基于多项式混沌展开的电力系统概率可用输电能力研究

作     者：李春晖 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜涛

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：可用输电能力 多项式混沌展开 概率模型 机会约束 不确定性分析 

摘      要：大规模开发和利用可再生能源有利于实现电力系统清洁低碳转型,是实现国家“碳达峰、碳中和战略目标的重要技术手段。由于可再生能源出力随机性、间歇性的特征,使得电力系统运行呈现出更大的不确定性,系统运行状态也更加复杂,对电力系统的安全稳定提出了更高的要求。电力系统可用输电能力(Available Transfer Capability,ATC)作为评估电力系统安全性和经济性的重要指标,风电出力的强不确定性、随机性使得区域间可用输电能力呈现较大的概率性特征,同时增大电力系统潮流越限的风险,对于快速、准确评估电力系统区域间可用输电能力带来了全新的挑战。研究适用于求解计及风电出力不确定性含机会约束的概率ATC评估的新方法,获得兼顾电力系统安全性和经济性的ATC结果,对于保障电力系统的运行调度、稳定性分析和可靠性评估等具有重要意义。为此,本文提出一种基于多项式混沌展开(Polynomial Chaos Expansion,PCE)含机会约束的电力系统概率ATC评估方法,主要研究工作如下:首先,建立经风电出力预测误差修正的风电场出力预测模型,以作为电力系统的不确定性输入,研究风电出力不确定性对电力系统可用输电能力评估的影响;针对基于机会约束的电力系统概率ATC求解难题,从控制风电出力不确定性所引起的电力系统潮流越限风险的角度,在直角坐标系下的传统最优潮流ATC计算模型的基础上,考虑风电出力的强不确定性,将发电机出力约束、节点电压幅值约束和支路热稳定约束转化为机会约束形式,构建基于机会约束的电力系统概率ATC评估模型。然后,基于多项式混沌展开基本原理,根据风电出力预测误差的概率分布特征,选择对应的正交多项式为正交基函数,以近似风电出力预测误差及电力网络中与之相关的其他随机变量;进一步,分别借助随机Galerkin投影和基于一阶矩、二阶矩的机会约束转化方法将所构建的含机会约束的电力系统概率ATC评估模型的概率等式约束和机会约束转化为确定性约束,以实现含机会约束的电力系统概率ATC评估模型向易于求解的确定性单次优化模型的转化,进而实现含机会约束概率ATC模型的求解;并分别通过修改的PJM-5测试系统、修改的IEEE-118测试系统对所提基于PCE的电力系统概率ATC评估模型进行验证、分析,并将结果与传统蒙特卡洛模拟法的结果进行对比、分析,以验证基于PCE的概率ATC评估模型的准确性和有效性。结果表明,所提基于PCE的电力系统概率ATC评估模型可准确、有效实现机会约束模型的确定性转化,为基于机会约束的ATC计算方法提供了新思路。最后,基于PCE的电力系统概率ATC评估模型,将含机会约束的概率ATC评估模型的求解问题转化为系统网络中各变量的最优逼近系数的求解问题,继而实现概率ATC模型的最优多项式逼近系数的求解问题;进一步根据求得的多项式最优逼近系数和选取的正交基函数,实现计及风电不确定性电力系统概率ATC的评估;并分别通过修改的PJM-5测试系统、修改的IEEE-118测试系统和某省西部电网实际系统对所提基于PCE的电力系统概率ATC评估方法进行验证、分析,并将结果与传统蒙特卡洛模拟法的结果进行对比、分析,以验证所提方法的准确性和有效性。结果表明,所提基于PCE的电力系统概率ATC评估方法可快速、准确实现概率ATC的评估,为电力系统的运行调度、稳定性分析和可靠性评估等提供了有力支撑。