一種考慮變量相關(guān)性的光伏穿透功率極限的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)的規(guī)劃領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種考慮變量相關(guān)性的光伏穿透功 率極限的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，由于能源危機(jī)的爆發(fā)和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，新能源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 光伏作為新能源的一種，具有的隨機(jī)性和不可控性，對(duì)電網(wǎng)的可靠性、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量W 及系統(tǒng)調(diào)峰特性等均產(chǎn)生影響。所W當(dāng)光伏并入電力系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮該規(guī)模的光伏發(fā)電 是否對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。參考風(fēng)電穿透功率極限的定義，將光伏穿透功 率極限定義為系統(tǒng)能夠接受的最大光伏電場(chǎng)裝機(jī)容量占系統(tǒng)最大負(fù)荷的百分比。研究電力 系統(tǒng)的光伏穿透功率極限對(duì)光伏并網(wǎng)的規(guī)劃與控制有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 確定光伏穿透功率極限的方法一般有=種；數(shù)字仿真法、數(shù)學(xué)優(yōu)化法、頻率約束 法。然而現(xiàn)有的計(jì)算方法中，一般將光伏出力、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等的波動(dòng)視為相互獨(dú)立的隨機(jī)變 量，忽視了其相互影響的關(guān)系。事實(shí)上，同時(shí)接入電網(wǎng)的光伏電場(chǎng)間會(huì)相互影響，甚至其波 動(dòng)也會(huì)帶來(lái)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的波動(dòng)。此外，相同區(qū)域間的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷由于身處相同的環(huán)境，其波動(dòng)特 性有著相同的特征。所W，現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有考慮該些隨機(jī)變量間的相關(guān)特性，所確定的光伏 穿透功率極限不符合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，根據(jù)該樣的光伏穿透功率極限進(jìn)行光伏并網(wǎng)，會(huì)對(duì)電 力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的因沒(méi)有考慮光伏出力、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等之間 的相關(guān)特性，導(dǎo)致所確定的光伏穿透功率極限不符合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，帶來(lái)光伏入網(wǎng)后的安 全隱患問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種考慮變量相關(guān)性的光伏穿透功率極限的確定方法，通過(guò)建 立隨機(jī)規(guī)劃模型得到光伏穿透功率極限的最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)更好地指導(dǎo)光伏電站的規(guī)劃工作。
[0005] 技術(shù)方案；為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的考慮變量相關(guān)性的光伏穿透功率極 限的確定方法，包括W下步驟：
[0006] (1)提取傳統(tǒng)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及光伏、傳統(tǒng)機(jī)組和負(fù)荷各隨機(jī)變量的相關(guān)參數(shù)，W光 伏穿透功率極限最大為目標(biāo)函數(shù)，將系統(tǒng)安全運(yùn)行及穩(wěn)定性水平作為約束條件，采用隨機(jī) 規(guī)劃方法確定規(guī)劃問(wèn)題；
[0007] (2)初始化細(xì)菌覓食算法的各參量，隨機(jī)產(chǎn)生一組初代種群個(gè)體的位置，所述種群 個(gè)體的位置指代光伏電場(chǎng)的裝機(jī)容量；
[000引 （3)利用拉了超立方采樣方法生成具有相關(guān)關(guān)系的光伏、負(fù)荷隨機(jī)樣本，并利用概 率潮流分析對(duì)當(dāng)前種群個(gè)體進(jìn)行可行性驗(yàn)證，系統(tǒng)狀態(tài)滿足所述約束條件則進(jìn)入步驟（4)， 否則，重新產(chǎn)生種群個(gè)體進(jìn)行驗(yàn)證，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的種群規(guī)模；
