基于預(yù)測(cè)技術(shù)的主動(dòng)配電網(wǎng)供電能力實(shí)時(shí)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調(diào)度高級(jí)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于預(yù)測(cè)技術(shù)的主動(dòng)配電網(wǎng) 供電能力實(shí)時(shí)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著負(fù)荷增長(zhǎng)的壓力與日倶增，能源緊缺以及環(huán)境污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重，為了適 應(yīng)能源轉(zhuǎn)型，節(jié)能環(huán)保，提高能源利用效率，勢(shì)必要順應(yīng)發(fā)展主動(dòng)配電網(wǎng)的趨勢(shì)。主動(dòng)配電 網(wǎng)是具備組合控制各種分布式能源能力的配電網(wǎng)絡(luò)，旨在解決電網(wǎng)兼容及分布式能源應(yīng)用 與利用率的提升等問(wèn)題。分布式能源的接入一方面提高了配電網(wǎng)的供電能力，另一方面，其 功率的隨機(jī)性增加了配電網(wǎng)的不穩(wěn)定性。盡管配電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)采用了較高的容載比， 負(fù)荷的不確定性以及供電瓶頸的存在仍使得負(fù)荷高峰期間失負(fù)荷的現(xiàn)象不可避免，不得不 采取拉閘限電的緩沖方式。因此，隨著主動(dòng)配電網(wǎng)的不斷成熟，科學(xué)地對(duì)它的供電能力進(jìn) 行靈活的實(shí)時(shí)評(píng)估，找到并突破供電瓶頸，才能兼顧配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及安全 性。
[0003] 在主動(dòng)配電網(wǎng)的研究中，關(guān)注點(diǎn)多數(shù)是對(duì)分布式電源配置的優(yōu)化或協(xié)調(diào)，并沒(méi)有 過(guò)多地針對(duì)供電能力進(jìn)行研究。配電網(wǎng)的供電能力是指配電網(wǎng)在滿足支路功率約束和節(jié) 點(diǎn)電壓約束的條件下所能供給的最大負(fù)荷，它由配電網(wǎng)的運(yùn)行方式和負(fù)荷的增長(zhǎng)模式所決 定?，F(xiàn)有的供電能力評(píng)估方法一般是通過(guò)計(jì)算變電站容載比、線路平均負(fù)載率這類統(tǒng)計(jì)性 的技術(shù)指標(biāo)來(lái)定性地評(píng)估配電網(wǎng)的供電能力，其評(píng)估結(jié)果能對(duì)配電網(wǎng)的規(guī)劃或者升級(jí)提供 一定的指導(dǎo)，但無(wú)法對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行提供更多指導(dǎo)。并且，當(dāng)前供電能力評(píng)估方法大多 數(shù)并未考慮分布式電源接入的情況。有文獻(xiàn)在綜合考慮各種運(yùn)行約束的基礎(chǔ)上提出了一種 實(shí)時(shí)評(píng)估配電網(wǎng)供電能力的數(shù)學(xué)模型，用于評(píng)估配電網(wǎng)當(dāng)前的安全水平并計(jì)算發(fā)生故障時(shí) 負(fù)荷的可轉(zhuǎn)移容量。有的文獻(xiàn)在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)供電能力進(jìn)行了實(shí)時(shí)評(píng)估，并且 指出，配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)在負(fù)荷不斷增長(zhǎng)的過(guò)程中依次呈現(xiàn)，逐步尋找并消除供電瓶頸有 利于提高系統(tǒng)供電能力。還有的文獻(xiàn)提出了一種基于變步長(zhǎng)重復(fù)潮流法的供電能力評(píng)估模 型，并且能求取當(dāng)下負(fù)荷分布的供電瓶頸。
[0004] 本文提出一種基于預(yù)測(cè)技術(shù)的主動(dòng)配電網(wǎng)供電能力實(shí)時(shí)評(píng)估方法。在考慮分布式 電源出力動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上采用相對(duì)增長(zhǎng)率來(lái)構(gòu)造更符合實(shí)際的負(fù)荷增長(zhǎng)方式。通過(guò)預(yù)測(cè) 技術(shù)的引入，在重復(fù)潮流法的基礎(chǔ)上通過(guò)分析給出未來(lái)一段時(shí)間配電網(wǎng)供電能力的動(dòng)態(tài)變 化曲線。另外，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，依次找到系統(tǒng)的供電瓶頸，給出亟待解決的瓶頸序列，并提 出對(duì)電網(wǎng)供電能力的改進(jìn)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于預(yù)測(cè)技術(shù)的主動(dòng)配電網(wǎng)供電能力實(shí) 時(shí)評(píng)估方法，旨在對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)配電網(wǎng)的供電能力和供電裕度進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，保證電 網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，并針對(duì)具體的設(shè)備進(jìn)行改造，提高系統(tǒng)的供電能力。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于預(yù)測(cè)技術(shù)的主動(dòng)配 電網(wǎng)供電能力實(shí)時(shí)評(píng)估方法，其特征在于：其步驟如下：
