適用于微電網(wǎng)的多狀態(tài)等值分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于微電網(wǎng)的多狀態(tài)等值分析方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，傳統(tǒng)能源枯竭、全球氣候變暖、環(huán)境污染等多重壓力，促使各種新能源發(fā) 電技術(shù)(如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等)在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展。為充分發(fā)揮分布式發(fā)電靈活、 經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，微電網(wǎng)技術(shù)被認(rèn)為是中低壓層面上消納分布式發(fā)電的有效手段，成為一 種實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)山區(qū)供電，具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)方案。然而，由于微電網(wǎng)中存在多種能源輸 入(光/風(fēng)/天然氣等）、多種能量轉(zhuǎn)換單元(光-電/風(fēng)-電等）；微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電單元特 性各異，有功率可控的微型燃汽輪機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)，也有功率不可控的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電， 這使得含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)在規(guī)劃、運(yùn)行分析、可靠性評(píng)估等方面變得更加復(fù)雜。在實(shí)際對(duì) 含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、運(yùn)行分析、可靠性評(píng)估時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)研究的區(qū)域，或是 感興趣的區(qū)域只占整個(gè)系統(tǒng)的很少一部分，如果能將不感興趣的部分用一個(gè)有效的模型進(jìn) 行等值，通過該等值模型對(duì)所要研究的系統(tǒng)進(jìn)行分析，這將大大減小系統(tǒng)規(guī)模，從而可降低 研究復(fù)雜程度。
[0003] 然而，現(xiàn)有的微電網(wǎng)等值技術(shù)所建立的等值模型只能應(yīng)用于含微電網(wǎng)的電力系統(tǒng) 的暫態(tài)穩(wěn)定和短期電壓穩(wěn)定仿真分析，而不適用于對(duì)含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、運(yùn)行 分析、可靠性評(píng)估等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種適用于微電網(wǎng)的多狀態(tài)等值分析方法及 系統(tǒng)，能夠解決含微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行分析、可靠性評(píng)估研究中微電網(wǎng)等值問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供了一種適用于微電網(wǎng)的多狀態(tài)等值分析方法，所述微電網(wǎng) 包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，所述方法包括：
[0007] 建立所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0008] 建立所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0009] 建立所述傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0010] 建立所述微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0011] 根據(jù)所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型、所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成 函數(shù)UGF模型、所述傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型和所述微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成 函數(shù)UGF模型，建立微電網(wǎng)等值模型：
[0013]其中，UMG(z)表示微電網(wǎng)等值模型，Upvs(z)表示光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF 模型，Uwf(z)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型，uac(z)表示傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用 生成函數(shù)UGF模型，ui〇ad(z)表不微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UGF模型；ΩΦρ、Ω%分別表不 通用生成函數(shù)UGF的通用并聯(lián)算子和減法算子;Z的指數(shù)項(xiàng)和系數(shù)項(xiàng)分別表示狀態(tài)和概率， 其中Z用于區(qū)別狀態(tài)及概率，其本身無實(shí)質(zhì)意義和取值;kipf、g嚴(yán)^分別對(duì)應(yīng)微電網(wǎng) 輸出功率的狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值表示輸出功率的大?。?br>[0014]根據(jù)所述微電網(wǎng)等值模型對(duì)所述微電網(wǎng)進(jìn)行等值分析。
[0015]進(jìn)一步地，建立所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型，包括：
[0016]al.建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型：
[0018]其中，UMA(z)表示光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型；ΩΦΡ表示 UGF模型的通用并聯(lián)算子;UmCKU(Z)表示第1個(gè)光伏陣列逆變器組的UGF模型;UMd,_d(z)表 不第nm〇d個(gè)光伏陣列逆變器組的UGF模型；kMA、/?/*嚴(yán)人g/w分別對(duì)應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)機(jī)械狀 態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值表示正常工作的電池串?dāng)?shù)目；