[0009] (4)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)滿足約束條件的初始種群個(gè)體進(jìn)行細(xì)菌覓食算法的趨向、復(fù)制操 作得到新的種群個(gè)體，采用步驟（3)對(duì)所述新的種群個(gè)體進(jìn)行可行性驗(yàn)證，系統(tǒng)狀態(tài)滿足 所述約束條件則更新種群個(gè)體的位置并進(jìn)行步驟巧）中的遷徙操作，否則繼續(xù)進(jìn)行趨向、 復(fù)制操作計(jì)算新的種群個(gè)體的位置；
[0010] (5)種群中的個(gè)體在完成指定次數(shù)的趨向、復(fù)制操作后，W預(yù)先設(shè)定的遷徙概率 pji行遷徙操作，重新分布到求解空間；
[0011] (6)重復(fù)步驟（4)、巧），直到完成指定代數(shù)，根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)性評(píng)估函數(shù)確定符合條 件的光伏穿透功率極限。
[0012] 其中，步驟（1)中所述規(guī)劃問(wèn)題為：
[0013] 目標(biāo)函數(shù)：
[0014] max^ 勺，max
[001引約束條件：
[0016] PH-Pmax《Pu《P"J >
[0017] Af max} > 口2
[00 化]PrUiZPL,i《Ps,up} > 口3
[0019] Ps.doJ > 曰4
[0020] PHZ 丫 恥1> 2 5 A J > 曰 5
[0021] 其中，P,，m"為光伏電場(chǎng)最大裝機(jī)容量，P 1，。"為系統(tǒng)最大負(fù)荷水平，a 1、a 2、a 3、 a 4、a e分別表示線路有功潮流極限、系統(tǒng)頻率偏移、旋轉(zhuǎn)備用容量、機(jī)組爬坡能力的置信水 平，Pu為線路有功潮流，PmJ%線路傳輸?shù)挠泄Τ绷魃舷蓿珹 f為系統(tǒng)頻率偏移，A fmJ%其 上限，Py為負(fù)荷出力，，n 1為系統(tǒng)上旋轉(zhuǎn)備用占負(fù)荷的預(yù)設(shè)值，n 2為系統(tǒng)下旋轉(zhuǎn)備用占負(fù) 荷的預(yù)設(shè)值，P,,UP、Ps,d。?分別為系統(tǒng)上、下旋轉(zhuǎn)備用容量，Pcu為常規(guī)機(jī)組出力，丫 i為常規(guī) 機(jī)組爬坡能力系數(shù)，為光伏出力，5 i為光伏功率變化系數(shù)。
[0022] 其中，步驟（3)中所述具有相關(guān)關(guān)系的光伏、負(fù)荷隨機(jī)樣本的生成，包括W下步 驟：
[0023] S1.根據(jù)光伏出力變量與節(jié)點(diǎn)負(fù)荷變化量的歷史數(shù)據(jù)并利用Spearman秩相關(guān)系 數(shù)描述所述光伏出力變量與所述節(jié)點(diǎn)負(fù)荷變化量之間的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算光伏負(fù)荷秩相關(guān)矩 陣氏；
[0024] S2.利用中值拉了超立方對(duì)光伏電站出力隨機(jī)變量、傳統(tǒng)機(jī)組出力隨機(jī)變量、節(jié)點(diǎn) 負(fù)荷變化隨機(jī)變量進(jìn)行采樣獲取光伏負(fù)荷隨機(jī)樣本，得到原始采樣矩陣X ;
[0025] S3.通過(guò)化loskey分解光伏負(fù)荷秩相關(guān)矩陣氏得到矩陣C，再對(duì)所述原始采樣矩 陣X進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到具有相關(guān)關(guān)系的采樣矩陣Y，表達(dá)式如下：
[0026] Y = CX ；
[0027] S4.通過(guò)等概率原則將具有相關(guān)關(guān)系的采樣矩陣Y轉(zhuǎn)換為符合正態(tài)分布的矩陣 X' ；
[002引 S5.采用Gram-Schmi化序列正交化方法進(jìn)行排序，通過(guò)反復(fù)利用正向、反向迭代 交替來(lái)降低矩陣X'中變量間的相關(guān)性，直至完成預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)，得到最終樣本矩陣。
[0029] 其中，步驟（3)中所述利用概率潮流分析對(duì)種群個(gè)體進(jìn)行可行性驗(yàn)證，包括W下 步驟：
[0030] 根據(jù)光伏、傳統(tǒng)機(jī)組出力和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的抽樣樣本，對(duì)最終樣本矩陣采用直流潮流 算法計(jì)算得到系統(tǒng)線路傳輸?shù)挠泄β?，檢驗(yàn)系統(tǒng)的線路有功潮流極限、系統(tǒng)頻率偏移、旋 轉(zhuǎn)備用容量、機(jī)組爬坡能力的概率是否滿足置信水平，系統(tǒng)狀態(tài)滿足所述約束條件則認(rèn)為 種群個(gè)體可行，不滿足則認(rèn)為種群個(gè)體不可行。
[0031] 其中，步驟（4)中所述細(xì)菌覓食算法的趨向步長(zhǎng)為：
[0032] S = ^- rand{{).])
