一种含经vsc-hvdc并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算方法，具体步骤如下：首先，利用非参数核密度估计拟合海上风速的概率分布，并用相关系数矩阵描述多座风电场间风速的相关性，建立风电场输出功率的概率模型以及VSC-HVDC的稳态模型。接着，采用拉丁超立方采样技术得到标准正态分布样本，利用等概率变换理论和Nataf变换技术得到具有相关性的输入变量样本。最后，对各组样本采用原对偶内点法进行确定性最优潮流计算，得到输出变量的样本，利用统计学方法得到输出变量的概率分布和数字特征。本发明的计算结果能够较好地反映交直流系统最优潮流的状态量和控制量的分布情况，具有速度快、精度高的优点。
【专利说明】-种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最 优潮流计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流 (probabilistic optimal power flow,P0PF)计算方法，适用于解决风速和负荷变化时，交 直流系统POPF的状态量和控制量的概率分布的求解。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，化石能源与环境之间的矛盾日益突出，开发和利用新能源已经 成为世界共识。风能作为一种清洁、可再生的绿色能源在世界范围内得到越来越广泛的应 用。同陆上风电相比，海上风电具有风速高、噪音小等优点。1990年丹麦安装了第一台海上 风电示范机组以来，海上风电技术得到快速发展，2011年亚洲首个柔性直流示范工程-- 上海南汇风电场直流输电工程投运，标志着我国在柔性直流输电领域已处于世界领先水 平。远距离传输的海上风电通常采用VSC-HVDC进行并网，VSC-HVDC具有实现有功、无功独 立控制和向无源网络供电等优势。因此，发展基于VSC-HVDC并网的海上风电是未来风电发 展的新趋势。
[0003] 最优潮流（optimal power flow, 0PF)是电力系统网络规划和运行分析的重要工 具。由于风电场出力的随机性和间歇性，传统确定性OPF已无法适用，因此需要考虑计及不 确定因素的P0PF。POPF是一种随机分析方法，它可以根据随机变量的已知概率信息，求取 状态变量和控制变量的概率分布情况。因此，在海上风电场经VSC-HVDC并网的背景下，亟 需解决交直流系统的POPF问题。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明提出一种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统POPF计 算方法，根据输入变量的概率分布，求取输出状态变量和控制变量的概率分布情况，用于分 析交直流系统的运行情况。
[0005] 技术方案：一种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统POPF计算方法，包括 如下步骤：
[0006] (1)利用非参数核密度估计拟合海上风速的概率分布，并用相关系数矩阵描述多 座风电场间风速的相关性，建立风电场输出功率的概率模型以及VSC-HVDC的稳态模型； [0007] (2)采用拉丁超立方采样（Latin hypercube sampling, LHS)方法得到标准正态 分布样本，应用Nataf?变换理论得到相关标准正态分布样本，应用等概率原理得到计及相 关性的输入变量样本；
[0008] (3)建立确定性含经VSC-HVDC并网海上风电场的OPF模型，以常规发电机组和海 上风电场的发电费用最小作为目标函数，以交流系统功率平衡、VSC-HVDC的输入输出功率 平衡和直流网络的电流平衡作为等式约束，以交流系统发电机和风电场出力约束，节点电 压和线路功率约束，VSC的调制比和功率约束以及直流节点的电压约束作为不等式约束。
[0009] (4)对每组样本进行确定性OPF计算，得到输出变量的样本，利用统计学方法得到 输出变量的数字特征和概率分布。
[0010] 上述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统POPF计算方法中，海上风速 的概率模型为：
[0011] 假设X1, X2，…，Xn是某一海上位置的N个实际风速样本，则该地区海上风速概率 密度函数的核估计为：
【权利要求】
