数据驱动的高比例可再生能源电力系统不确定性分析研究

发布时间：2020-09-18 10:01

　　随着大规模以电力电子装备为并网接口的可再生能源发电系统接入互联电网,电力系统的运行和稳定呈现出显著的不确定性。可再生能源如光伏、风电受到自然环境的制约其发电功率具有间歇性和随机性,其接口的电力电子装备也对电力系统的动态稳定特性造成影响,随着可再生能源渗透率的提高,电力系统的安全稳定运行受到不确定性的严峻挑战。确定性的传统分析方法难以适用于存在显著不确定性的电力系统,当此背景,研究高比例可再生能源电力系统的不确定性分析方法具有深刻的理论和现实意义。传统不确定性分析依赖可以准确描述系统不确定因素的概率分布,而获取准确的概率分布被认为是实际工程上的一项艰巨挑战。考虑工程上一般仅能获取部分准确的统计信息,往往无法获取不确定因素的全部概率信息,因此传统不确定性分析中所采用的概率分布本身具有不确定性,即高阶不确定性(高阶既包含不确定因素本身,还包含描述其不确定性的模型所具有的不确定性)。本文针对可再生能源高阶不确定性对高比例可再生能源电力系统运行和稳定的影响,分别从静态安全性和小干扰稳定性出发,采用基于数据驱动的不确定性分析理论展开相关研究。在静态安全分析方面,本文的主要工作分为基于数据驱动多项式混沌展开法的随机潮流和概率分布鲁棒的电力系统概率静态安全评估。1 提出基于数据驱动多项式混沌展开法的随机潮流。针对可再生能源发电功率的高阶不确定性和潮流方程的非线性,利用可再生能源发电功率统计数据的高阶矩信息可以自行构造出任意概率空间下的一组正交基,进而利用正交基对潮流方程中的电压等状态变量进行多项式拟合,并采用随机伽辽金积分法计算拟合参数。2 提出概率分布鲁棒的电力系统概率静态安全评估。电力系统运行控制依赖负荷预测提供必要信息,需要考虑负荷预测误差高阶不确定性造成的影响。将概率静态安全评估问题建模为矩约束的概率测度优化问题,即广义矩优化问题,进而可以利用半定松弛技术进行求解,获得满足矩约束的所有可能概率分布下电力系统运行安全约束被违反的最大概率。在小干扰动态稳定方面,本文的主要工作分为基于数据驱动概率配点法的光伏并网系统随机小干扰稳定分析和基于广义短路比的电力电子多馈入系统概率稳定裕度评估。1 提出基于数据驱动概率配点法的光伏并网系统小干扰稳定分析。首先,考虑宽频带振荡特性,采用阻抗建模方法构造光伏发电系统的小干扰稳定分析模型;其次,利用光照强度统计数据的若干阶原点矩构造多项式基函数,并通过概率配点法求解系统主导特征根的阻尼比与光照强度之间的多项式关系。2 提出基于广义短路比的电力电子多馈入系统概率稳定裕度评估方法。首先,将额定运行条件下的广义短路比推广到适用于一般运行条件的广义运行短路比,从而能够量度电力电子装备任意输出功率时的系统小干扰稳定裕度;其次,由于广义运行短路比在数学上对应拓展导纳矩阵的最小特征值,而拓展导纳矩阵元素中包含不确定的输出功率,因此采用矩阵概率D稳定描述系统小干扰概率稳定评估问题;同时采用期望和方差等部分概率信息来描述系统随机性,在此基础上结合广义矩理论将矩阵概率D稳定转化为易于求解的半定规划问题。上述研究内容提出了基于数据驱动的不确定性分析理论,丰富了高比例可再生能源电力系统安全稳定评估的工具方法。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM73
【部分图文】：

可再生能源,可再生能源发电,情况,基地

如图１邋－１所示，我国风电、光伏２／３以上位于“三北”逡逑地区，多个省（区）可再生能源装机占比已超过３０％，邋２０２５年多个省（区）可再生能源占比逡逑将超过５０％。在这些地区建立大规模的可再生能源发电基地［５］，不易受到地理条件的制逡逑约，可再生能源利用率高，同时有助于形成可再生能源发电的规模效益，便于充分发挥逡逑科学的建设和管理能力，但是，由于可再生能源基地远离负荷中心（我国负荷中心普遍位逡逑于东南沿海），“三北”地区大规模可再生能源采用直流外送的格局已基本形成，大基地、逡逑远距离直流送出是我国可再生能源开发利用的主导形式之一。再加之可再生能源发电的逡逑波动性强、有效利用小时数低，给特高压输电系统以及受端系统的稳定运行和电能质量逡逑带来较多的负面影响。分散式指的是直接在负荷中心的负荷侧分散接入大规模小容量可逡逑再生能源［６］，虽然可以避免上述集中式的一些不足［７］，但必须认识到，对于我国特殊的逡逑地理特点

拓扑图,拓扑,潮流分析,有功负荷

２．４算例分析逡逑接下来对ＩＥＥＥ－９节点［１４４】系统进行枿机潮流分析来验证所提方法相较于基于Ｎａｔａｆ逡逑变换的广义多项式混沌展开法具有更高的准确性。在系统拓扑（见图２－１）和原始参数基逡逑础上，随机化节点５和节点８上的有功负荷，令他们为具有相关性的区间在０￣３ｐ．ｕ．之逡逑间的均匀分布，并采用参数为２．７５的ＣｌａｙｔｏｎＣｏｕｐｌａ函数进行联合。经过上述联合后计逡逑算两处有功负荷的相关系数为０．７６４９。在此基础上，对ＣｌａｙｔｏｎＣｏｕｐｌａ函数所生成的随逡逑机数进行１0４采样作为潮流分析的统计生数据。逡逑

均匀分布,随机潮流,概率分布函数,节点电压

【参考文献】