[发明专利]基于离散概率模型的风光互补供电系统定量优化配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于离散概率模型的风光互补供电系统定量优化配置方法，属于新能源发电技术领域。

技术背景

与水电、火电等常规电源相比，风能、太阳能等新能源发电最根本的不同点在于其有功出力的随机性、间歇性、波动性。对于某些以新能源发电装置作为主供电源的微电网系统而言，这会极大地影响电能质量甚至造成系统供电不足。另一方面，不同的新能源系统混合供电可获得相对平稳的输出性能，最典型的是风光互补供电系统。在规划设计时，对多种能源之间的最优配置问题进行定量研究具有理论与实际应用价值，但目前针对该问题系统的优化配置方法研究并不多见。大多数研究都是在不同的电源容量和接入方式下，对节点电压等系统参数进行仿真比较，这种基于枚举的确定性方法不仅工作量大，而且无法反映系统的全面情况和变量的内在规律。随机潮流(PLF)算法是解决上述问题的有效方法。经典的PLF算法运用概率统计方法处理系统中的随机变化因素，其主要过程如下:通过连续分布的特征函数，求取随机变量的半不变量，将非线性潮流方程在基准运行点线性化，以便采用卷积或Gram-Charlier级数展开等方法获得系统状态变量的分布情况，从而深刻地揭示系统运行状况，为规划决策提供更完整的信息。

实际系统中的很多随机因素具有离散特征，无法通过连续的分布函数描述，而计算机难以求解连续与离散分布的联合分布问题，因此，经典PLF算法在考虑离散随机因素时面临一定困难。本发明通过采样和卷积运算，建立离散概率分布来表示系统中的随机变化因素，包括风、光、负荷、补偿装置功率的随机分布和系统元件的随机故障。相应的，对基于连续分布和特征函数的经典PLF算法进行改进，使离散概率运算更加快捷。在改进PLF算法的基础上，进一步提出风光互补供电系统多目标配置模型及其优化算法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于概率模型的风光互补供电系统定量优化配置方法，与传统的优化配置方法相比，够能全面的反应系统运行状况，为规划决策者提供更加完整的信息。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于离散概率模型的风光互补供电系统定量优化配置方法，该配置方法的步骤如下：

步骤1对风光互补的供电系统进行综合优化配置，其目的是在于满足相关约束条件下，达到投资成本、供电能力、供电质量之间的平衡。从多目标优化的角度，可以设定三个优化目标，建立目标函数：①供电系统经济性；②负荷节点电压质量；③系统电能充裕度。

具体如下：建立如下3个目标函数：

其中，N_i和p_i分别为第i种发电装置或无功补偿装置的数目及容量；系数k_1i和k_2i分别是第i种发电装置或无功补偿装置的固定成本系数和可变成本系数；V_i为节点i电压，和V_i分别为节点i电压允许上下限；Φ是所考察的负荷节点集合；X_i为第i种发电装置的输出有功功率；Y为负荷有功功率；

式(1)为投资成本，衡量了系统的经济性；式(2)从电压角度衡量微电网波动性，表示负荷侧有节点发生电压越限的概率；式(3)衡量了微电网自给电能的充裕程度，对于孤立系统而言即为停电概率，对于并网系统而言则表示需由主网供电的概率，优化的方向是式(1)—式(3)尽可能同时达到最小。

步骤2将风、光功率曲线离散化，得到离散概率分布序列，并与表示随机故障的二项式分布卷积得到实际输出功率的离散分布序列。同样的，可得到负荷和补偿装置功率的离散分布。

A.具体如下：使用威布尔函数描述风速v的概率密度特性:

式中，π为形状参数，c为尺度参数；

B.风电场输出功率是一个由风速和风机参数共同决定的随机变量，记为x₁；若风电场具有N₁台参数完全相同的风机，且忽略不计不同风机的风俗差异，则风电场输出功率可采用如下的分段曲线描述：

式中，x₁(v)表示风速为v时对应的风电场输出功率；e为单机额定功率；v_c为切入风速；v_R为额定风速；v_F为切出风速；