光伏時(shí)空概率模型及其在電力系統(tǒng)概率分析中的應(yīng)用.pdf

1、光伏發(fā)電具有綠色環(huán)保、無污染等優(yōu)點(diǎn),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(yán)重依賴于輻照度等氣象因素,具有較強(qiáng)的隨機(jī)波動(dòng)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(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)行帶來的深刻影響,為運(yùn)行人員提供全面、科學(xué)的參考信息以及輔助決策信息。本文在國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“輸電網(wǎng)中長期狀態(tài)的精細(xì)化

2、模擬與概率評估的基礎(chǔ)理論研究”(51177178)以及國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目“含分布式電源的微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”(2011AA05A107)的支持下,對考慮光伏電源輸出功率隨機(jī)性/時(shí)間相關(guān)性/空間相關(guān)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(chǔ)性問題展開深入研究,并將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)與虛擬電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性分析中。主要研究內(nèi)容包括：
　?、呕诜菂?shù)核密度估計(jì)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(shè)參數(shù)分布和不能全面考慮各種隨機(jī)因素影響的缺點(diǎn),本文提出基于非參數(shù)核密度估計(jì)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(shí)分布的最優(yōu)帶寬改進(jìn)模型和基于擬合優(yōu)度檢驗(yàn)及后驗(yàn)檢驗(yàn)的綜合檢驗(yàn)指標(biāo)。用地處重慶及杭州的光伏電站的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)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(jī)特性的適應(yīng)性。
　?、瓶紤]空間相關(guān)性的光伏-負(fù)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(fù)荷之間存在一定的空間相關(guān)關(guān)系?，F(xiàn)有研究在處理此類相關(guān)關(guān)系時(shí),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(zhuǎn)換原則提出了一種考慮空間相關(guān)性的光伏-負(fù)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(fù)荷之間的空間相關(guān)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合Monte Carlo模擬,給出了一種考慮光伏-負(fù)

5、荷空間相關(guān)性的概率潮流計(jì)算方法,并進(jìn)一步引入中值拉丁超立方抽樣技術(shù)以提高計(jì)算效率。以美國某光伏電站的實(shí)測數(shù)據(jù)和69節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為算例,驗(yàn)證了所提方法的有效性,并定量分析了光伏-負(fù)荷的相關(guān)性水平對配網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。
　?、强紤]時(shí)間相關(guān)性的光伏概率建模方法?；跅l件概率和兩變量核密度估計(jì)理論,提出一種考慮時(shí)間相關(guān)性的光伏概率建模方法,該方法不僅可以計(jì)及光伏電源各時(shí)刻輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)性和相關(guān)性,而且還能夠充分考慮光伏電源日功率

6、輸出起止時(shí)刻的不確定性。另外,針對所提時(shí)序建模概率方法,基于舍選法建立了光伏功率時(shí)序曲線的隨機(jī)抽樣方法。最后,應(yīng)用美國、中國三座光伏電站輸出功率的實(shí)測數(shù)據(jù)和34節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了所提方法的有效性及其對配電網(wǎng)日線損概率評估的適應(yīng)性。
　?、然陔S機(jī)響應(yīng)面法的含光伏電力系統(tǒng)概率潮流計(jì)算方法?；陔S機(jī)響應(yīng)面法提出了一種含光伏電力系統(tǒng)的概率潮流計(jì)算方法,并針對配點(diǎn)選擇這一關(guān)鍵問題,引入基于線性無關(guān)原則的最優(yōu)配點(diǎn)選擇方法,進(jìn)一

7、步提高了概率潮流的計(jì)算速度和模擬精度。該方法能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)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(fù)荷之間的相關(guān)關(guān)系。以34節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)和IEEE39節(jié)點(diǎn)輸配電系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)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(fù)荷相關(guān)性水平對概率潮流計(jì)算結(jié)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(fù)荷等隨機(jī)因素對虛擬電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)

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(jié)合隨機(jī)響應(yīng)面和內(nèi)點(diǎn)法提出一種概率最優(yōu)潮流計(jì)算方法。所提最優(yōu)潮流模型的目標(biāo)函數(shù)中考慮了分布式能源(DER, distributed energy resource)和常規(guī)火電機(jī)組的發(fā)電費(fèi)用、虛擬電廠的外購電費(fèi)用以及虛擬電廠作為所轄DER總體的代表向外網(wǎng)售電的收益;約束條件中計(jì)及了DER出力上下限等技術(shù)約束以及網(wǎng)絡(luò)安全約束等。算法方面,以內(nèi)點(diǎn)法作為最優(yōu)潮流的算法,并基于隨機(jī)響應(yīng)面法評