[0033] 其中，S為變步長(zhǎng)，S。為初始步長(zhǎng)，rand(0,1)產(chǎn)生（0, 1)間的隨機(jī)數(shù)，D為種群代 數(shù)，D = 1+k，1表示第1次趨向操作，k表示第k次復(fù)制操作。
[0034] 其中，步驟巧）中進(jìn)行遷徙操作，包括W下步驟：
[0035] 通過(guò)細(xì)菌適應(yīng)性評(píng)估函數(shù)對(duì)當(dāng)前種群個(gè)體降序排列得到最優(yōu)個(gè)體，若最優(yōu)個(gè)體W 遷徙概率Psd被選中，則不進(jìn)行遷徙，重新選擇被遷徙個(gè)體。
[0036] 有益效果；1.本發(fā)明方法考慮了光伏并網(wǎng)后光伏電場(chǎng)內(nèi)部和電力系統(tǒng)內(nèi)部W及 它們之間的相互關(guān)系，計(jì)及了光伏電場(chǎng)出力和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷水平等隨機(jī)變量間的相關(guān)性，不再 將各狀態(tài)變量視為互相獨(dú)立的隨機(jī)變量，更加符合生產(chǎn)實(shí)際；且光伏負(fù)荷的相關(guān)關(guān)系對(duì)電 力系統(tǒng)起到調(diào)峰作用，有利于光伏并網(wǎng)，提高光伏接入電網(wǎng)的容量；此外，通過(guò)本發(fā)明方法 指導(dǎo)光伏并網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作，調(diào)節(jié)光伏負(fù)荷的相關(guān)關(guān)系，可W盡可能的增加光伏接入 容量。
[0037] 2.為了得到系統(tǒng)的潮流分布，驗(yàn)證種群個(gè)體的可行性，需要對(duì)系統(tǒng)的各隨機(jī)變量 進(jìn)行采樣。本發(fā)明在考慮位置相近的光伏電站、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷變化之間均存在一定相關(guān)關(guān)系的 基礎(chǔ)上，計(jì)及光伏電站內(nèi)部、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷之間、光伏電站和負(fù)荷之間的相關(guān)性等，對(duì)光伏負(fù)荷 隨機(jī)變量采樣過(guò)程中進(jìn)行相關(guān)性處理。光伏發(fā)電主要受氣象條件的影響，其輸出功率具有 隨機(jī)性和不可控性的特點(diǎn)，但是，對(duì)于處于相鄰地區(qū)或相同氣象條件的多個(gè)光伏電站來(lái)說(shuō)， 其輸出功率之間具有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系；類似地，處于同一地區(qū)的同一類負(fù)荷，由于受到相同 環(huán)境和社會(huì)等因素的影響，具有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系；此外，由于電網(wǎng)負(fù)荷與光伏發(fā)電一樣，白 天高夜間低，兩種功率波動(dòng)也具有一定的相關(guān)關(guān)系，負(fù)荷高峰期光伏系統(tǒng)能夠較好的提供 電力，起到調(diào)峰作用，有利于光伏發(fā)電并網(wǎng)。所W在對(duì)隨機(jī)變量進(jìn)行采樣時(shí)，必須計(jì)及光伏 負(fù)荷變化的相關(guān)關(guān)系，才能正確確定光伏并網(wǎng)的光伏穿透功率極限，指導(dǎo)優(yōu)化光伏陣列的 朝向和傾角，分散光伏電站的建設(shè)，來(lái)調(diào)節(jié)光伏負(fù)荷間的相關(guān)關(guān)系，有利于盡可能大的容納 光伏電源，充分利用光伏能源。<