包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)可靠性評估是指在計入各種不確定性因素的情況下對系統(tǒng)的充裕度或 安全性進行分析計算，包含元件停運模型、系統(tǒng)狀態(tài)選擇、系統(tǒng)狀態(tài)評估和系統(tǒng)指標計算等 方面的內(nèi)容。
[0003] 電力系統(tǒng)可靠性評估方法主要分為兩大類：解析法和蒙特卡洛方法，其中蒙特卡 洛方法進一步分為非序貫和序貫蒙特卡洛方法。解析法通過建立系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型， 通過數(shù)值計算方法獲得系統(tǒng)的各項指標。蒙特卡洛模擬法則通過在計算機上模擬系統(tǒng)實際 情況，按照對此模擬過程進行若干時間的觀察，用統(tǒng)計的方法得到可靠性的指標。解析法計 算結(jié)果可信度高、但計算量隨系統(tǒng)規(guī)模的增大呈指數(shù)增長，因此一般只適合于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較 小而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較強的系統(tǒng)。
[0004] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，同時風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等間 歇性能源開始逐步規(guī)模化地接入電網(wǎng)，系統(tǒng)面臨著更多不確定性和相關(guān)性等問題，因此現(xiàn) 代電力系統(tǒng)多采用蒙特卡洛方法進行可靠性評估。在同樣的精度要求下，非序貫蒙特卡洛 法的計算時間遠小于序貫蒙特卡洛法的計算時間，因此在不需要計算頻率和持續(xù)時間指標 的場合，宜優(yōu)先采用非序貫蒙特卡洛方法。
[0005] 采用非序貫蒙特卡洛方法進行包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評估時，通常將風(fēng)電 場等值成一個具有多個出力狀態(tài)的發(fā)電機組?，F(xiàn)有文獻主要從風(fēng)電場可靠性建模、風(fēng)電場 風(fēng)速相關(guān)性對電力系統(tǒng)可靠性的影響等角度開展研究，較少文獻從包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng) 可靠性評估的非序貫蒙特卡洛方法的計算效率的角度進行研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評估方法，在對所有抽取 到的系統(tǒng)狀態(tài)進行相同狀態(tài)合并處理之后采用并行計算，加速了電力系統(tǒng)可靠性評估的速 度，用于快速評估包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的未有從包含風(fēng)電 場的電力系統(tǒng)可靠性評估的非序貫蒙特卡洛方法的計算效率的角度進行研究的問題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] -種包含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)可靠性評估方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1，參數(shù)初始化；
[0010] 步驟2,根據(jù)各個風(fēng)電場風(fēng)速的歷史小時序列數(shù)據(jù)，計算各個風(fēng)電場風(fēng)速分布的威 布爾分布參數(shù)和風(fēng)電場之間風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)；
[0011] 步驟3,根據(jù)步驟2得到的威布爾分布參數(shù)和風(fēng)電場之間風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)，模擬產(chǎn) 生具有相關(guān)性的各個風(fēng)電場風(fēng)速序列；
[0012] 步驟4,根據(jù)步驟3模擬得到的各個風(fēng)電場小時風(fēng)速，結(jié)合風(fēng)電機組的風(fēng)速-功率 特性曲線和風(fēng)電機組的強迫停運率，模擬各個風(fēng)電場的時序出力；
[0013] 步驟5,根據(jù)模擬所得的各個風(fēng)電場的時序出力，計算各風(fēng)電場出力之間的相關(guān)系 數(shù)RP;
[0014] 步驟6,根據(jù)模擬所得的各個風(fēng)電場的時序出力，采用線性劃分或聚類的方法將各 個風(fēng)電場等值成具有neq個出力狀態(tài)的模型；
[0015] 步驟7,抽樣生成NS個系統(tǒng)狀態(tài)，并對其中相同的系統(tǒng)狀態(tài)進行合并，存儲不同的 系統(tǒng)狀態(tài)，每個系統(tǒng)狀態(tài)需要存儲的信息包含系統(tǒng)狀態(tài)的十進制編號、系統(tǒng)狀態(tài)的二進制 編碼序列和該系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)的次數(shù)；
[0016] 步驟8,對步驟7中存儲的不同的系統(tǒng)狀態(tài)進行并行計算；假設(shè)步驟7中存儲的不 同系統(tǒng)狀態(tài)的數(shù)目為NS2個，計算資源有m個，則將NS2/m個不同的系統(tǒng)狀態(tài)分別平均分配 給各個計算資源進行系統(tǒng)狀態(tài)分析；
