計(jì)及風(fēng)電并網(wǎng)的廣義負(fù)荷建模研究.pdf

1、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、運(yùn)行的主要工具，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的影響。作為數(shù)字仿真的基礎(chǔ)，負(fù)荷模型的精確與否直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。然而，由于負(fù)荷自身的復(fù)雜性、分散性和隨機(jī)性，負(fù)荷建模研究一直以來都是電力學(xué)界的難題。隨著資源日益匱乏、環(huán)境問題日益突出，清潔能源發(fā)電被認(rèn)為是解決能源和環(huán)境問題的有效手段，在這種背景下，風(fēng)電裝機(jī)容量發(fā)展迅速。在配電網(wǎng)中，由傳統(tǒng)負(fù)荷和中小容量發(fā)電機(jī)組成的負(fù)荷形式

2、稱為廣義負(fù)荷。風(fēng)電接入配電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)改變了負(fù)荷單純消耗功率的情形，使得負(fù)荷節(jié)點(diǎn)向電網(wǎng)倒送功率成為可能。連接到多個(gè)配電網(wǎng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)且地理位置鄰近的風(fēng)電場(chǎng)處于同一風(fēng)帶，其風(fēng)速具有較強(qiáng)的相關(guān)性，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力具有相關(guān)性，因此對(duì)于地理位置鄰近并有聯(lián)絡(luò)線相接的多個(gè)廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)來說，其節(jié)點(diǎn)建模需要考慮風(fēng)電場(chǎng)出力相關(guān)性和電氣連接相關(guān)性的影響。風(fēng)電出力具有隨機(jī)波動(dòng)性、間歇性，而負(fù)荷本身具有時(shí)變性，這兩者的相互作用加劇廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的時(shí)變性，對(duì)此，節(jié)點(diǎn)建

3、模需要計(jì)及時(shí)變性的影響。風(fēng)電在地域上廣泛接入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，需要用具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)量化分析，若其中未考慮廣義負(fù)荷相關(guān)性及時(shí)變性的影響，則在風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)計(jì)及的信息不全面而導(dǎo)致得到的分析結(jié)果或偏“樂觀”或偏“主觀”，不確切的評(píng)估結(jié)果容易對(duì)認(rèn)知電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生偏差，這些因素勢(shì)必給廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)建模分析帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)功率以及流向不確定性問題，使節(jié)點(diǎn)的源、荷特性不再清晰，對(duì)廣義負(fù)荷建模提

4、出新的要求。如何全面考慮隨機(jī)變量所具有的波動(dòng)性以及在地域的相關(guān)性特點(diǎn)，準(zhǔn)確進(jìn)行建模，成為亟待解決的問題。針對(duì)廣義負(fù)荷的不確定性以及相關(guān)性，以及由此帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題，本文從長(zhǎng)時(shí)間尺度下的靜態(tài)廣義負(fù)荷建模入手，對(duì)此進(jìn)行研究如下:
　　(1)本文提出了基于徑向基(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)間模型的廣義負(fù)荷穩(wěn)態(tài)模型結(jié)構(gòu)。由于以往考慮長(zhǎng)時(shí)間尺度的廣義負(fù)荷模型采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為區(qū)間模型，存在局部最小值、結(jié)構(gòu)參數(shù)多以及模型結(jié)構(gòu)不易確定的固有缺點(diǎn)

5、，為提高區(qū)間模型的普遍適用性以及魯棒性，本文提出了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)間模型?；趶较蚧窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)僅有輸出層權(quán)值連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及良好的全局逼近能力的優(yōu)勢(shì)，利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)并提取各分段區(qū)間節(jié)點(diǎn)特征，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)特性統(tǒng)一模型。仿真結(jié)果表明，本文所提出的模型結(jié)構(gòu)可以精確建模，模型參數(shù)少、擬合效果好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)間模型具有普遍適用性。本文提出的廣義負(fù)荷統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)模型結(jié)構(gòu)，可對(duì)不確定性問題按概率分場(chǎng)景分析，推進(jìn)了廣義負(fù)荷建模的模型結(jié)

