一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隨機(jī)潮流計(jì)算領(lǐng)域，特別是一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī) 潮流計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于環(huán)境及資源問(wèn)題的對(duì)能源行業(yè)的約束日益加強(qiáng)，以風(fēng)電為代表的分布式新能 源發(fā)電的應(yīng)用也呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。而這些出力特性具有隨機(jī)性的可再生能源發(fā)電系統(tǒng) 大規(guī)模接入電力系統(tǒng)中，勢(shì)必將帶來(lái)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的不確定分析問(wèn)題。在規(guī)劃中， 需要量化發(fā)電的不確定性以確定系統(tǒng)潮流的變化能力與范圍，這是系統(tǒng)規(guī)模確定的核心。 在運(yùn)行中，這種不確定性分析可以理解為一種不確定性預(yù)測(cè)，電力系統(tǒng)管理中結(jié)合不確定 性預(yù)測(cè)對(duì)含高滲透率分布式新能源的電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行十分重要。因此，作為研究這些 不確定分析問(wèn)題的工具，隨機(jī)潮流計(jì)算得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
[0003] 隨機(jī)潮流計(jì)算時(shí)，常常需要考慮實(shí)際電力系統(tǒng)中的相關(guān)性因素，如同一地區(qū)的同 一類負(fù)荷的波動(dòng)具有相關(guān)性、地理位置接近的風(fēng)電場(chǎng)間的風(fēng)速及出力具有較強(qiáng)的相關(guān)性 等。因此在隨機(jī)潮流計(jì)算時(shí)，需要考慮到這些相關(guān)性因素的存在對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行 產(chǎn)生的影響。
[0004] 近年來(lái)，copula函數(shù)及相關(guān)理論逐漸被引入到電力系統(tǒng)相關(guān)性結(jié)構(gòu)建模的研究 中。copula函數(shù)法相較于其他方法，有兩大優(yōu)點(diǎn)：1.該理論能夠?qū)Ψ娜我夥植嫉碾S機(jī)變 量進(jìn)行相關(guān)性建模；2.應(yīng)用了等級(jí)相關(guān)系數(shù)這一概念，使得整個(gè)變換過(guò)程中各變量間的相 關(guān)系數(shù)保持不變，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005] 目前使用最多的是copula函數(shù)法中的聯(lián)合正態(tài)變換法（Joint Normal Transform，JNT)。通常應(yīng)用JNT法進(jìn)行相關(guān)性建模并獲取采樣向量時(shí)，需要得到與JNT法 相對(duì)應(yīng)的copula函數(shù)的具體表達(dá)式，為此則需利用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)Φ的反函數(shù)Φ 4完 成換元，或求取多維正態(tài)分布函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，這在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不易操作。
[0006] 建模工作一般通過(guò)編程的方式完成。采用Φ4來(lái)?yè)Q元時(shí)，由于Φ函數(shù)是用積分式 表示，沒(méi)有具體的代數(shù)表達(dá)式，所以這部分工作在編程時(shí)不易完成。而對(duì)多元函數(shù)求導(dǎo)在計(jì) 算機(jī)這一離散系統(tǒng)中也不是有效率的選擇。并且即便通過(guò)上述兩種方式得到了 copula函 數(shù)的表達(dá)式，對(duì)以其為聯(lián)合分布的隨機(jī)向量采樣時(shí)無(wú)法充分利用其從多維正態(tài)分布函數(shù)轉(zhuǎn) 換而來(lái)的這一特性，只能采用一般性的采樣方法，在計(jì)算方法上不經(jīng)濟(jì)。
[0007] 因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的JNT法作一定改進(jìn)，使考慮隨機(jī)功率單元間相關(guān)性的隨機(jī)潮 流計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)更為方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì) 算方法，充分利用了 JNT法基于多維正態(tài)分布函數(shù)這一特性，提出一種改進(jìn)的JNT采樣法對(duì) 隨機(jī)功率單元間的相關(guān)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，可以使得隨機(jī)潮流計(jì)算方法中的相關(guān)性建模工作 更為簡(jiǎn)便。