[0007] (1)采用基于相似日小波支持向量機(jī)的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)；
[0008] (2)采用基于緊致型小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法對(duì)分布式電源出力進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0009] (3)基于步驟（1)、（2)建立配電網(wǎng)在滿足支路功率約束和節(jié)點(diǎn)電壓約束的條件下 所能供應(yīng)的最大負(fù)荷數(shù)學(xué)模型；
[0010] (4)利用潮流法對(duì)步驟（3)的模型依次進(jìn)行負(fù)荷的增長(zhǎng)模式的確定、臨界點(diǎn)的確 定、供電瓶頸序列的確定。
[0011] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（1)中負(fù)荷預(yù)測(cè)采用小波變換將各相似日的負(fù)荷序 列分解為低頻部分和高頻部分；然后利用支持向量機(jī)對(duì)各部分進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)值進(jìn)行 疊加得到完整的負(fù)荷預(yù)測(cè)值。
[0012] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（2)中分布式電源的出力預(yù)測(cè)采用基于緊致型小波 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法對(duì)其出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，其基本步驟為通過(guò)利用小波函數(shù)直接取代神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)中隱含層的激勵(lì)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，得到輸出信號(hào)序列。
[0013] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（3)中的模型，其目標(biāo)函數(shù)可以表示為：
[0015] 式中：P#配電網(wǎng)能夠供應(yīng)的最大有功負(fù)荷；N為負(fù)荷點(diǎn)數(shù)；為負(fù)荷點(diǎn)i處的有 功負(fù)荷；
[0016] 其約束條件為：
[0022] 式中：PSl、PDdP 1^分別為節(jié)點(diǎn)i處發(fā)電機(jī)、分布式電源和負(fù)荷的有功功率；QSl、QDl 和Qu分別為節(jié)點(diǎn)i處發(fā)電機(jī)、分布式電源和負(fù)荷的無(wú)功功率；G ^和B ^分別為支路i-j的 電導(dǎo)和電納；Θ ^為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的功率角；U p U廣x和U Γη分別為節(jié)點(diǎn)i處的電壓 及其上下限；Ijp I rax分別為線路1的電流及其上限；s S Γχ分別為變壓器T的功率及 其上限。
[0023] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（4)中負(fù)荷增長(zhǎng)模式采用基于相對(duì)增長(zhǎng)率的負(fù)荷增 長(zhǎng)模式。
[0024] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，負(fù)荷增長(zhǎng)模式的確定步驟如下：
[0025] 將一天劃分為24個(gè)時(shí)段，則負(fù)荷點(diǎn)i處的相對(duì)增長(zhǎng)率為：
[0027] 式中：巧為負(fù)荷點(diǎn)i處負(fù)荷的相對(duì)增長(zhǎng)率；P umlP P umin分別為24個(gè)時(shí)段中負(fù)荷 點(diǎn)i處負(fù)荷的最大值和最小值；
[0028] 由此，配電網(wǎng)中基于相對(duì)增長(zhǎng)率的負(fù)荷增長(zhǎng)模式可以表示如下：
[0033] 式中：PU (m)為負(fù)荷增長(zhǎng)m次之后負(fù)荷點(diǎn)i處的負(fù)荷值；PU (0)為負(fù)荷點(diǎn)i處負(fù)荷 的初始值；Pl/ (m)為負(fù)荷增長(zhǎng)m次之后負(fù)荷點(diǎn)i處的凈負(fù)荷值；PDl為負(fù)荷點(diǎn)i處分布式電 源的出力；Pjm)為負(fù)荷增長(zhǎng)m次之后整個(gè)配電網(wǎng)的負(fù)荷值；PJ (m)為負(fù)荷增長(zhǎng)m次之后整 個(gè)配電網(wǎng)的凈負(fù)荷值。
