本发明涉及电力系统经济优化计算领域,具体是考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法。
背景技术:
联络线功率安全域对新能源跨区安全消纳至关重要。随着新能源大规模并网,系统不确定性激增,因而需要在联络线功率安全域的表征中考虑新能源不确定性。然而目前现有安全域刻画方法仅能针对新能源出力固定的情况下进行刻画(即无法考虑新能源不确定性)。同时,虽然可使用电力传输容量的概率密度函数函数或者上下裕值考虑新能源不确定性,但电力传输容量还是仅仅提供边界某一断面的传输能力,无法表征边界任意功率传输组合的传输能力以完备评估系统电力传输能力。
技术实现要素:
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的,基于概率密度函数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,主要包括以下步骤:
1)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件,主要步骤如下:
1.1)建立区域网络功率平衡约束,即:
egpg ebpb erpr=edpd(1)
式中,pg、pb、pr、pd分别表示发电量、联络线电力、可再生电力和电力需求。eg、eb、er、ed分别表示与pg、pb、pr、pd相关的行向量。
1.2)建立区域网络发电机容量约束,即:
发电量pg不应超过最小输出pg和最大输出
式中,
1.3)建立区域网络联络线潮流约束,即:
1.4)建立区域网络边界相角的界限,即:
egpg edpd ebpb=0(4)
1.5)建立区域网络边界相角θb与功率注入的关系式,即:
θb=xb×(mgpg mbpb mrpr mdpd)(5)
式中,mg、mb、mr、md分别表示与pg、pb、pr、pd相关的入射矩阵。xb是与边界节点有关的电纳矩阵的逆矩阵。
1.6)建立区域网络潮流约束,即:
pr(pf≤pf)≥εf(7)
式中,pr(x≤y)≥z表示在元素xi不大于元素yi的条件下概率不小于zi。下标i表示矩阵x、矩阵y和矩阵z中元素序号。
pf=s(mgpg mbpb mrpr mdpd)(8)
式中,s是功率转移分布矩阵。pf表示分支流量。
1.7)对公式(1)至公式(8)进行化简,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件,即:
h1pg h2p h3pr=h4(9)
式中,联络线耦合变量
pr(g1pg g2p b≤g3pr)≥ε(10)
式中,g1、g2、g3、b和ε表示公式(6)至公式(8)计算得到的常数。
式中,p和
2)将考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件转换为考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,主要步骤如下:
2.1)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,主要步骤为:
2.1.1)记边界节点的数量为nb,并设定nb个发电机作为调节发电机。利用高斯消元法对约束条件(9)进行转换,得到:
式中,矩阵h1=[h1ah1f]。h1a和h1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵。调节发电机表示发电机出力可调,固定发电机表示发电机出力不可调。pga表示调节发电机的发电量,pgf表示固定发电机的发电量。h1、h2、h3和h4表示参数矩阵。
2.1.2)基于公式(13),对约束条件(11)进行转换,得到:
2.1.3)将约束条件(14)转换为机会约束条件(15),即:
2.1.4)基于公式(13),对约束条件(10)进行转换,得到机会约束(16),即:
pr(g1pgf g2p g4≤g3pr)≥ε(16)
式中,矩阵g1=g1f g1ah1。矩阵g1=[g1ag1f]。g1a和g1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵。矩阵g2=g1ah2 g2;矩阵g3=g3-g1ah3。矩阵g4=g1ah4 b。ε为概率阈值。
2.1.5)基于公式(13)至(16),对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,即:
pr(-f1pgf-f2p-f4≥-f3pr)≥εnew(19)
式中,f1、f2、f3表示公式(15)和公式(16)计算得到的常数矩阵。εnew表示公式(15)和公式(16)计算得到的置信概率。
2.2)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,主要步骤为:
2.2.1)建立机会约束条件(19)中第i个机会约束表达式,即:
式中,*i表示矩阵*的第i个元素。*(i,#)表示由矩阵*的第i行形成的矩阵。
2.2.2)设定随机变量
式中,xηi为分位数。
2.2.3)利用cholesky分解策略计算累积分布函数
2.2.3.1)将具有pearson相关矩阵ρ的相关变量pr转换为变量γ,即:
pr=gγ(22)
式中,ρ=ggt。
2.2.3.2)重新设定随机变量η,即:
η=-gf3γ=gηγ(23)
2.2.3.3)计算期望值μγ和与γ相关的方差
μγ=g-1μr(24)
式中,μr和
2.2.3.4)建立随机变量η的期望值μη和方差
μη=gημγ(26)
2.2.3.5)将期望值μr和方差
μη=gηg-1μr(28)
2.2.4)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,即
-f1pgf-f2p-f4≥xη(32)
式中,xη由累积分布密度函数
