考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法

摘要

本发明公开了一种考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法，包括：确定校核日期，获取风电、光伏等新能源发电功率该日15分钟间隔96时段分布概率密度函数，根据96时段新能源功率概率分布密度函数，进行发电功率抽样，形成潮流断面抽样，对每个抽样断面进行安全校核分析，将潮流断面抽样汇总安全校核分析结果，得到输电线路功率传输的概率分布，分析设备96时段出现重载、越限的概率，给出电网日前计划运行危险点。采用本发明方法，可以考虑风电、光伏不确定性因素的影响，根据其发电功率的概率分布特点，量化分析输电设备的运行风险，提高了日前计划安全校核的精益化水平，为提高电网运行的安全性和经济性打下基础。

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法，属于电力系统发电计划安全校核分析技术领域。

背景技术

日前计划编制过程中都需要进行安全校核分析，通过前瞻性潮流计算，分析电网在未来计划运行方式下的安全状况，提高对电网安全风险的预防和控制能力。在日前计划安全校核中，超过热稳定功率限额运行的线路、变压器设备以及超过输电稳定极限的断面，需要通过调整发电计划消除，或者提示给调度台实时运行时重点关注。

日前计划安全校核计算时需要根据各类计划预测数据形成未来电网运行的潮流断面，基于节点-支路模型进行潮流计算分析。其中，负荷预测、联络线计划和发电计划形成节点注入量，检修计划用于形成电网运行的拓扑结构。目前，这种安全校核计算过程已被广泛采用。

近年来，以风电、光伏为代表的新能源高速发展，与常规电源(火电、水电、核电、燃气发电等)相比，大规模并网新能源具有间歇性、波动性、不完全可预测性等调度运行特点，这种不确定性加大了电网预想潮流的不确定性，运行人员难以有效感知并防范电网的潜在运行风险，增加了电网运行的压力，以往日前计划安全校核仅针对确定功率值的新能源发电计划进行分析，电网危险点的信息具有片面性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法，从安全校核以及调度计划编制等应用的需求出发，考虑新能源功率不确定性概率分布特点，最终获得综合不同概率条件的安全校核结果和电网危险点信息。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法，包括以下步骤：

1)获取数据，根据需要确定校核日期，按照日前计划安全校核的15分钟间隔96时段要求，获取该日各时段风电、光伏新能源发电功率概率分布密度函数以及确定的日前计划；

2)根据步骤1)的96个时段的新能源发电功率概率分布密度函数，分别对各时段新能源发电功率进行抽样，得到抽样矩阵；

3)基于步骤2)获得的新能源发电功率抽样值和步骤1)确定的日前计划，分别形成潮流抽样断面，对每个潮流抽样断面进行安全校核分析，计算输电线路及变压器设备的潮流；

4)根据步骤3)的潮流抽样断面安全校核分析结果汇总，得到输电线路、主变传输功率在各潮流抽样断面下集合，统计输电线路、主变传输功率的概率分布；

5)根据步骤4)的输电线路、主变传输功率的概率分布，分析设备出现重载、越限的概率，统计电网该时段运行危险点；

6)重复步骤2)-5)，直至全部96个时段完成，统计全天综合危险点信息：

$>R=\frac{\underset{i=1}{\overset{96}{\Sigma }}{r}_i}{96}\times 100\%$>

其中，R为全天危险度，r_i为时段i是否存在危险点标志，存在为1，否则为0。

前述的确定的日前计划包括负荷预测、联络线计划、发电计划和检修计划。

前述的步骤2)中抽样方法如下：

假设新能源对象共K个，X_k是新能源对象K的发电功率,具有不确定性概率分布，其累积概率分布函数为：Y_k＝F_k(X_k)，

其中，F_k(X_k)表示对象K的累积概率分布函数，

设N代表抽样总数，抽样方法为：将曲线Y_k＝F_k(X_k)的纵轴分成N个等间距不重叠的区间，选择每个区间的中点的值所对应的横轴的值作为抽样值；

每一个新能源对象的发电功率的抽样值排成矩阵的一行，当全部新能源对象采样结束后，所有的抽样值就形成一个K行N列的初始抽样矩阵，对该初始抽样矩阵按行进行随机排列后，形成最终抽样矩阵。

前述的步骤5)中，

设备重载概率为：

$>P_w=\frac{N_w}{N}\times 100\%$>

其中，P_w为设备重载概率，N_w为大于设备重载限额的潮流抽样断面数，N为抽样总数；

设备越限概率为：

$>P_o=\frac{N_o}{N}\times 100\%$>

其中，P_o为设备越限概率，N_o为大于设备限额的潮流抽样断面数。

前述的步骤5)中，将P_o＞T₀的设备作为危险点，将P_w＞T_w的设备为预警对象，其中T_w为重载判别门槛，T_o为越限判别门槛。

前述的T_w和T_o根据风险喜好取为60％-80％。

本发明的有益效果是考虑了新能源发电功率的不确定性概率分布，分析对日前计划方式下电网潮流的波动情况，能更有效感知并防范电网的潜在运行风险；通过不同支路潮流概率分布特点，还可以找出概率分布范围大的主网线路主变设备，这些设备受新能源预测波动影响较大，在实际运行中更需要关注其潮流波动幅度；本发明为日前计划编制人员和调度运行人员做到心中有数、积极应对新能源不确定性提供技术支撑；本发明有助于科学评价日前计划编制的成效，分析所面临的设备越限重载运行的风险，提高日前计划编制结果的合理性和可执行性，保证电网运行的安全性和经济性。