1. 一种含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算方法，其特征 在于，包含如下步骤： (1) 利用非参数核密度估计拟合海上风速的概率分布，并用相关系数矩阵描述多座风 电场间风速的相关性，建立风电场输出功率的概率模型以及VSC-HVDC的稳态模型； (2) 采用拉丁超立方采样方法得到标准正态分布样本，应用Nataf变换理论得到相关 标准正态分布样本，应用等概率原理得到计及相关性的输入变量样本； (3) 建立确定性含经VSC-HVDC并网海上风电场的最优潮流模型，以常规发电机组和海 上风电场的发电费用最小作为目标函数，以交流系统功率平衡、VSC-HVDC的输入输出功率 平衡和直流网络的电流平衡作为等式约束，以交流系统发电机和风电场出力约束，节点电 压和线路功率约束，VSC的调制比和功率约束以及直流节点的电压约束作为不等式约束； (4) 对每组样本进行确定性OPF计算，得到输出变量的样本，利用统计学方法得到输出 变量的数字特征和概率分布。
2. 根据权利要求1所述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流 计算方法，其特征在于，海上风速的概率模型为： 假设X1, X2，…，Xn是某一海上位置的N个实际风速样本，则地区海上风速概率密度函 数的核估计为：
式中，h表示带宽，N表示样本容量，K( ·)为核函数，核函数包括三角核函数和高斯核 函数。 地理位置相近的风电场之间的风速存在较强的相关性，采用相关系数矩阵描述各风电 场内风速的相关性，K座风电场风速的相关性用如下形式表示：
3. 根据权利要求1所述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流 计算方法，其特征在于，风电场输出功率的概率模型为： 采用与单台风电机组功率曲线相似的切入风速、额定风速、切出风速的经典模型来表 示风电场的输出功率特性，同时考虑功率特性曲线和实际出力之间的误差，用如下形式表 示：
式中，Pw表不风电场的输出功率，Pr表不风电场的额定功率，V表不场内平均风速，a、b、 c表示功率特性曲线的系数，Vc;i、\和v。。分别表示切入风速、额定风速和切出风速，Ρε (·) 表示风电场实际功率误差，是一个与风速V有关的随机变量，Pe (·)的概率密度函数如下：
式中，α表示风电场功率误差的标准差与当前风速之间的比例系数； 风电机组均为基于双馈感应电机的变速风电机组，采用恒功率因数控制技术。因而在 稳态分析时，风电场可以看作PQ节点，若功率因数为CO叫，则风电场的无功出力Qw为：
4. 根据权利要求1所述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流 计算方法，其特征在于，VSC-HVDC的稳态模型为 ：
式中，仏,_为第i个VSC输出的基波电压相量= 为与交流系统连接处的电 压相量，=t/SiZ0s,，jXu为换流变压器阻抗，Ri为换流器内部损耗和换流变压器损耗的等 效阻抗，Psi和Qsi分别为交流系统流入换流变压器的有功和无功功率，Pcd和Q cd分别是流入 换流桥的有功功率和无功功率，为流过换流变压器的电流相量，又为交流系统流入换流变 压器的复功率，S i = Θ si- Θ &
Pdi为直流系统功率，Udi和I di分别为直流 节点的直流电压和电流，Mi为调制度，μ为直流电压利用率。
5. 根据权利要求1所述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮 流计算方法，其特征在于，步骤（2)采用LHS方法采样得到标准正态分布样本；基于Nataf 变换理论，利用Hermite多项式展开的方法求得标准正态分布的等效相关系数矩阵，利用 Cholesky分解得到相关标准正态分布的样本；根据等概率变换原理得到计及相关性的输 入变量样本。
6. 根据权利要求1所述的含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流 计算方法，其特征在于，步骤（4)各组样本分别进行确定性OPF计算，得到最优发电费用、各 发电机出力、节点电压、支路潮流和直流系统参数等样本；最后，利用统计学方法得到这些 输出变量的数字特征和概率分布。
【文档编号】G06F19/00GK104392135SQ201410712992
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】孙国强, 李逸驰, 卫志农, 余爽, 孙永辉 申请人:河海大学