[0019]其中，所述光伏陣列逆變器組的UGF模型為：
[0021]其中，Uinv(z)表示光伏逆變器的UGF模型，Uinv(z) 表示 光伏陣列的UGF模型，
其中，Ustr(z)表不光伏電池 串的UGF模型，ustr(z) =UstrZQ+(l-UstOZ1 ;其中，Ustr表示電池串的不可用率，
;其中，Uww為光伏電池塊的不可用率;Uinv為逆變器的不可用率； ΩΦΡ、ΩΦ5分別為UGF的通用并聯(lián)算子和串聯(lián)算子;karr、i?r廣'g/"T分別對(duì)應(yīng)光伏陣列的狀 態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值;gfM分別對(duì)應(yīng)光伏逆變器組的狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概 率及狀態(tài)值；
[0022]b1.建立光伏出力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型：
[0024]其中，uIR(z)表示光伏出力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型;nIR、/?r嚴(yán)、g嚴(yán)分 別表示光伏出力狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值表示單位光伏電池串面積的輸 出功率；
[0025]其中，利用馬爾科夫模型進(jìn)行光照強(qiáng)度概率預(yù)測(cè)，根據(jù)光照強(qiáng)度歷史數(shù)據(jù)將光照 強(qiáng)度等間隔劃分為mR個(gè)區(qū)間，分別表示nIR個(gè)狀態(tài)，已知初始時(shí)刻to光照強(qiáng)度的狀態(tài)概率，根 據(jù)ΡΗω=ΡΓ(?ο) ·Ρ求得未來某時(shí)刻七的預(yù)測(cè)狀態(tài)概率;其中，Pr(to)為初始時(shí)刻to的狀態(tài) 概率，為1XniR行向量;Pr(ti)為未來某時(shí)刻ti的預(yù)測(cè)狀態(tài)概率，為1XmR行向量;P為狀態(tài)轉(zhuǎn) 移概率矩陣，為niRxniR矩陣;根據(jù)得到的未來某時(shí)刻的預(yù)測(cè)光照強(qiáng)度狀態(tài)及概率，結(jié)合光 能轉(zhuǎn)換特性Ps=nSI，建立所述光伏出力概率預(yù)測(cè)性的UGF模型：
[0026] 將未來某時(shí)刻的預(yù)測(cè)光照強(qiáng)度狀態(tài)代入光能轉(zhuǎn)換特性ps=nsi中，得到所述光伏
[0027]其中，η為轉(zhuǎn)換效率，s為陣列面積，I為光照強(qiáng)度；
[0028]cl.根據(jù)所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型和所述光伏出 力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型，建立所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型：
[0030]其中，upvs(z)為光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型；的通用乘法算 子;kpvs、/?rf'g/"分別對(duì)應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出力狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài) 值表示輸出功率的大小。
[0031]進(jìn)一步地，建立所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)模型，包括：
[0032] a2.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型：
[0034]其中，uwf (z)為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型;風(fēng)電場(chǎng)共有nw臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)，kwf、分別對(duì)應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)機(jī)械狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài) 值，所述狀態(tài)值為正常工作的風(fēng)機(jī)數(shù)目；其中，如心）=1^2 <)+(1-1^)21;1^=1-(卜1^(3)(1-1]_:)(1-1]_) ;1^(2)為未來某時(shí)刻單臺(tái)風(fēng)機(jī)的不可用率1^的1^模型;1]_(3為 (^、1]_分別 為發(fā)電機(jī)、齒輪箱、逆變器的不可用率，Uwt為單臺(tái)風(fēng)機(jī)的不可用率；
[0035]b2.建立風(fēng)機(jī)出力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型：
[0037]其中，uve(z)為風(fēng)機(jī)出力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型；ην(3、/^νβ·gf分 別表示風(fēng)機(jī)出力狀態(tài)數(shù)、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值為單臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出功率的大??；
[0038]其中，利用馬爾科夫模型進(jìn)行風(fēng)速狀態(tài)預(yù)測(cè)，根據(jù)風(fēng)速狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)將風(fēng)速狀態(tài) 等間隔劃分為mR個(gè)區(qū)間，分別表示nIR個(gè)狀態(tài);已知初始時(shí)刻風(fēng)速狀態(tài)及概率，根據(jù)Pr(t〇 = Pr(to) ·P得到未來某時(shí)刻的預(yù)測(cè)風(fēng)速狀態(tài)及概率，其中，Pr(to)為初始時(shí)刻to的狀態(tài)概率， 為1XniR行向量;Pr(ti)為未來某時(shí)刻七的預(yù)測(cè)狀態(tài)概率，為1XniR行向量;P為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概 率矩陣，為niRXniR矩陣；
