光伏時空概率模型及其在電力系統(tǒng)概率分析中的應用.pdf

1、光伏發(fā)電具有綠色環(huán)保、無污染等優(yōu)點,近年來得到了持續(xù)快速發(fā)展。然而,光伏發(fā)電屬于典型的間歇式能源,輸出功率嚴重依賴于輻照度等氣象因素,具有較強的隨機波動性,光伏發(fā)電的大規(guī)模接入將給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、經濟運行帶來新的挑戰(zhàn)。因此,需要利用概率理論和方法,充分考慮光伏功率的不確定性,定量評估光伏接入給電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行帶來的深刻影響,為運行人員提供全面、科學的參考信息以及輔助決策信息。本文在國家自然科學基金資助項目“輸電網中長期狀態(tài)的精細化

2、模擬與概率評估的基礎理論研究”(51177178)以及國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目“含分布式電源的微電網關鍵技術研發(fā)”(2011AA05A107)的支持下,對考慮光伏電源輸出功率隨機性/時間相關性/空間相關性的概率建模方法,以及含光伏電力系統(tǒng)的概率潮流/概率最優(yōu)潮流分析方法等基礎性問題展開深入研究,并將其應用到電力系統(tǒng)與虛擬電廠的安全性和經濟性分析中。主要研究內容包括：
　　⑴基于非參數(shù)核密度估計的單變量光伏概率建

3、模方法。針對現(xiàn)有光伏概率建模中需要假設參數(shù)分布和不能全面考慮各種隨機因素影響的缺點,本文提出基于非參數(shù)核密度估計理論直接建立光伏電源輸出功率的概率模型,并給出一種不依賴于總體真實分布的最優(yōu)帶寬改進模型和基于擬合優(yōu)度檢驗及后驗檢驗的綜合檢驗指標。用地處重慶及杭州的光伏電站的實測數(shù)據進行仿真分析,驗證了所提光伏概率建模方法和帶寬選取方法的正確性、有效性以及對不同日照條件下光伏功率隨機特性的適應性。
　?、瓶紤]空間相關性的光伏-負荷概率

4、建模方法。位于相鄰地區(qū)的光伏電源輸出功率之間、光伏功率與氣象條件敏感負荷之間存在一定的空間相關關系。現(xiàn)有研究在處理此類相關關系時,僅討論了光伏的Beta概率模型,對光伏無法采用Beta等常規(guī)參數(shù)分布建模的情況,尚未涉及。針對該問題,本文基于等概率轉換原則提出了一種考慮空間相關性的光伏-負荷概率建模方法,該方法能夠處理服從任意分布的光伏和光伏、光伏和負荷之間的空間相關關系。在此基礎上,結合Monte Carlo模擬,給出了一種考慮光伏-負

5、荷空間相關性的概率潮流計算方法,并進一步引入中值拉丁超立方抽樣技術以提高計算效率。以美國某光伏電站的實測數(shù)據和69節(jié)點配電系統(tǒng)為算例,驗證了所提方法的有效性,并定量分析了光伏-負荷的相關性水平對配網安全、經濟運行的影響。
　　⑶考慮時間相關性的光伏概率建模方法?；跅l件概率和兩變量核密度估計理論,提出一種考慮時間相關性的光伏概率建模方法,該方法不僅可以計及光伏電源各時刻輸出功率的隨機波動性和相關性,而且還能夠充分考慮光伏電源日功率

6、輸出起止時刻的不確定性。另外,針對所提時序建模概率方法,基于舍選法建立了光伏功率時序曲線的隨機抽樣方法。最后,應用美國、中國三座光伏電站輸出功率的實測數(shù)據和34節(jié)點配電系統(tǒng)進行仿真分析,驗證了所提方法的有效性及其對配電網日線損概率評估的適應性。
　　⑷基于隨機響應面法的含光伏電力系統(tǒng)概率潮流計算方法?；陔S機響應面法提出了一種含光伏電力系統(tǒng)的概率潮流計算方法,并針對配點選擇這一關鍵問題,引入基于線性無關原則的最優(yōu)配點選擇方法,進一

7、步提高了概率潮流的計算速度和模擬精度。該方法能夠快速、準確地實現(xiàn)概率潮流分析,無需借助級數(shù)展開式即可獲取輸出變量的概率分布,而且能夠充分考慮光伏的非參數(shù)分布情況以及光伏-負荷之間的相關關系。以34節(jié)點配電系統(tǒng)和IEEE39節(jié)點輸配電系統(tǒng)進行仿真分析,驗證了所提算法的有效性,并分析了不同光伏概率模型及光伏-負荷相關性水平對概率潮流計算結果的影響。
　?、珊夥摂M電廠的概率最優(yōu)潮流分析。為定量分析光伏、負荷等隨機因素對虛擬電廠經濟運

8、行的影響,本文建立了含光伏虛擬電廠的概率最優(yōu)潮流模型,并結合隨機響應面和內點法提出一種概率最優(yōu)潮流計算方法。所提最優(yōu)潮流模型的目標函數(shù)中考慮了分布式能源(DER, distributed energy resource)和常規(guī)火電機組的發(fā)電費用、虛擬電廠的外購電費用以及虛擬電廠作為所轄DER總體的代表向外網售電的收益;約束條件中計及了DER出力上下限等技術約束以及網絡安全約束等。算法方面,以內點法作為最優(yōu)潮流的算法,并基于隨機響應面法評