考慮負荷和風電隨機變化的電力系統概率最優(yōu)潮流問題研究.pdf

1、最優(yōu)潮流是一種電力系統分析和優(yōu)化的有效工具，在系統的安全運行、經濟調度、可靠性分析、能量管理以及電力定價等方面得到了廣泛的應用。在電力市場環(huán)境下，最優(yōu)潮流不儀能為電力市場運營者提供最優(yōu)決策，而且使這一決策過程更透明、更公平，因此在電力市場的阻塞管理、負荷管理，以及實時電價、無功定價、輸電定價和可用傳輸能力等方面得到了廣泛應用。以往的最優(yōu)潮流分析方法大多基于確定的網絡拓撲結構、系統元件參數及運行條件，然而，嚴格來說，上述各量是不確定或隨機

2、變化的，另外，具有隨機性的風力發(fā)電在電力系統中不斷涌現，也使系統中的不確定因素呈加劇趨勢，這些不確定因素均對電力系統最優(yōu)潮流分析提出新的挑戰(zhàn)。本論文探討了考慮負荷和風電隨機變化的電力系統概率最優(yōu)潮流問題，具體內容如下： 首先，對現有概率潮流算法進行比較，通過分析節(jié)點注入量互相關性對概率潮流解的影響，表明概率潮流分析時應當計及現實存在的注入量之間的互相關性。介紹了一次二階矩法、計及協方差修正的線性化概率潮流、計及協方差修正的近似二

3、階概率潮流和兩點估計法的基本理論，確定了節(jié)點注入量相互獨立和互相關時各種算法的計算模型以及計算步驟。運用幾種概率潮流算法在24節(jié)點系統上進行驗證，并將各個算法的概率潮流解與相應的蒙特卡羅模擬解進行比較，結果表明，考慮協方差修正的近似二階模型具有更高的準確度，但比其它算法耗費更多CPU時間。通過分析注入量互相關性對概率潮流解的影響，表明概率潮流分析時應當計及現實存在的注入量之間的相關性，否則會使結果產生較大誤差。該部分內容不僅為其他研究者

4、在選擇概率潮流算法時提供參考，而且為在概率潮流分析中考慮節(jié)點注入量的互相關性提供了依據。 其次，針對風電隨風速隨機變化的特點，提出一種考慮無功功率一滑差特性的風電概率模型，進而采用概率潮流狀態(tài)變量和異步機滑差聯合迭代方法，進行含風電場電力系統概率潮流研究。該風電概率模型考慮風速的隨機性，將風機輸出的隨機有功功率和吸收的隨機無功功率描述為電壓幅值、異步機的滑差和風輪機的電路參數的函數；聯合迭代方法中，異步風力發(fā)電機的滑差作為新的修

5、正量被引入，使用牛頓-拉夫遜方法求解關于潮流狀態(tài)變量和滑差的聯合迭代，因而迭代過程保持了牛頓-拉夫遜方法的平方收斂性。算例中假定風速服從Weibull分布，負荷服從正態(tài)分布，使用蒙特卡羅模擬方法對一經過修改的IEEE-14測試系統進行概率潮流計算，結果表明了所提方法的有效性；對風電場容量在系統中的不同比例進行分析，表明不適當的風電場容量會導致異常的概率潮流狀況。 第三，引用一種基于次微分的半光滑Levenberg-Marquar

6、dt(L-M)方法，成功實現了最優(yōu)潮流的求解問題。在利用非線性互補函數將OPF模型的KKT條件轉化為半光滑非線性代數方程組后，采用基于次微分的半光滑L-M法求解，該方法屬于牛頓法范疇，可通過對L-M參數的調整保證迭代系數矩陣的正定性，克服了系數矩陣的奇異引起的“病態(tài)”，且該方法在確定搜索方向時只需求解線性系統的近似解，適用于大規(guī)模系統的求解。算例中對Kojima-Shindo問題的分析表明，該方法能夠用來求解半光滑方程組；也對電力系統算

7、例的進行仿真，從收斂特性和計算精度方面對IEEE測試系統進行分析，結果表明了方法的有效性。 第四，考慮到系統參數的不確定性對系統優(yōu)化的結果產生重要影響，運用一次二階矩法來計及相關負荷的不確定性進行概率最優(yōu)潮流分析。將概率最優(yōu)潮流表述為隨機非線性規(guī)劃問題后，利用非線性互補函數將該問題的KKT條件進行轉化，基于轉化后的非線性代數方程組，利用一次二階矩法確定了以待求量的數字特征表示的概率最優(yōu)潮流模型，由于該模型包含不光滑函數，因此采用

8、基于次微分的半光滑L-M方法求解。對五節(jié)點系統、IEEE-30和IEEE-118系統的算例分析中，將結果與兩點估計法和蒙特卡羅模擬方法比較，表明所提方法具有較快的計算速度，而且與不確定變量的數目多少關系不大，故優(yōu)于兩點估計法和蒙特卡羅模擬方法；當沒有輸電阻塞發(fā)生時，所提方法顯示了良好的計算性能；若發(fā)生輸電阻塞，則將引起節(jié)點實時電價劇增，此時所提方法無法詳細描述實時電價的PDF曲線。 最后，面對大量風電機組接入電力系統加劇了系統運

9、行狀況的不確定性問題，運用一次二階矩法來計及風電的隨機性，進行含風電場電力系統概率最優(yōu)潮流研究。概率最優(yōu)潮流模型中，風電場采用考慮無功功率一滑差特性的風電概率模型，不等式約束中除了機組出力約束、有載調壓變壓器變比約束、電壓約束和支路電流約束，也考慮了風電場無功補償容量約束、系統的分鐘級爬坡能力約束；使用非線性互補函數將概率最優(yōu)潮流的KKT條件轉化為一組包含有不光滑函數的非線性代數方程組，然后基于一次二階矩法確定了以待求量的數字特征表示的