[0034] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（4)中臨界點(diǎn)的確定是給定初始值m = m。，依次調(diào)用 PJ (km。）（k = 1，2, 3···)進(jìn)行潮流計(jì)算，直到系統(tǒng)第一次發(fā)生越限為止，記此時(shí)k = k。，則 系統(tǒng)的供電能力必然處于Pii(kQ-l)m。]和？^。!]!。）之間；給定精度ε = ε。，令a= (kQ_l) mQ，b = k。!!!。，區(qū)間[a，b]的中點(diǎn)設(shè)為c，調(diào)用PJ (c)進(jìn)行潮流計(jì)算，若系統(tǒng)不越限則令a = c，否則令b = c，重復(fù)以上步驟直到滿足精度要求，即b_a〈 ε。，輸出(a)的值即為當(dāng)前配 電網(wǎng)的供電能力。
[0035] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，步驟（4)中供電瓶頸序列的確定是待步驟（4)中臨界點(diǎn) 確定后，記錄發(fā)生越限的負(fù)荷點(diǎn)（即供電瓶頸）的節(jié)點(diǎn)號(hào)及其越限的約束條件，并放寬該約 束，即若由于節(jié)點(diǎn)電壓不滿足約束條件而越限，則放寬節(jié)點(diǎn)電壓約束；繼續(xù)增長(zhǎng)負(fù)荷，確定 下一個(gè)供電瓶頸；以此循環(huán)，即可得到某時(shí)刻下的供電瓶頸節(jié)點(diǎn)號(hào)的序列。
[0036] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，供電瓶頸序列的確定中涉及節(jié)點(diǎn)電壓越限、變壓器功率 越限、線路功率越限3種越限形式。
[0037] 進(jìn)一步的技術(shù)方案還在于，其具體實(shí)時(shí)評(píng)估方法如下：
[0038] 1)將未來(lái)的一天劃分為24個(gè)時(shí)段，預(yù)測(cè)每個(gè)時(shí)段負(fù)荷點(diǎn)i處的負(fù)荷值Pu以及分 布式電源的出力PDl (無(wú)分布式電源時(shí)PDl=〇);
[0039] 2)針對(duì)每一個(gè)時(shí)段，給定初始值m = m。，計(jì)增長(zhǎng)負(fù)荷以來(lái)系統(tǒng)累計(jì)發(fā)生越限的次 數(shù)為g，調(diào)用V (km。）（k = 1，2, 3···)進(jìn)行潮流計(jì)算，直到系統(tǒng)第一次發(fā)生越限為止，即g = 1，記此時(shí)k = k。；
[0040] 3)給定精度ε = ε。，令a = (kQ-l)m。，b = kQm。，構(gòu)造閉區(qū)間[a，b]并用半分法 求取滿足精度要求的臨界點(diǎn)，此時(shí)負(fù)荷點(diǎn)i處的負(fù)荷值為Pu (a);
[0041] 4)將臨界點(diǎn)處各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷值進(jìn)行累加，即得系統(tǒng)的供電能力；
[0042] 5)若系統(tǒng)發(fā)生電壓越限，記G(l，g) = i，并令υΓη= 0，1^_= 1001]廣;若系統(tǒng)發(fā) 生變壓器功率越限，記G(2，g) = i，并令\廣=IOOSt/S若為線路功率越限，記G(3，g) =i，并令 Sumax= lOOSu·;
[0043] 6)繼續(xù)增長(zhǎng)負(fù)荷至得到5個(gè)瓶頸節(jié)點(diǎn)，即g = 5 ;
[0044] 7)輸出供電瓶頸序列G ;
[0045] 8)將各個(gè)時(shí)段系統(tǒng)的供電能力及供電瓶頸的變化制成曲線與表格供調(diào)度人員參 考。
[0046] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：該方法考慮了配電網(wǎng)中多種分布式電 源接入的情況，利用預(yù)測(cè)技術(shù)得到未來(lái)時(shí)刻的負(fù)荷及分布式電源的出力，以配電網(wǎng)能夠承 擔(dān)的最大負(fù)荷為目標(biāo)函數(shù)，以系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求為約束條件，建立了數(shù)學(xué)模型。該模型不 僅能夠?qū)ξ磥?lái)一段時(shí)間內(nèi)配電網(wǎng)的供電能力和供電裕度進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，還能夠給出限制系 統(tǒng)供電能力的供電瓶頸序列，從而使調(diào)度人員能夠根據(jù)評(píng)估結(jié)果提前采取相應(yīng)的措施以保 證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，并針對(duì)具體的瓶頸設(shè)備進(jìn)行改造，提高系統(tǒng)的供電能力。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0048] 圖1是本發(fā)明供電能力實(shí)時(shí)評(píng)估流程圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明小波支持向量機(jī)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型圖；
[0050] 圖3是本發(fā)明緊致型小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)圖；
[0051] 圖4是本發(fā)明互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)