基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，屬于電力系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明利用偽序貫蒙特卡洛仿真法進行主動配電網(wǎng)的可靠性分析，既降低運算時間，又提高了分析準確性；同時，本發(fā)明方法還充分考慮到了主動配電網(wǎng)的特點，在系統(tǒng)狀態(tài)抽樣中計及了通信系統(tǒng)以及配電自動化中電力電子設(shè)備的狀態(tài)，在正常狀態(tài)下對系統(tǒng)進行智能操作，在故障時則按傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)絡(luò)進行處理，符合主動配電網(wǎng)的實際情況，獲得的可靠性數(shù)據(jù)更具有可信度。
【專利說明】基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，尤其涉及一種基于偽序貫蒙特卡洛 模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，屬于電力系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 主動配電網(wǎng)是具備組合控制各種分布式能源（DG、可控負荷、儲能、需求車管理 等）能力的配電網(wǎng)絡(luò)，其目的是加大配電網(wǎng)對于可再生能源的接納能力、提升配電網(wǎng)資產(chǎn) 的利用率、提高用戶的用電質(zhì)量和供電可靠性。配電網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng) 運行控制、電網(wǎng)與充放電設(shè)施互動、智能配用電等電網(wǎng)分析與運行關(guān)鍵技術(shù)的有效解決方 案。從本質(zhì)上說：主動配電網(wǎng)是利用先進的信息、通信以及電力電子技術(shù)對規(guī)模化接入分布 式能源的配電網(wǎng)實施主動管理，能夠自主協(xié)調(diào)控制間歇式新能源與儲能裝置等DG單元，積 極消納可再生能源并確保網(wǎng)絡(luò)的安全經(jīng)濟運行。有效評估主動配電網(wǎng)的可靠性對未來電網(wǎng) 的發(fā)展具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)可靠性評估，首先建立系統(tǒng)各元件的運行、停運狀態(tài)模型，根據(jù)配 電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進而分析元件故障產(chǎn)生的后果，一般采用解析法或模擬法。解析法對于元件 數(shù)多的系統(tǒng)容易產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)，不適用于實際的大規(guī)模配電網(wǎng)。蒙特卡洛模擬法在滿足一定 計算精度的要求下，抽樣次數(shù)與系統(tǒng)的規(guī)模無關(guān)，因此特別適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性 評估，主要分為序貫和非序貫。
[0004] 序貫?zāi)M法是按照時間順序，在某一時間跨度上進行的模擬，可以靈活地模擬狀 態(tài)持續(xù)時間的任何分布，評估結(jié)果更加符合實際。但是需要以時鐘推進的方式抽樣并分析 元件和系統(tǒng)的狀態(tài)，因此需要較多的內(nèi)存空間和較長的仿真時間，且模擬流程比較復(fù)雜。非 序貫?zāi)M法通過產(chǎn)生均勻分布的隨機數(shù)與與元件狀態(tài)概率比較確定元件的狀態(tài)進而得到 系統(tǒng)的狀態(tài)進行分析。序貫?zāi)M法的優(yōu)點是收斂速度快、算法容易實現(xiàn)、內(nèi)存需求低，但是 其缺點是沒有考慮系統(tǒng)的時序特性，結(jié)果有較大偏差。
[0005] 此外，含有分布式電源的傳統(tǒng)配電網(wǎng)可靠性分析只考慮系統(tǒng)元件和分布式電源的 故障，并沒有考慮到通訊以及電力電子設(shè)備的故障，因此并不適用于主動配電網(wǎng)的可靠性 分析。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有蒙特卡洛模擬法無法適用于主動配電 網(wǎng)的可靠性分析的不足，提供一種基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方 法，能夠?qū)χ鲃优潆娋W(wǎng)的可靠性進行快速而準確的分析。
[0007] 本發(fā)明基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、對所述主動配電網(wǎng)中配電系統(tǒng)的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件 進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網(wǎng)較長時間尺度的配電系統(tǒng)狀態(tài)時間 序列；
[0009] 步驟2、從較長時間尺度的配電系統(tǒng)狀態(tài)時間序列中隨機抽取所需時間跨度的子 序列；
[0010] 步驟3、從步驟2所抽取的子序列中隨機抽樣某個時刻t的配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t);