附图说明

图1是本发明考虑新能源功率不确定性概率分布的日前计划安全校核方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

电网日前计划安全校核是电网调度部门提前一天对电网内全部线路、主变等输电设备进行潮流分析，检查在计划方式下，是否出现重载、越限等电网安全问题。为了考虑新能源功率不确定性，需要量化分析由此造成对输电设备潮流的不确定性，分析电网运行的危险点。

传统上日前计划安全校核是基于确定计划下生成的方式断面进行潮流分析，安全校核的只能考虑确定的新能源发电功率条件，是确定性的电网日前计划安全校核。本发明基于传统的潮流分析方法，结合日前计划数据，根据不确定性概率分布生成多抽样断面场景，并综合分析多场景潮流结果，综合得到考虑新能源概率分布的日前计划安全校核结果。本发明在此基础上还可以分析新能源发生不确定性波动后，电网潮流是否仍然保持运行安全，不出现重要设备的重载和越限，为计划编制人员有效感知并防范电网的潜在运行风险提供技术支撑。

如图1所示，本发明的考虑新能源功率不确定性分布的日前计划安全校核方法包括以下步骤：

1)数据准备环节，根据需要确定校核日期，按照日前计划安全校核的15分钟间隔96时段要求，获取该日各时段风电、光伏等新能源发电功率概率分布密度函数以及确定的日前计划，日前计划包括负荷预测、联络线计划、发电计划、检修计划；

2)根据步骤1)的96个时段的新能源发电功率概率分布密度函数，分别对各时段新能源发电功率进行抽样，得到抽样矩阵。

假设新能源对象共K个，X_k是新能源对象K的发电功率,具有不确定性概率分布，其累积概率分布函数为：Y_k＝F_k(X_k)

其中，F_k(X_k)表示对象K的累积概率分布函数。

设N代表抽样规模,抽样方法为：将曲线Y_k＝F_k(X_k)的纵轴分成N个等间距不重叠的区间，选择每个区间的中点的值所对应的横轴的值作为抽样值，即以Y_k,n对应的X_k,n为第n个抽样值，其中，Y_k,n，n＝1,2……N，表示N个等间距不重叠的区间中从下至上第n个区间的中点的值，X_k,n表示Y_k,n所对应的横轴的值。

每一个新能源对象的发电功率的抽样值排成矩阵的一行，当全部新能源对象采样结束后，所有的抽样值就形成一个K行N列的初始抽样矩阵，也就是形成N套新能源对象发电功率抽样值，对该初始抽样矩阵按行进行随机排列后，形成最终抽样矩阵。

例如：风电场1发电功率概率分布密度函数为正态分布，光伏电站1发电功率概率分布密度函数为威布尔分布，根据2个新能源对象的发电功率概率分布密度函数，进行500次抽样，则K＝2，N＝500，最后生成2×500的抽样矩阵。

3)基于步骤2)获得的N套新能源发电功率抽样值和其他确定的日前计划，分别形成潮流抽样断面，对每个潮流抽样断面进行安全校核分析，计算输电线路及变压器设备的潮流；

4)根据步骤3)潮流抽样断面安全校核分析结果汇总，得到输电线路、主变传输功率在各潮流抽样断面下集合，统计输电线路、主变传输功率的概率分布；

5)根据步骤4)的输电线路、主变传输功率的概率分布，分析设备出现重载、越限的概率，统计电网该时段运行危险点，

$>P_w=\frac{N_w}{N}\times 100\%$>

其中，P_w为设备重载概率，N_w为大于设备重载限额的潮流抽样断面数，N为潮流抽样断面总数。

$>P_o=\frac{N_o}{N}\times 100\%$>

其中，P_o为设备越限概率，N_o为大于设备限额的潮流抽样断面数。

将P_o＞T₀的设备作为危险点，P_w＞T_w的设备为预警对象，其中T_w为重载判别门槛，T_o为越限判别门槛，T_w和T_o可根据风险喜好取为60-80％。

6)重复步骤2)-5)，直至全部96个时段完成，统计全天综合危险点信息：

$>R=\frac{\underset{i=1}{\overset{96}{\Sigma }}{r}_i}{96}\times 100\%$>

其中R为全天危险度，r_i为时段i是否存在危险点标志，存在为1，否则为0。

本发明方法针对风、光等新能源受资源条件限制，其发电功率具有不确定性的问题，探索一种考虑新能源功率不确定性概率分布的日前计划安全校核方法，尝试为日前计划编制提供未来时段全面的电网潮流信息。本发明方法通过多场景潮流分析结果的概率综合，发现在新能源不确定条件下电网运行的危险点。

本发明的方法具有以下特点和功能：

1)能够考虑到新能源的概率分布，根据概率分布特点形成抽样集合，通过不同抽样集合形成断面场景，对多套场景安全校核结果进行概率分析，获得设备出现重载越限的概率，给出电网该时段运行危险点。

2)能够考虑不同新能源对象分别具有不同类型概率分布，由于抽样断面是根据概率分布进行抽样，对概率分布的函数形式没有限制条件，可以适应诸如正态分布函数、威布尔函数以及用户自定义的特殊形态概率分布，而且可以根据不同新能源对象的特点分别采用不同形式。

3)考虑不确定性概率分布的日前计划安全校核结果还可以提供支路潮流的概率分布情况，并给出设备出现越限、重载的概率，相比较常规安全校核结果，结果的信息更全面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。