型的等价形式

6.5规划模型求解

6.6算例分析

6.7本章小结

第七章 考虑不确定因素模糊模型和区间模型的输电网多阶段规划

7.1引言

7.2考虑不确定因素模糊和区间模型的输电网多阶段规划模型

7.3指定可信性指标下规划模型的等价形式

7.4规划模型求解

7.5算例分析

7.6本章小结

第八章 输电网规划方案可靠性评估方法

8.1引言

8.2考虑风电场出力和预测负荷概率模型的可靠性评估方法

8.3考虑风电场出力概率模型和负荷区间模型的概率区间可靠性评估

8.4算例分析

8.5本章小结

第九章 总结与展望

9.1总结

9.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间获得的学术成果

论文

专利