[0039]將預(yù)測(cè)風(fēng)速狀態(tài)及概率代入風(fēng)能轉(zhuǎn)換特性模型，得到單臺(tái)風(fēng)機(jī)的多狀態(tài)出力概率 預(yù)測(cè)：
[0041]其中，wPr為風(fēng)機(jī)的額定功率，Vc^Vcx^Vr分別為切入、切出和額定風(fēng)速;根據(jù)所述單 臺(tái)風(fēng)機(jī)的多狀態(tài)出力概率預(yù)測(cè)，建立風(fēng)機(jī)出力概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型
[0042] c2.據(jù)所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模型和所述風(fēng)機(jī)出力 概率預(yù)測(cè)性的通用生成函數(shù)UGF模型，建立所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)模型：
[0044]其中，的通用乘法算子;kwts、，廣、發(fā)廣分別對(duì)應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出力 狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的大小。
[0045]進(jìn)一步地，建立所述傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型，包括：
[0047]其中，Uac(z)為所有投運(yùn)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型； ",(ζ)=L'(Z"+(I-C', uc(z)為單臺(tái)傳統(tǒng)機(jī)組的UGF模型;UA機(jī)組處于停運(yùn)狀態(tài)的概率;nc 為機(jī)組的數(shù)量;Pc為機(jī)組經(jīng)過邊際時(shí)間向上或向下爬坡后的出力;kac、gf分別對(duì)應(yīng) 所有投運(yùn)傳統(tǒng)機(jī)組的出力狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值為機(jī)組輸出功率的大 小。
[0048]進(jìn)一步地，建立所述微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UGF模型，包括：
[0049]利用馬爾科夫模型進(jìn)行負(fù)荷概率預(yù)測(cè)，已知初始時(shí)刻負(fù)荷狀態(tài)及概率，根據(jù)式Pr(t〇 =Pr(t〇) ·P得到未來某時(shí)刻的預(yù)測(cè)負(fù)荷狀態(tài)及概率，根據(jù)未來某時(shí)刻的預(yù)測(cè)負(fù)荷狀態(tài) 及概率建立所述微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)模型：
[0051]其中，Ulciad(z)為微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UFG模型;1??Μ(1、ρΓ/°氣分別 對(duì)應(yīng)負(fù)荷的狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值為負(fù)荷的大?。黄渲?，Pr(to)為初始 時(shí)刻to的狀態(tài)概率，為1XniR行向量;Pr(ti)為未來某時(shí)刻七的預(yù)測(cè)狀態(tài)概率，為1XniR行向 量;P為狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，為niRXniR矩陣。
[0052] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種適用于微電網(wǎng)的多狀態(tài)等值分析系統(tǒng)，所述微電 網(wǎng)包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，所述系統(tǒng)包括：
[0053]第一建立單元，用于建立所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0054]第二建立單元，用于建立所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0055]第三建立單元，用于建立所述傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0056]第四建立單元，用于建立所述微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UGF模型；
[0057]第五建立單元，用于根據(jù)所述第一建立單元建立的光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù) UGF模型、所述第二建立單元建立的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型、所述第三建立 單元建立的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用生成函數(shù)UGF模型和所述第四建立單元建立的微電網(wǎng)的負(fù) 荷的通用生成函數(shù)UGF模型，建立微電網(wǎng)等值模型：
[0059]其中，uMG(z)表示微電網(wǎng)等值模型，upvs(z)表示光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型，Uwf(z)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的通用生成函數(shù)UGF模型，uac(z)表示傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的通用 生成函數(shù)UGF模型，ui〇ad(z)表不微電網(wǎng)的負(fù)荷的通用生成函數(shù)UGF模型；ΩΦρ、Ω%分別表不 通用生成函數(shù)UGF的通用并聯(lián)算子和減法算子;Z的指數(shù)項(xiàng)和系數(shù)項(xiàng)分別表示狀態(tài)和概率， 其中Z用于區(qū)別狀態(tài)及概率，其本身無實(shí)質(zhì)意義和取值;kMC、分別對(duì)應(yīng)微電網(wǎng) 輸出功率的狀態(tài)數(shù)目、狀態(tài)概率及狀態(tài)值，所述狀態(tài)值表示輸出功率的大??；
[0060]分析單元，用于根據(jù)所述第五建立單元建立的微電網(wǎng)等值模型對(duì)所述微電網(wǎng)進(jìn)行 等值分析。
[0061]進(jìn)一步地，所述第一建立單元包括第一建立模塊、第二建立模塊和第三建立模塊； [0062]所述第一建立模塊，用于建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)械可靠性的通用生成函數(shù)UGF模 型：
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