[0011] 步驟4、對配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t)進行評估，如處于正常狀態(tài)，則轉(zhuǎn)至步驟3 ;如處于故 障狀態(tài)，則執(zhí)行步驟5;
[0012] 步驟5、對所述主動配電網(wǎng)在時刻t的通訊系統(tǒng)和配電自動化電力電子設(shè)備狀態(tài) 進行抽樣并判斷是否處于正常狀態(tài)，如果通訊系統(tǒng)和配電自動化電力電子設(shè)備處于正常狀 態(tài)，則主動配電網(wǎng)進行在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，并判斷重構(gòu)后的主動配電網(wǎng)是否造成用戶停電，如 否，則轉(zhuǎn)至步驟8,如是，則更新配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t)后進入步驟6 ;如果通訊系統(tǒng)和配電自動 化電力電子設(shè)備處于故障狀態(tài)，則主動配電網(wǎng)退化為被動配電網(wǎng)，進行故障處理并更新配 電系統(tǒng)狀態(tài)x(t)后進入步驟6 ;
[0013] 步驟6、從時刻t開始分別向前和向后對所述主動配電網(wǎng)的配電系統(tǒng)進行系統(tǒng)狀 態(tài)轉(zhuǎn)移序貫蒙特卡洛模擬，直到找到正常的系統(tǒng)狀態(tài)，得到配電系統(tǒng)故障狀態(tài)子序列和本 次故障持續(xù)時間；
[0014] 步驟7、對受影響的負荷點進行分類并求取負荷側(cè)可靠性指標(biāo)；
[0015] 步驟8、判斷預(yù)設(shè)的終止條件是否得到滿足，若滿足，根據(jù)負荷側(cè)的可靠性指標(biāo)求 取系統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)；如果不滿足，返回步驟2。
[0016] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0017] 1、本發(fā)明在系統(tǒng)狀態(tài)抽樣中計及了通信系統(tǒng)以及配電自動化中電力電子設(shè)備的 狀態(tài)，在正常狀態(tài)下對系統(tǒng)進行智能操作，在故障時則按傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)絡(luò)進行處理，符 合主動配電網(wǎng)的實際情況，獲得的可靠性數(shù)據(jù)更具有可信度。
[0018] 2、本發(fā)明采用采用偽序貫蒙特卡洛仿真法，該方法保留了序貫蒙特卡洛仿真的時 序性和準確定特點，在系統(tǒng)元件抽樣中采用非序貫蒙特卡洛仿真，提高了算法的運行速度， 提高效率，減少內(nèi)存使用，適應(yīng)于大規(guī)模系統(tǒng)的仿真。
[0019] 3、本發(fā)明采用的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移法不需要考慮每個元件的運行-故障持續(xù)時間序 列，而把系統(tǒng)作為一個整體進行抽樣，提高了算法效率。
[0020] 4、本發(fā)明提供了主動配電網(wǎng)可靠性分析的詳細流程與步驟，為主動配電網(wǎng)的可靠 性分析提供參考，有利于該領(lǐng)域新指標(biāo)的提出與發(fā)展。
[0021] 5、本發(fā)明中對風(fēng)機與光伏的出力分別采用Weibull分布和Beta分布進行模擬，相 比馬爾可夫兩狀態(tài)模型，充分考慮了風(fēng)和光的隨機性，因此抽樣過程更加合理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為為馬爾可夫兩狀態(tài)模型示意圖；
[0023] 圖2為主動配電網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3為故障持續(xù)時間Ds的示意圖；
[0025] 圖4為系統(tǒng)將要到達的下一狀態(tài)抽樣示意圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明的配電網(wǎng)可靠性分析方法流程圖。

【具體實施方式】
[0027] 由于主動配電網(wǎng)中包含可再生能源（風(fēng)電、光伏、燃氣輪機、柴油機組）、儲能元 件、電動汽車，使得主動配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比狀態(tài)數(shù)量急劇增加，本發(fā)明針對現(xiàn)有蒙特 卡洛模擬方法無法適用于主動配電網(wǎng)可靠性分析的問題，提出了一種基于偽序貫蒙特卡洛 模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，該方法采用非序貫抽樣模擬法可以減少仿真所用時間 和內(nèi)存，而在抽樣到故障時采用序貫?zāi)M方法，提高了所求可靠性數(shù)據(jù)的準確性；并在序貫 模擬時靈活采用系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移抽樣，將系統(tǒng)看成一個整體，避免了對每一個元件進行抽樣 的復(fù)雜過程。同時，本發(fā)明方法還充分考慮到了主動配電網(wǎng)的特點，在系統(tǒng)狀態(tài)抽樣中計及 了通信系統(tǒng)以及配電自動化中電力電子設(shè)備的狀態(tài)，在正常狀態(tài)下對系統(tǒng)進行智能操作， 在故障時則按傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)絡(luò)進行處理，符合主動配電網(wǎng)的實際情況，獲得的可靠性 數(shù)據(jù)更具有可信度。
