[發(fā)明專利]基于Markov理論的含風(fēng)電電力系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711142952.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN107947228B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫永輝;王加強(qiáng);翟蘇巍;王義;張博文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐瑩

本發(fā)明提供了一種基于Markov理論的含風(fēng)電電力系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性分析方法，建立風(fēng)速的Markov模型及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型，建立含雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型，提出適用于系統(tǒng)隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型的判據(jù)。本發(fā)明基于隨機(jī)Markov理論，通過建立含風(fēng)電電力系統(tǒng)的隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型來分析系統(tǒng)穩(wěn)定性，根據(jù)系統(tǒng)隨機(jī)均方穩(wěn)定的定義，利用M矩陣相關(guān)知識(shí)，基于系統(tǒng)的隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型得到判斷系統(tǒng)隨機(jī)均方穩(wěn)定的實(shí)用性判據(jù)；本發(fā)明克服了隨機(jī)方程的局限性，能夠更準(zhǔn)確的刻畫含風(fēng)電電力系統(tǒng)在風(fēng)速大范圍隨機(jī)波動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)行為，基于系統(tǒng)的隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型推導(dǎo)出的判據(jù)與其它判據(jù)相比實(shí)用性更強(qiáng)，更加簡(jiǎn)潔，適用范圍更廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)，具體涉及一種電力系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性分析方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著新能源發(fā)電的迅速發(fā)展，越來越多的風(fēng)力和光伏等新能源發(fā)電并入電力系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電輸出功率的波動(dòng)性與隨機(jī)性很大程度上影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量，對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成巨大的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析大多是利用常微分方程來描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為，通過求解狀態(tài)方程的特征根來分析其穩(wěn)定性。對(duì)于系統(tǒng)中存在的隨機(jī)擾動(dòng)現(xiàn)象，通常利用蒙特卡羅方法，運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。但根本上來說，蒙特卡羅法仍然是一種確定性分析方法，沒有從本質(zhì)上刻畫隨機(jī)因素對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的影響，并且概率統(tǒng)計(jì)方法需要生成大量場(chǎng)景，計(jì)算量大，耗時(shí)耗力。

此外，有學(xué)者利用隨機(jī)微分方程來描述電力系統(tǒng)在隨機(jī)擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)行為，但對(duì)含風(fēng)電的電力系統(tǒng)來說，隨機(jī)微分方程僅僅能描述系統(tǒng)狀態(tài)變量在某一穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下受到隨機(jī)擾動(dòng)的響應(yīng)，無法刻畫風(fēng)速在大范圍波動(dòng)時(shí)，風(fēng)電功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)常規(guī)隨機(jī)方程無法準(zhǔn)確分析含風(fēng)電電力系統(tǒng)受到風(fēng)速大范圍波動(dòng)的影響，提供一種基于Markov理論的分析含風(fēng)電電力系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于Markov理論的含風(fēng)電電力系統(tǒng)隨機(jī)穩(wěn)定性分析方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，得出風(fēng)速的有限個(gè)聚類中心點(diǎn)，并將風(fēng)速的聚類中心點(diǎn)作為有限個(gè)Markov狀態(tài)，從而建立風(fēng)速的Markov鏈，利用貝葉斯分析得出各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率矩陣，從而建立風(fēng)速的Markov模型；

(2)將風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率作為隨機(jī)擾動(dòng)，建立雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型；

(3)根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)力機(jī)出力之間的確定性關(guān)系，結(jié)合步驟(1)中風(fēng)速的Markov模型和步驟(2)中雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)模型，建立含雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)的隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型；

(4)提出適用于系統(tǒng)隨機(jī)Markov動(dòng)態(tài)模型的判據(jù)。

進(jìn)一步，步驟(1)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)速進(jìn)行聚類分析，得出有限個(gè)聚類中心點(diǎn)R＝1，2，...，N，將每個(gè)聚類中心點(diǎn)作為Markov狀態(tài)，且t時(shí)刻風(fēng)速各個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率表示如下：

式中，π_ij為系統(tǒng)狀態(tài)在t時(shí)刻處于i、在t+Δt時(shí)刻處于j的轉(zhuǎn)換概率密度；π_ii表示在t時(shí)刻處于i、在t+Δt時(shí)刻處于i的轉(zhuǎn)換概率密度，且滿足s(t)表示系統(tǒng)在聚類中心點(diǎn)S＝{1，2，...，N}中隨時(shí)間的演化過程；o(Δt)表示時(shí)間增量Δt的高階無窮小；

設(shè)各風(fēng)速狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移概率矩陣Г_w＝(π_ij)_N×N，則轉(zhuǎn)移概率矩陣如下：

進(jìn)一步，步驟(2)包括以下步驟：