3)确定满足考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件的联络线功率安全域。
基于区间数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,主要包括以下步骤:
1)建立区域网络约束条件,即:
式中,新能源出力位于区间
2)建立在所有极端可再生能源方案下的联合线性规划模型,即:
s∈k(41)
式中,
3)对公式(37)至公式(41)进行化简,得到在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型,即:
式中,
4)对在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型进行解算,得到新能源不确定性时的联络线功率安全域,主要步骤为:
4.1)当公式(42)不为空时,联络线功率安全域
4.2)当公式(42)为空时,根据不同的新能源极端场景重建联合线性规划模型,即:
式中,|k|表示新能源极端场景数目。
解算公式(43),得到联络线功率安全域
值得说明的是,考虑到新能源不确定性的两种常见表征方法,本发明相应地提出了两种新方法来表征考虑新能源不确定性的联络线功率安全域。当用概率分布函数描述新能源不确定性时,采用机会约束表征考虑新能源不确定性的联络线功率安全域,然后基于累积分布函数的分位数转将机会约束转换为线性约束。当用区间数描述新不确定性时,提出一种考虑所有极端新能源场景的联合线性规划模型。
本发明取得的效果是毋庸置疑的,本发明可以充分考虑新能源不确定性,提高了联合线功率安全域表征精度。
附图说明
图1为cdf曲线;
图2为当用概率密度函数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb5,pb9)的投影;
图3为当用区间数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb5,pb9)的投影;
图4为当用概率密度函数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb5,θb9)的投影;
图5为当用区间数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb5,θb9)的投影;
图6为当用概率密度函数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb9,θb9)的投影;
图7为当用区间数描述新能源不确定性时,联络线功率安全域在空间(pb9,θb9)的投影。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1:
参见图1,基于概率密度函数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,主要包括以下步骤:
1)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件,主要步骤如下:
1.1)建立区域网络功率平衡约束,即:
egpg ebpb erpr=edpd(1)
式中,pg、pb、pr、pd分别表示发电量、联络线电力、可再生电力和电力需求。eg、eb、er、ed分别表示与pg、pb、pr、pd相关的行向量。
1.2)建立区域网络发电机容量约束,即:
发电量pg不应超过最小输出pg和最大输出
式中,
1.3)建立区域网络联络线潮流约束,即:
式中,
1.4)边界相位角应在-π和π之间,即区域网络边界相角的界限如下所示:
egpg edpd ebpb=0(4)
1.5)建立区域网络边界相角θb与功率注入的关系式,即:
θb=xb×(mgpg mbpb mrpr mdpd)(5)
式中,mg、mb、mr、md分别表示与pg、pb、pr、pd相关的入射矩阵。xb是与边界节点有关的电纳矩阵的逆矩阵。
1.6)建立区域网络潮流约束,即:
pr(pf≤pf)≥εf(7)
式中,pr(x≤y)≥z表示在元素xi不大于元素yi的条件下概率不小于zi。下标i表示矩阵x、矩阵y和矩阵z中元素序号。
pf=s(mgpg mbpb mrpr mdpd)(8)
式中,s是功率转移分布矩阵。pf表示分支流量。
1.7)对公式(1)至公式(8)进行化简,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件,即:
h1pg h2p h3pr=h4(9)
式中,联络线耦合变量
pr(g1pg g2p b≤g3pr)≥ε(10)
式中,g1、g2、g3、b和ε表示公式(6)至公式(8)计算得到的常数。
式中,p和
2)将考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件转换为考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,主要步骤如下:
2.1)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,主要步骤为:
2.1.1)记边界节点的数量为nb。当考虑新能源不确定性,为了保持(9)应允许一些发电机调节出力,以消除新能源不确定性导致的功率不平衡,因此,设定nb个发电机作为调节发电机。利用高斯消元法对约束条件(9)进行转换,得到:
式中,矩阵h1=[h1ah1f]。h1a和h1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵。调节发电机表示发电机出力可调,固定发电机表示发电机出力不可调。pga表示调节发电机的发电量,pgf表示固定发电机的发电量;参数矩阵
2.1.2)基于公式(13),对约束条件(11)进行转换,得到:
2.1.3)将约束条件(14)转换为机会约束条件(15),即:
2.1.4)基于公式(13),对约束条件(10)进行转换,得到机会约束(16),即:
pr(g1pgf g2p g4≤g3pr)≥ε(16)
式中,矩阵g1=g1f g1ah1。矩阵g1=[g1ag1f]。g1a和g1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵。矩阵g2=g1ah2 g2;矩阵g3=g3-g1ah3。矩阵g4=g1ah4 b。ε为概率阈值。
2.1.5)基于公式(13)至(16),对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,即:
pr(-f1pgf-f2p-f4≥-f3pr)≥εnew(19)
式中,f1、f2、f3表示公式(15)和公式(16)计算得到的常数矩阵。εnew表示公式(15)和公式(16)计算得到的置信概率。
2.2)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件进行转换,从机会约束(19)中消除pr,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,主要步骤为:
2.2.1)建立机会约束条件(19)中第i个机会约束表达式,即:
式中,*i表示矩阵*的第i个元素。*(i,#)表示由矩阵*的第i行形成的矩阵。
2.2.2)设定随机变量
式中,xηi为分位数。
2.2.3)利用cholesky分解策略计算累积分布函数
2.2.3.1)将具有pearson相关矩阵ρ的相关变量pr转换为变量γ,即:
pr=gγ(22)
式中,ρ=ggt。
2.2.3.2)重新设定随机变量η,即:
η=-gf3γ=gηγ(23)
式中,矩阵gη=-gf。
2.2.3.3)计算期望值μγ和与γ相关的方差
μγ=g-1μr(24)
式中,μr和
2.2.3.4)建立随机变量η的期望值μη和方差
μη=gημγ(26)
2.2.3.5)将期望值μr和方差
μη=gηg-1μr(28)
2.2.4)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,即
-f1pgf-f2p-f4≥xη(32)
式中,xη由累积分布密度函数
3)采用“z.tan,h.zhong,j.wang,q.xiaandc.kang,“enforcingintra-regionalconstraintsintie-linescheduling:aprojection-basedframework”,ieeetrans.onpowersyst.,vol.34,no.6,pp.4751-4761,2019.”中的方法对联络线功率可行域刻画出满足考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件的联络线功率安全域。
实施例2:
基于区间数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,主要包括以下步骤:
1)建立区域网络约束条件,即:
式中,新能源出力位于区间
2)建立在所有极端可再生能源方案下的联合线性规划模型,即:
s∈k(41)
式中,
3)对公式(37)至公式(41)进行化简,得到在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型,即:
式中,
4)对在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型进行解算,得到新能源不确定性时的联络线功率安全域,主要步骤为:
4.1)当公式(42)不为空时,根据现有方法“z.tan,h.zhong,j.wang,q.xiaandc.kang,“enforcingintra-regionalconstraintsintie-linescheduling:aprojection-basedframework”,ieeetrans.onpowersyst.,vol.34,no.6,pp.4751-4761,2019.解算得到联络线功率安全域
4.2)当公式(42)为空时,根据不同的新能源极端场景重建联合线性规划模型,即:
式中,|k|表示新能源极端场景数目。
解算公式(43),得到联络线功率安全域
实施例2:
参见图2至图7,一种验证实施例1和实施例2公开的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法的实验,主要步骤如下:
1)确认图2中联络线功率安全域的有效性:采用蒙特卡罗模拟方法。当用概率密度函数描述可再生不确定性时,产生5000个可行域内的随机点
仿真结果表明,所有生成的点都可以为优化问题提供解决方案(1)。对于这些解决方案,进一步根据概率特性生成5000个新能源场景来检验机会约束,发现均可满足置信概率要求,从而证明所提方法有效性。
2)验证当采用区间数描述新能源不确定时,所提刻画方法的有效性:基于蒙特卡洛模拟法,在联络线功率安全域内产生5000个随机点
数值结果表明,所有生成点都可以为优化问题提供解决方案(2)。而且,对于给定的获得的解决方案,这即证明了我们提出的方法的有效性。
1.基于概率密度函数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
1)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件。
2)将考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件转换为考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件。
3)确定满足考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件的联络线功率安全域。
