一种考虑变量相关性的光伏穿透功率极限的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新能源并网的规划领域，尤其设及一种考虑变量相关性的光伏穿透功 率极限的确定方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于能源危机的爆发和环境污染的日趋严重，新能源的应用越来越广泛。 光伏作为新能源的一种，具有的随机性和不可控性，对电网的可靠性、稳定性、电能质量W 及系统调峰特性等均产生影响。所W当光伏并入电力系统时，应当考虑该规模的光伏发电 是否对电力系统的安全稳定运行造成隐患。参考风电穿透功率极限的定义，将光伏穿透功 率极限定义为系统能够接受的最大光伏电场装机容量占系统最大负荷的百分比。研究电力 系统的光伏穿透功率极限对光伏并网的规划与控制有着非常重要的现实意义。
[0003] 确定光伏穿透功率极限的方法一般有=种；数字仿真法、数学优化法、频率约束 法。然而现有的计算方法中，一般将光伏出力、节点负荷等的波动视为相互独立的随机变 量，忽视了其相互影响的关系。事实上，同时接入电网的光伏电场间会相互影响，甚至其波 动也会带来节点负荷的波动。此外，相同区域间的节点负荷由于身处相同的环境，其波动特 性有着相同的特征。所W，现有技术中没有考虑该些随机变量间的相关特性，所确定的光伏 穿透功率极限不符合实际生产实践，根据该样的光伏穿透功率极限进行光伏并网，会对电 力系统的安全稳定运行造成隐患。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了解决现有技术中所存在的因没有考虑光伏出力、节点负荷等之间 的相关特性，导致所确定的光伏穿透功率极限不符合实际生产实践，带来光伏入网后的安 全隐患问题，本发明公开了一种考虑变量相关性的光伏穿透功率极限的确定方法，通过建 立随机规划模型得到光伏穿透功率极限的最优解，实现更好地指导光伏电站的规划工作。
[0005] 技术方案；为了实现上述目的，本发明提供的考虑变量相关性的光伏穿透功率极 限的确定方法，包括W下步骤：
[0006] (1)提取传统电网网络数据及光伏、传统机组和负荷各随机变量的相关参数，W光 伏穿透功率极限最大为目标函数，将系统安全运行及稳定性水平作为约束条件，采用随机 规划方法确定规划问题；
[0007] (2)初始化细菌觅食算法的各参量，随机产生一组初代种群个体的位置，所述种群 个体的位置指代光伏电场的装机容量；
[000引 （3)利用拉了超立方采样方法生成具有相关关系的光伏、负荷随机样本，并利用概 率潮流分析对当前种群个体进行可行性验证，系统状态满足所述约束条件则进入步骤（4)， 否则，重新产生种群个体进行验证，直到达到预设的种群规模；
[0009] (4)对系统状态满足约束条件的初始种群个体进行细菌觅食算法的趋向、复制操 作得到新的种群个体，采用步骤（3)对所述新的种群个体进行可行性验证，系统状态满足 所述约束条件则更新种群个体的位置并进行步骤巧）中的迁徙操作，否则继续进行趋向、 复制操作计算新的种群个体的位置；
[0010] (5)种群中的个体在完成指定次数的趋向、复制操作后，W预先设定的迁徙概率 pji行迁徙操作，重新分布到求解空间；
[0011] (6)重复步骤（4)、巧），直到完成指定代数，根据细菌适应性评估函数确定符合条 件的光伏穿透功率极限。
[0012] 其中，步骤（1)中所述规划问题为：
[0013] 目标函数：
[0014] max^ 勺，max
[001引约束条件：
[0016] PH-Pmax《Pu《P"J >
[0017] Af max} > 口2
[00 化]PrUiZPL,i《Ps,up} > 口3
[0019] Ps.doJ > 曰4
[0020] PHZ 丫 恥1> 2 5 A J > 曰 5