[0009] 本發(fā)明的采用以下方法實(shí)現(xiàn)：一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算 方法，包括如下步驟： 步驟Sl ;對(duì)系統(tǒng)包含的所有隨機(jī)功率單元按照相關(guān)性和地理位置進(jìn)行分組，每個(gè)隨機(jī) 功率單元組視作一個(gè)隨機(jī)變量，記錄所述隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)為n ; 步驟S2 ;根據(jù)隨機(jī)功率單元的分組情況，確定簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和蒙特卡洛 法的仿真次數(shù)m ; 步驟S3 ;獲取步驟Sl得到的各隨機(jī)變量在仿真周期內(nèi)的歷史時(shí)序數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到其累 積分布函數(shù)； 步驟S4;利用改進(jìn)聯(lián)合正態(tài)變換法，即JNT法，得到各隨機(jī)變量的采樣值，并形成一個(gè)η 維隨機(jī)向量，重復(fù)m次； 步驟S5 ;利用蒙特卡洛法，利用m個(gè)η維隨機(jī)向量作為系統(tǒng)輸入，分別求解電力系統(tǒng)潮 流方程，獲得經(jīng)典潮流問(wèn)題的解的集合。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟Si具體為：所述的隨機(jī)功率單元分為隨機(jī)處理單元和負(fù)荷單 元，將地理位置接近并且具有強(qiáng)相關(guān)性的隨機(jī)出力單元和負(fù)荷單元分別分組，將分好的每 一個(gè)隨機(jī)功率單元組視作一個(gè)隨機(jī)變量，并假設(shè)各組內(nèi)的功率單元均為完全正相關(guān)，根據(jù) 分組情況確定對(duì)應(yīng)的隨機(jī)出力單元變量和負(fù)荷變量，用以降低所研究的隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù) 雜度。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟S3包括如下具體步驟： 步驟S31 :將各隨機(jī)變量記為^至^rn，其歷史時(shí)序數(shù)據(jù)按時(shí)間順序編號(hào)，形成形式為 (編號(hào)，功率數(shù)值）的數(shù)據(jù)對(duì)； 步驟S32 :通過(guò)對(duì)步驟S31中所述數(shù)據(jù)對(duì)中的"編號(hào)"進(jìn)行均勻分布采樣，獲取數(shù)據(jù)對(duì)的 采樣點(diǎn)； 步驟S33 :將步驟S32中采樣獲得的數(shù)據(jù)對(duì)按照"功率數(shù)值"從小到大排列，統(tǒng)計(jì)不同的 "功率數(shù)值"的采樣值個(gè)數(shù)，并進(jìn)行累加和歸一化，用以形成各隨機(jī)變量^:至^rn的累積分布 函數(shù)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟S4具體包括以下步驟： 步驟S41 :計(jì)算η個(gè)隨機(jī)變量々至^rn之間的等級(jí)相關(guān)系數(shù)矩陣Rp所述的&為η維矩 陣，并根據(jù)公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其特征在于包括如下步 驟： 步驟S1 ;對(duì)系統(tǒng)包含的所有隨機(jī)功率單元按照相關(guān)性和地理位置進(jìn)行分組，每個(gè)隨機(jī) 功率單元組視作一個(gè)隨機(jī)變量，記錄所述隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)為n; 步驟S2 ;根據(jù)隨機(jī)功率單元的分組情況，確定簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和蒙特卡洛 法的仿真次數(shù)m; 步驟S3 ;獲取步驟S1得到的各隨機(jī)變量在仿真周期內(nèi)的歷史時(shí)序數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到其累 積分布函數(shù)； 步驟S4;利用改進(jìn)聯(lián)合正態(tài)變換法，即JNT法，得到各隨機(jī)變量的采樣值，并形成一個(gè)n維隨機(jī)向量，重復(fù)m次； 步驟S5 ;利用蒙特卡洛法，利用m個(gè)n維隨機(jī)向量作為系統(tǒng)輸入，分別求解電力系統(tǒng)潮 流方程，獲得經(jīng)典潮流問(wèn)題的解的集合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S1具體為：所述的隨機(jī)功率單元分為隨機(jī)處理單元和負(fù)荷單元，將地 理位置接近并且具有強(qiáng)相關(guān)性的隨機(jī)出力單元和負(fù)荷單元分別分組，將分好的每一個(gè)隨機(jī) 功率單元組視作一個(gè)隨機(jī)變量，并假設(shè)各組內(nèi)的功率單元均為完全正相關(guān)，根據(jù)分組情況 確定對(duì)應(yīng)的隨機(jī)出力單元變量和負(fù)荷變量，用以降低所研究的隨機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S3包括如下具體步驟： 步驟S31 :將各隨機(jī)變量記為^至其歷史時(shí)序數(shù)據(jù)按時(shí)間順序編號(hào)，形成形式為 (編號(hào)，功率數(shù)值）的數(shù)據(jù)對(duì)； 步驟S32 :通過(guò)對(duì)步驟S31中所述數(shù)據(jù)對(duì)中的"編號(hào)"進(jìn)行均勻分布采樣，獲取數(shù)據(jù)對(duì)的 采樣點(diǎn)； 步驟S33 :將步驟S32中采樣獲得的數(shù)據(jù)對(duì)按照"功率數(shù)值"從小到大排列，統(tǒng)計(jì)不同的 "功率數(shù)值"的采樣值個(gè)數(shù)，并進(jìn)行累加和歸一化，用以形成各隨機(jī)變量^至A的累積分布 函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S4具體包括以下步驟： 步驟S41 :計(jì)算n個(gè)隨機(jī)變量^至^之間的等級(jí)相關(guān)系數(shù)矩陣&，所述的艮為n維矩 陣，并根據(jù)公式〃=2sin(fG)將艮轉(zhuǎn)化為積差相關(guān)系數(shù)矩陣R， 其中A為矩陣L中的任一元素，$矩陣R中與a處于對(duì)應(yīng)位置的元素； 步驟S42 :由于所述步驟S41得到的R是正定矩陣，將R矩陣分解為R=AAT的形式； 步驟S43 :對(duì)服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的任意一維隨機(jī)變量進(jìn)行n次獨(dú)立的采樣，構(gòu)成各分量 相互獨(dú)立的總體采樣向量57 =( 1，n2,......，7n)，并將所述通過(guò)或7進(jìn)行正交變換 得到所需的正態(tài)邊際分布域中的n維隨機(jī)向量piV= (a, /?2，......，nj; 步驟S44 :利用正態(tài)分布的分布函數(shù)〇將^^轉(zhuǎn)換到均勻邊際分布域： (JN104699950A '丨入T'J文 T 2/2 貝
〇函數(shù)采用離散數(shù)據(jù)對(duì)或離散數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)保存，兩個(gè)保存的相鄰離散點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)采 用線性插值的方法來(lái)近似獲取； 步驟S45 :利用^至^各自的累積分布函數(shù)的反函數(shù)對(duì)所述中的各個(gè)對(duì)應(yīng)分量進(jìn) 行變換，得到實(shí)際邊際分布域中的隨機(jī)變量^至^的采樣值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S42中將R矩陣分解為R=AAT具體為：利用cholesky分解法的形式 計(jì)算所述A矩陣中的所有元素，首先設(shè)定
假設(shè)A的前k-1列均 已求出，則可得[￡
,
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S5具體包括如下步驟： 步驟S51 :利用步驟S4采樣得到的n維隨機(jī)向量作為潮流問(wèn)題中的節(jié)點(diǎn)注入功率信 息，并利用牛頓_拉夫遜法求解電力系統(tǒng)潮流方程； 步驟S52 :重復(fù)步驟S51m次，即求解m次潮流問(wèn)題，并獲得經(jīng)典潮流問(wèn)題的解的集合； 步驟S53 :計(jì)算步驟S52中各解變量的數(shù)字特征，用以為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和規(guī)劃提供依 據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，其 特征在于：所述步驟S53中的數(shù)字特征為節(jié)點(diǎn)電壓以及支路功率的期望和標(biāo)準(zhǔn)差。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包含隨機(jī)功率單元相關(guān)性問(wèn)題的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，包括S1；對(duì)系統(tǒng)包含的所有隨機(jī)功率單元進(jìn)行分組；S2；根據(jù)隨機(jī)功率單元的分組情況，確定簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和蒙特卡洛法的仿真次數(shù)m；S3；獲取步驟S1得到的各隨機(jī)變量在仿真周期內(nèi)的歷史時(shí)序數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)得到其累積分布函數(shù)；S4；利用改進(jìn)JNT法，得到各隨機(jī)變量的采樣值，并形成一個(gè)n維隨機(jī)向量，重復(fù)m次；S5；利用蒙特卡洛法，分別求解電力系統(tǒng)潮流方程，獲得經(jīng)典潮流問(wèn)題的解的集合。本發(fā)明充分利用了JNT法基于多維正態(tài)分布函數(shù)這一特性，提出一種改進(jìn)的JNT采樣法對(duì)隨機(jī)功率單元間的相關(guān)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，可以使得隨機(jī)潮流計(jì)算方法中的相關(guān)性建模工作更為簡(jiǎn)便。
【IPC分類】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104699950
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510040789
【發(fā)明人】楊曉東, 唐田, 林章歲, 李喜蘭, 蔡霽霖, 徐青山
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月27日