2.根据权利要求1或2所述基于概率密度函数考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,其特征在于,建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件的主要步骤如下:
1)建立区域网络功率平衡约束,即:
egpg ebpb erpr=edpd(1)
式中,pg、pb、pr、pd分别表示发电量、联络线电力、可再生电力和电力需求;eg、eb、er、ed分别表示与pg、pb、pr、pd相关的行向量;
2)建立区域网络发电机容量约束,即:
发电量pg不应超过最小输出pg和最大输出
式中,
3)建立区域网络联络线潮流约束,即:
4)建立区域网络边界相角的界限,即:
egpg edpd ebpb=0(4)
5)建立区域网络边界相角θb与功率注入的关系式,即:
θb=xb×(mgpg mbpb mrpr mdpd)(5)
式中,mg、mb、mr、md分别表示与pg、pb、pr、pd相关的入射矩阵;xb是与边界节点有关的电纳矩阵的逆矩阵;
6)建立区域网络潮流约束,即:
pr(pf≤pf)≥εf(7)
式中,pr(x≤y)≥z表示在元素xi不大于元素yi的条件下概率不小于zi;下标i表示矩阵x、矩阵y和矩阵z中元素序号;
pf=s(mgpg mbpb mrpr mdpd)(8)
式中,s是功率转移分布矩阵;pf表示分支流量;
7)对公式(1)至公式(8)进行化简,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件,即:
h1pg h2p h3pr=h4(9)
式中,联络线耦合变量
pr(g1pg g2p b≤g3pr)≥ε(10)
式中,g1、g2、g3、b和ε表示公式(6)至公式(8)计算得到的常数;
式中,p和
3.根据权利要求1或2所述基于概率密度函数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,其特征在于,将考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件转换为线性约束条件的主要步骤如下:
1)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,主要步骤为:
1.1)记边界节点的数量为nb,并设定nb个发电机作为调节发电机;利用高斯消元法对约束条件(9)进行转换,得到:
式中,矩阵h1=[h1ah1f];h1a和h1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵;调节发电机表示发电机出力可调,固定发电机表示发电机出力不可调;pga表示调节发电机的发电量,pgf表示固定发电机的发电量;h1、h2、h3和h4表示参数矩阵;
1.2)基于公式(13),对约束条件(11)进行转换,得到:
1.3)将约束条件(14)转换为机会约束条件(15),即:
1.4)基于公式(13),对约束条件(10)进行转换,得到机会约束(16),即:
pr(g1pgf g2p g4≤g3pr)≥ε(16)
式中,矩阵g1=g1f g1ah1;矩阵g1=[g1ag1f];g1a和g1f分别表示与调节发电机和固定发电机有关的子矩阵;矩阵g2=g1ah2 g2;
矩阵g3=g3-g1ah3;矩阵g4=g1ah4 b;ε为概率阈值;
1.5)基于公式(13)至(16),对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件,即:
pr(-f1pgf-f2p-f4≥-f3pr)≥εnew(19)
式中,f1、f2、f3表示公式(15)和公式(16)计算得到的常数矩阵;εnew表示公式(15)和公式(16)计算得到的置信概率;
2)对考虑新能源不确定性的联络线功率安全的机会约束条件进行转换,得到考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,主要步骤为:
2.1)建立机会约束条件(19)中第i个机会约束表达式,即:
式中,*i表示矩阵*的第i个元素;*(i,#)表示由矩阵*的第i行形成的矩阵;
2.2)设定随机变量
式中,xηi为分位数;
2.3)利用cholesky分解策略计算累积分布函数cdfψni,主要步骤为:
2.3.1)将具有pearson相关矩阵ρ的相关变量pr转换为变量γ,即:
pr=gγ(22)
式中,ρ=ggt;
2.3.2)重新设定随机变量η,即:
η=-gf3γ=gηγ(23)
2.3.3)计算期望值μγ和与γ相关的方差
μγ=g-1μr(24)
式中,μr和
2.3.4)建立随机变量η的期望值μη和方差
μη=gημγ(26)
2.3.5)将期望值μr和方差
μη=gηg-1μr(28)
2.4)建立考虑新能源不确定性的联络线功率安全的线性约束条件,即
-f1pgf-f2p-f4≥xη(32)
式中,xη由累积分布密度函数cdfψni和分位数计算得到;
i=1,2,…,nr;nr是新能源场站数量。
4.基于区间数的考虑新能源不确定性的联络线功率安全域表征方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
1)建立区域网络约束条件,即:
式中,新能源出力位于区间
2)建立在所有极端可再生能源方案下的联合线性规划模型,即:
s∈k(41)
式中,
3)对公式(37)至公式(41)进行化简,得到在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型,即:
式中,
4)对在所有极端可再生能源方案下的联合线性简化规划模型进行解算,得到新能源不确定性时的联络线功率安全域,主要步骤为:
4.1)当公式(42)不为空时,联络线功率安全域
4.2)当公式(42)为空时,根据不同的新能源极端场景重建联合线性规划模型,即:
式中,|k|表示新能源极端场景数目;
解算公式(43),得到联络线功率安全域