[0017] 步驟9,對各個計算資源獲得的系統(tǒng)狀態(tài)分析結(jié)果進行匯總，得到系統(tǒng)可靠性指 標。
[0018] 進一步地，步驟3中，模擬產(chǎn)生相關(guān)的風(fēng)電場風(fēng)速的方法為Nataf變換法或基于 Copula函數(shù)的隨機變量模擬方法。
[0019] 進一步地，步驟7具體包含如下步驟：
[0020] 步驟7-1，初始化抽樣數(shù)ns = 0 ;
[0021] 步驟 7-2,抽樣數(shù) ns = ns+1 ;
[0022] 步驟7-3,模擬產(chǎn)生服從[0,1]均勻分布的、且滿足相關(guān)系數(shù)關(guān)系Rp的η個隨機數(shù)， 將所產(chǎn)生的η個隨機數(shù)同各個風(fēng)電場的多狀態(tài)出力模型相比較，從而抽取各個風(fēng)電場的出 力狀態(tài)；
[0023] 步驟7-4,模擬產(chǎn)生服從[0,1]均勻分布的、相互獨立的ng個隨機數(shù)，將這些隨機 數(shù)分別同系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)電機的強迫停運率相比較，從而抽取各臺發(fā)電機的運行狀態(tài)；
[0024] 步驟7-5,模擬產(chǎn)生服從[0,1]均勻分布的、相互獨立的nl個隨機數(shù)，將這些隨機 數(shù)分別同系統(tǒng)中輸電線路的強迫停運率相比較，從而抽取各條輸電線路的運行狀態(tài)；
[0025] 步驟7-6,將抽取到的各個風(fēng)電場、各臺發(fā)電機、各條線路的狀態(tài)組合成系統(tǒng)狀態(tài)， 并對系統(tǒng)狀態(tài)進行二進制編碼；
[0026] 步驟7-7,將表示系統(tǒng)狀態(tài)的二進制字符串轉(zhuǎn)化成等值的十進制數(shù)值，作為該系統(tǒng) 狀態(tài)的編號；
[0027] 步驟7-8,將步驟7-7所得的系統(tǒng)狀態(tài)編號與歷史的抽樣生成的系統(tǒng)狀態(tài)編號進 行比較，通過比較來判斷步驟7-6得到的系統(tǒng)狀態(tài)是否存儲過；倘若步驟7-7所得的系統(tǒng)狀 態(tài)編號與某個歷史抽樣生成系統(tǒng)狀態(tài)的編號相等，則只需要將與步驟7-6得到的系統(tǒng)狀態(tài) 相同的歷史系統(tǒng)狀態(tài)的狀態(tài)出現(xiàn)次數(shù)加1 ;否則，則需要存儲步驟7-6得到的系統(tǒng)狀態(tài)，并 將此抽樣到的系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)的次數(shù)記為1 ;
[0028] 步驟7-9,判斷系統(tǒng)抽樣次數(shù)是否達到預(yù)定的抽樣次數(shù)，若ns〈NS，則轉(zhuǎn)入步驟 7-2 ;否則，轉(zhuǎn)入步驟8。
[0029] 進一步地，步驟7-6具體的編碼方式為：
[0030] 步驟7-6-1，先確定用于表示風(fēng)電場狀態(tài)的二進制的位數(shù)，假設(shè)風(fēng)電場的等值狀態(tài) 數(shù)為neq，則風(fēng)電場的出力狀態(tài)用nw個二進制位數(shù)來表示，rm=[l 0g2(iK'q)l，其中，Γ為向 上取整運算；
[0031] 步驟7-6-2,將每個風(fēng)電場的出力狀態(tài)用nw個二進制字符來表示；
[0032] 步驟7-6-3,每臺發(fā)電機和每條線路的運行狀態(tài)用一個二進制字符表示，其中"1" 表示正常狀態(tài)，對于發(fā)電機表示發(fā)電機的出力為額定容量，"0"表示故障狀態(tài)；
[0033] 步驟7-6-4,將一個系統(tǒng)狀態(tài)用一個二進制字符串編碼表示，該字符串的長度 為nXnw+ng+nl位；其中二進制字符串的第1~nw位表示第1個風(fēng)電場的出力狀態(tài)，第 nw+Ι~2nw位表示第2個風(fēng)電場的出力狀態(tài)，…，第（k-l)Xnw+l~k Xnw位表示第 k個風(fēng)電場的出力狀態(tài)，…，第（n-l)Xnw+l~nXnw位表示第η個風(fēng)電場的出力狀態(tài)； 第nXnw+Ι~nXnw+ng位表示ng臺順序編號的發(fā)電機的運行狀態(tài)；第nXnw+ng+Ι~ nXnw+ng+nl位表示nl條順序編號的線路的運行狀態(tài)。
[0034] 進一步地，步驟7-3中，模擬產(chǎn)生服從[0, 1]均勻分布的、且滿足相關(guān)系數(shù)關(guān)系Rp 的η個隨機數(shù)的方法為Nataf變換法或基于Copula函數(shù)的隨機模擬法。
[0035] 進一步地，步驟7-3中，抽取各個風(fēng)電場的出力的具體做法是：假定第i個，i = 1， 2, . . .，n，風(fēng)電場處于第k，k = 1，2,……，neq，個出力狀態(tài)的概率是Plik，模擬產(chǎn)生的第i個 隨機數(shù)為Uwl，如·
其中，Pi，j表示第i個風(fēng)電場處于第j個出力狀態(tài) 的概率，則該風(fēng)電場處于第k個出力狀態(tài)。
[0036] 進一步地，假設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)i出現(xiàn)的次數(shù)為nsi，計算資源計算所得的該狀態(tài)下的 系統(tǒng)負荷削減量為CSi，單位是兆瓦，則系統(tǒng)進行負荷削減的概率為
其中
系統(tǒng)的期望缺供電量，單位是兆瓦時/年，為
[0037] 本發(fā)明首先通過模擬相關(guān)的風(fēng)電場風(fēng)速，結(jié)合風(fēng)電機