6、構(gòu)發(fā)展。
　　(2)本文提出了一種帶有概率標(biāo)識(shí)的計(jì)及節(jié)點(diǎn)空間地域相關(guān)性的廣義負(fù)荷聯(lián)合概率建模方法。該方法考慮了相關(guān)性因素，解決了在描述節(jié)點(diǎn)特性時(shí)因未考慮相鄰節(jié)點(diǎn)的波動(dòng)對(duì)本節(jié)點(diǎn)功率流動(dòng)產(chǎn)生的影響而導(dǎo)致模型不準(zhǔn)確的問題。該聯(lián)合概率模型構(gòu)建方法為:首先，將廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)母線據(jù)其各自的功率流向，分為電源特性與負(fù)荷特性;其次，對(duì)各節(jié)點(diǎn)特性以有功功率為參考量進(jìn)行區(qū)間分段，統(tǒng)計(jì)各分段區(qū)間的概率信息;針對(duì)多個(gè)廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)地域的相關(guān)性，利用空間相關(guān)性

7、方法計(jì)算相鄰節(jié)點(diǎn)功率區(qū)間的相關(guān)特征參數(shù)并和相鄰節(jié)點(diǎn)的電壓一起納入本節(jié)點(diǎn)的區(qū)間特性建模，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練并提取區(qū)間的節(jié)點(diǎn)特征表達(dá)。仿真結(jié)果表明，考慮相關(guān)性的廣義負(fù)荷聯(lián)合概率建模充分計(jì)及了相鄰廣義節(jié)點(diǎn)不確定性的影響，與不考慮相關(guān)性建模對(duì)比，擬合效果更好，所包含的建模信息更為全面。
　　(3)本文提出了一種廣義負(fù)荷穩(wěn)態(tài)特性的分類特征構(gòu)造方法，該方法能夠有效甄別廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)日時(shí)段樣本的電源特性與負(fù)荷特性，對(duì)廣義負(fù)荷穩(wěn)態(tài)時(shí)變性分類

8、具有普遍適用性。本章提出的構(gòu)造分類特征的方法為:首先，對(duì)廣義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)根母線功率數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，利用動(dòng)力學(xué)的波動(dòng)強(qiáng)度理論選取功率波動(dòng)序列的最小時(shí)間長(zhǎng)度。然后，以時(shí)段內(nèi)各最小時(shí)間長(zhǎng)度的樣本波動(dòng)強(qiáng)度序列以及時(shí)段內(nèi)樣本數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征為指標(biāo)構(gòu)造日時(shí)段特征向量。該特征向量不僅能表征廣義負(fù)荷幅值大小的變化，還可以體現(xiàn)流向的變化。依據(jù)特征向量，所采用的仿射傳播聚類算法能夠自適應(yīng)調(diào)整建模數(shù)據(jù)的聚類數(shù)目和聚類中心。仿真表明，本文基于波動(dòng)強(qiáng)度概念構(gòu)造的分

9、類特征對(duì)節(jié)點(diǎn)日時(shí)段樣本電源特性與負(fù)荷特性區(qū)分明晰，對(duì)廣義負(fù)荷分類具有普遍適用性，聚類效果優(yōu)勢(shì)明顯。通過引入概率信息的廣義負(fù)荷建模方法對(duì)各聚類類別樣本建模并檢驗(yàn)聚類方法的有效性。
　　(4)本文提出了一種將廣義負(fù)荷模型應(yīng)用于系統(tǒng)靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法。首先，將考慮相關(guān)性的廣義負(fù)荷聯(lián)合概率模型運(yùn)用于實(shí)際仿真算例進(jìn)行潮流計(jì)算;然后，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析的概念提出具體量化指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。仿真結(jié)果表明，基于廣義負(fù)荷概率模型的風(fēng)險(xiǎn)分析可遍歷整個(gè)細(xì)化系統(tǒng)

10、空間，給出了區(qū)間場(chǎng)景集的風(fēng)險(xiǎn)度，指出了高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景集。通過與不考慮相關(guān)性的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明在電源特性區(qū)間時(shí)，考慮相關(guān)性的節(jié)點(diǎn)電壓風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果比獨(dú)立節(jié)點(diǎn)建模風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果小;在負(fù)荷特性區(qū)間，考慮相關(guān)性的節(jié)點(diǎn)電壓風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果比獨(dú)立節(jié)點(diǎn)建模風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果大;在電源特性和負(fù)荷特性交界處區(qū)間，則兩者相當(dāng)。因此，計(jì)及相關(guān)性鄰近節(jié)點(diǎn)的影響有助于全面把握系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，否則易引起認(rèn)知偏差，從而可能帶來經(jīng)濟(jì)、安全隱患。針對(duì)廣義負(fù)荷時(shí)變性的聚類與綜合問題，將