[0021] 其中，P,，m"为光伏电场最大装机容量，P 1，。"为系统最大负荷水平，a 1、a 2、a 3、 a 4、a e分别表示线路有功潮流极限、系统频率偏移、旋转备用容量、机组爬坡能力的置信水 平，Pu为线路有功潮流，PmJ%线路传输的有功潮流上限，A f为系统频率偏移，A fmJ%其 上限，Py为负荷出力，，n 1为系统上旋转备用占负荷的预设值，n 2为系统下旋转备用占负 荷的预设值，P,,UP、Ps,d。?分别为系统上、下旋转备用容量，Pcu为常规机组出力，丫 i为常规 机组爬坡能力系数，为光伏出力，5 i为光伏功率变化系数。
[0022] 其中，步骤（3)中所述具有相关关系的光伏、负荷随机样本的生成，包括W下步 骤：
[0023] S1.根据光伏出力变量与节点负荷变化量的历史数据并利用Spearman秩相关系 数描述所述光伏出力变量与所述节点负荷变化量之间的相关关系，计算光伏负荷秩相关矩 阵氏；
[0024] S2.利用中值拉了超立方对光伏电站出力随机变量、传统机组出力随机变量、节点 负荷变化随机变量进行采样获取光伏负荷随机样本，得到原始采样矩阵X ;
[0025] S3.通过化loskey分解光伏负荷秩相关矩阵氏得到矩阵C，再对所述原始采样矩 阵X进行转换得到具有相关关系的采样矩阵Y，表达式如下：
[0026] Y = CX ；
[0027] S4.通过等概率原则将具有相关关系的采样矩阵Y转换为符合正态分布的矩阵 X' ；
[002引 S5.采用Gram-Schmi化序列正交化方法进行排序，通过反复利用正向、反向迭代 交替来降低矩阵X'中变量间的相关性，直至完成预先设定的迭代次数，得到最终样本矩阵。
[0029] 其中，步骤（3)中所述利用概率潮流分析对种群个体进行可行性验证，包括W下 步骤：
[0030] 根据光伏、传统机组出力和节点负荷的抽样样本，对最终样本矩阵采用直流潮流 算法计算得到系统线路传输的有功功率，检验系统的线路有功潮流极限、系统频率偏移、旋 转备用容量、机组爬坡能力的概率是否满足置信水平，系统状态满足所述约束条件则认为 种群个体可行，不满足则认为种群个体不可行。
[0031] 其中，步骤（4)中所述细菌觅食算法的趋向步长为：
[0032] S = ^- rand{{).])
[0033] 其中，S为变步长，S。为初始步长，rand(0,1)产生（0, 1)间的随机数，D为种群代 数，D = 1+k，1表示第1次趋向操作，k表示第k次复制操作。
[0034] 其中，步骤巧）中进行迁徙操作，包括W下步骤：
[0035] 通过细菌适应性评估函数对当前种群个体降序排列得到最优个体，若最优个体W 迁徙概率Psd被选中，则不进行迁徙，重新选择被迁徙个体。
[0036] 有益效果；1.本发明方法考虑了光伏并网后光伏电场内部和电力系统内部W及 它们之间的相互关系，计及了光伏电场出力和节点负荷水平等随机变量间的相关性，不再 将各状态变量视为互相独立的随机变量，更加符合生产实际；且光伏负荷的相关关系对电 力系统起到调峰作用，有利于光伏并网，提高光伏接入电网的容量；此外，通过本发明方法 指导光伏并网的规划与设计工作，调节光伏负荷的相关关系，可W尽可能的增加光伏接入 容量。
[0037] 2.为了得到系统的潮流分布，验证种群个体的可行性，需要对系统的各随机变量 进行采样。本发明在考虑位置相近的光伏电站、节点负荷变化之间均存在一定相关关系的 基础上，计及光伏电站内部、节点负荷之间、光伏电站和负荷之间的相关性等，对光伏负荷 随机变量采样过程中进行相关性处理。光伏发电主要受气象条件的影响，其输出功率具有 随机性和不可控性的特点，但是，对于处于相邻地区或相同气象条件的多个光伏电站来说， 其输出功率之间具有较强的相关关系；类似地，处于同一地区的同一类负荷，由于受到相同 环境和社会等因素的影响，具有较强的相关关系；此外，由于电网负荷与光伏发电一样，白 天高夜间低，两种功率波动也具有一定的相关关系，负荷高峰期光伏系统能够较好的提供 电力，起到调峰作用，有利于光伏发电并网。所W在对随机变量进行采样时，必须计及光伏 负荷变化的相关关系，才能正确确定光伏并网的光伏穿透功率极限，指导优化光伏阵列的 朝向和倾角，分散光伏电站的建设，来调节光伏负荷间的相关关系，有利于尽可能大的容纳 光伏电源，充分利用光伏能源。<