[0028] 偽序貫蒙特卡洛模擬方法是結(jié)合序貫和非序貫的混合方法，該方法對系統(tǒng)狀態(tài)進 行非序貫蒙特卡洛抽樣，而僅對描述整個停電過程的故障相鄰狀態(tài)子序列進行序貫蒙特卡 洛模擬，這樣既保留了序貫蒙特卡洛方法的準確性又保持了非序貫蒙特卡洛方法的計算效 率。
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。
[0030] 本發(fā)明的基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，包括以下步 驟：
[0031] 步驟1、對所述主動配電網(wǎng)中配電系統(tǒng)的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件 (風(fēng)機、光伏等）進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網(wǎng)較長時間尺度的配 電系統(tǒng)狀態(tài)時間序列，可記為s k;
[0032] 主動配電網(wǎng)的配電系統(tǒng)包括電源元件（分布式電源）和非電源元件，其中分布式 電源元件包括風(fēng)機和光伏，根據(jù)概率分布函數(shù)采用等步長的序貫蒙特卡洛模擬法即可得出 多年分布式電源出力序列，步長At-般取一小時。
[0033] 本發(fā)明技術(shù)方案中認為風(fēng)速服從Weibull分布，風(fēng)速概率分布函數(shù)：
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，其特征在于，包括以 下步驟： 步驟1、對所述主動配電網(wǎng)中配電系統(tǒng)的非電源元件進行非序貫抽樣，對電源元件進 行等步長的序貫蒙特卡洛模擬，生成所述主動配電網(wǎng)較長時間尺度的配電系統(tǒng)狀態(tài)時間序 列； 步驟2、從較長時間尺度的配電系統(tǒng)狀態(tài)時間序列中隨機抽取所需時間跨度的子序 列； 步驟3、從步驟2所抽取的子序列中隨機抽樣某個時刻t的配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t); 步驟4、對配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t)進行評估，如處于正常狀態(tài)，則轉(zhuǎn)至步驟3 ;如處于故障狀 態(tài)，則執(zhí)行步驟5 ; 步驟5、對所述主動配電網(wǎng)在時刻t的通訊系統(tǒng)和配電自動化電力電子設(shè)備狀態(tài)進行 抽樣并判斷是否處于正常狀態(tài)，如果通訊系統(tǒng)和配電自動化電力電子設(shè)備處于正常狀態(tài)， 則主動配電網(wǎng)進行在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，并判斷重構(gòu)后的主動配電網(wǎng)是否造成用戶停電，如否，則 轉(zhuǎn)至步驟8,如是，則更新配電系統(tǒng)狀態(tài)x(t)后進入步驟6 ;如果通訊系統(tǒng)和配電自動化電 力電子設(shè)備處于故障狀態(tài)，則主動配電網(wǎng)退化為被動配電網(wǎng)，進行故障處理并更新配電系 統(tǒng)狀態(tài)X (t)后進入步驟6 ; 步驟6、從時刻t開始分別向前和向后對所述主動配電網(wǎng)的配電系統(tǒng)進行系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn) 移序貫蒙特卡洛模擬，直到找到正常的系統(tǒng)狀態(tài)，得到配電系統(tǒng)故障狀態(tài)子序列和本次故 障持續(xù)時間； 步驟7、對受影響的負荷點進行分類并求取負荷側(cè)可靠性指標(biāo)； 步驟8、判斷預(yù)設(shè)的終止條件是否得到滿足，若滿足，根據(jù)負荷側(cè)的可靠性指標(biāo)求取系 統(tǒng)側(cè)可靠性指標(biāo)；如果不滿足，返回步驟2。
2. 如權(quán)利要求1所述基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，其特征 在于，步驟2中所述所需時間跨度為一年。
3. 如權(quán)利要求1所述基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，其特征 在于，在對電源元件進行等步長的序貫蒙特卡洛模擬時，風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電的出力分別采 用Weibull分布和Beta分布進行模擬。
4. 如權(quán)利要求1所述基于偽序貫蒙特卡洛模擬的主動配電網(wǎng)可靠性分析方法，其特征 在于，利用兩狀態(tài)馬爾可夫模型對所述主動配電網(wǎng)中配電系統(tǒng)的非電源元件進行非序貫抽 樣。
【文檔編號】H02J4/00GK104218620SQ201410504818
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】王海潛, 高山, 孫建龍, 黃俊輝, 謝珍建, 于樂, 談健, 歸三榮, 李玻, 韓俊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經(jīng)濟技術(shù)研究, 院, 東南大學(xué)