[發明專利]一種綜合能源系統概率能流的計算方法

有效

• 申請號: 201910726552.3
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110532642B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 秦博宇;方鋮;李景
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/15;G06F17/11;G06Q50/06;G06F111/10;G06F111/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種綜合能源系統概率能流的計算方法，對風力發電單元、光伏發電單元和氣網負荷進行概率建模，得到風力發電概率模型、光伏出力模型以及氣網負荷概率模型，按照風力發電概率模型、光伏出力模型和氣網負荷概率模型進行采樣，利用Nataf變換對概率采樣樣本添加相關性，然后對采樣樣本進行點估計，根據所得的估計點求解綜合能源系統穩態能流即可。本發明綜合考慮了電力系統中的風能、太陽能以及天然氣系統中氣體負荷的不確定性，建立計算概率能流的實用化模型。考慮到現實中不同風力發電和不同太陽能發電之間的相關性，利用Nataf變換達到解決綜合能源系統中的綜合能流問題，并且有效地提高了求解精度和計算效率。

技術領域

本發明屬于綜合能源系統可靠性技術領域，具體設計一種綜合能源系統概率能流的計算方法。

背景技術

近年來，全球能源形勢越來越嚴峻，與能源消耗相關的環境問題如大氣變暖、天氣污染問題也逐漸惡化，能源問題已經影響全人類生存與發展。探索可行、高效、經濟的能源格局，減少與能源消耗對環境的影響已經成為世界的共識。綜合能源系統能夠對各個能源進行優勢互補，協調運行，提高能量利用效率和經濟效益，減少能源消耗對環境的影響，因而得到了世界各國的廣泛關注。

綜合能源系統能夠整合各種形式的能源，因而不可避免地存在可靠性問題：新能源的接入給電力系統帶來了很大的不確定性問題；氣網負荷也具有一定的波動性和不確定性，同時各種形式的能量耦合環節也會給綜合能源系統帶來不確定性問題。因此，實際上綜合能源系統的能量流呈現一定概率的形式，傳統的穩態能流問題已經不能完全反應綜合能源系統的狀態信息，因此有必要進行綜合能源系統的概率能流計算。

要對綜合能源系統的概率能流進行計算，必先計算該系統的穩態能量流。目前，牛頓法是穩態能量流計算的通用方法。此外，根據雅可比矩陣的結構，通過迭代各種能量系統使用該方法獲得的解可以分為兩種形式：獨立牛頓迭代法和統一牛頓迭代法。獨立牛頓迭代法中每個能量系統獨立形成自己的雅可比矩陣，并分別使用牛頓法進行計算，在能量耦合單元對不平衡量迭代直到整個系統的能量流收斂。這種方法比較簡單，但計算速度稍慢。統一牛頓迭代法是構造一個包含諸多能源系統的雅可比矩陣并進行統一的牛頓迭代，以此獲得整個網絡的綜合能量流。這種方法雅克比矩陣的構造比較復雜，但由于不需要進行能量耦合單元的不平衡量迭代，因此收斂速度比較快。

目前，綜合能源系統的概率能流進行計算研究并不多，主要方法類似于傳統電力系統中的概率潮流計算方法，包括蒙特卡羅模擬法，解析法和近似方法。根據大數定理，蒙特卡羅模擬需要許多樣本(3000個以上)才能獲得良好的精度，因此這種方法需要耗費相當長的時間，但是蒙特卡羅模擬法可以獲得最準確的結果，因此，它是衡量其他方法精確度的參考。解析法通過線性化交流模型和卷積方法解決概率能流問題，在系統相對較大且需要考慮許多個組件的情況下，使用此方法將使得計算量呈現指數增長的趨勢。因此，該方法不像其他兩種方法那樣廣泛使用。近似方法是解決概率能流問題的重要方法，該方法主要包括一階二階矩法和點估計法。一階二階矩法具有快速的解決方案速度和良好的精度。由于采用泰勒展開法，只考慮線性項，忽略高階項，因此，當系統高度非線性或概率變量非常不對稱時，將導致比較大的誤差。點估計法現在被廣泛用于解決概率能流的問題，通過高斯積分技術，可以輕松獲得估計點，該方法的求解速度非常高。但是原始的點估計法并不能處理相關變量的問題，并且估計點可能超過約束的邊界，這將導致結果失去準確性。因此，點估計法僅限于特定應用。

綜上所述，目前的大多數方法存在計算速度和計算準確性的問題，本專利提出一種結合Nataf變換并考慮邊界約束的快速點估計法，對綜合能源系統的概率能流問題進行研究，有效地提高了求解精度和計算效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種考慮相關性和邊界約束的綜合能源系統概率能流的計算方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種綜合能源系統概率能流的計算方法，根據綜合能源系統的電力系統潮流和天然氣系統能流，得到綜合能源系統穩態能流；