光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法

光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法
【专利摘要】本申请公开一种光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法，首先建立常规发电机组、光伏发电系统及负荷的三元区间数状态及对应的三元区间数概率向量；并得到常规发电机组、光伏发电系统及负荷的三元区间数通用生成函数模型；以电力不足期望值为电力系统可靠性指标分别计算不含光伏的发电系统可靠性和加入光伏后发电系统可靠性；利用基于三元区间数的布谷鸟搜索算法计算光伏发电系统的置信容量。本发明克服了普通点值评估及二元区间评估的不足，考虑了光伏出力和负荷的不确定性、随机性对评估结果的影响，在给出评估结果范围的同时也指明最大可能取值，便于生产决策及规划设计。
【专利说明】
光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光伏发电系统置信容量评估领域，更具体地说是涉及一种考虑光伏发 电系统、负荷的不确定性及随机性的光伏发电系统置信容量三元区间数的评估方法。
【背景技术】
[0002] 现有针对光伏发电系统置信容量的评估方法中，求得的光伏发电系统置信容量均 为一个点值，如中文文献《光伏发电系统可靠性分析及其置信容量计算》(王秀丽，武泽辰， 曲柳.中国电机工程学报，2014,34(1) :15-21.)中，利用分层抽样的序贯蒙特卡洛方法进行 光伏发电系统置信容量的评估，且研究了天气变化、设备故障等随机因素对光伏发电系统 置信容量计算的影响；外文文献《Madaeni S H，Sioshansi R，Denholm P.Comparing capacity value estimation techniques for photovoltaic solar power[J], IEEE Journal of Photovoltaics，2013,3(l):407_415.》（Madaeni S.H.，Sioshansi R·，和 Denholm P.( "光伏发电系统的容量价值评估方法比较分析"，IEEE光伏期刊，2013年第3卷 第1期，ISNN 21563381，第407-415页）总结了光伏发电系统置信容量计算的各种近似解析 法，其中包括基于光伏发电容量因子的近似方法、Garver近似计算方法、光伏发电系统多状 态机组等效方法及Z-method方法等，这些近似方法采用解析法去逼近仿真算法得到的精确 值，其在计算光伏发电系统置信容量中，只能进行简单的解析运算。
[0003] 中国发明专利《一种确定光伏发电容量可信度的方法》(CN103218757B)建立了分 时段的光伏发电系统的置信容量评估模型，能够计算白天和全时段的光伏发电置信容量。 上述各种方法虽然均能计算光伏发电系统的置信容量，但是计算等到的点值却并非能表示 光伏置信容量的精确值。实际中，由于光伏发电系统出力的波动性、间歇性及负荷需求的不 确定性，均会导致光伏发电系统置信容量在一定范围内波动，故上述计算得到的点值只是 光伏发电系统置信容量可能的一个取值。
[0004] 综上所述，现有技术中还存在以下不足：
[0005] 1.基于分层抽样的序贯蒙特卡洛方法计算时间长、成本大;该方法虽然能考虑光 伏发电系统出力及负荷的不确定性，但其最终求得的光伏发电系统置信容量只是考虑随机 性后的一个期望值，并不能给出光伏发电系统置信容量的波动范围及可能的最大取值，所 求的期望值对系统规划及后期调度运行的指导作用有限；
[0006] 2.所述的近似解析法评估虽然计算量小，但其精确度低，且随着光伏安装容量、负 荷的变化不同，其评估结果差异较大，使得该方法对在实际中将产生较大不确定性，且该方 法鲁棒性较差。
[0007] 因此，为了更合理的表示光伏发电系统置信容量的波动性及可能的取值范围，目 前需要提出一种表征光伏发电系统置信容量波动范围的三元区间数评估方法，不仅能衡量 光伏发电系统出力及负荷的不确定性对光伏发电系统置信容量的影响程度，同时也能指出 光伏发电系统置信容量最可能取值。在此基础上提出基于三元区间数的通用生成函数用于 计算光伏发电系统的可靠性指标具有建模简单、求解方便、计算量小的优点。

【发明内容】

[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种基于三元区间数的光伏发电 系统置信容量评估方法，该方法能克服常规点值评估方法的不足。能描述光伏发电系统置 信容量因光伏出力、负荷波动性和元件可靠性数据非精确性导致的波动范围，同时三元区 间数不同于常规的二元区间数，其区间宽度能表示光伏发电系统置信容量波动的范围，三 元区间数还能指定光伏发电系统置信容量最可能的取值。
[0009] 本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种光伏发电系统置信容量的三元区 间数评估方法，应用于包含光伏发电系统的电力系统，所述光伏发电系统的额定容量为C PV， CPV>0;所述三元区间数p]=|y，，其中a-、a+和aQ分别为三元区间数 P；]的下边界、上边界和特元;所述方法包括以下步骤：
[0010] 步骤1，通过采集历史数据获取包含光伏发电系统的电力系统中常规发电机组、光 伏发电系统及负荷数据，包括:各常规发电机组的额定容量仏、强迫停运率 Pl，i = l，2，~，N， N为常规发电机组数目；负荷一年8760小时的数据并按负荷值从大到小进行降序排列以得 到负荷年小时需求序列L s = {U，L2，…，L876Q};光伏发电系统一年8760小时的出力数据并按 光伏出力从大到小进行降序排列以得到光伏发电系统年小时出力序列C 2，···， 〇876〇}；
[0011] 步骤2,将步骤1中获取的常规发电机组额定容量Gi、强迫停运率Pi、负荷年小时需 求序列Ls及光伏发电系统年小时出力序列C s分别从点值转化为三元区间数状态及对应的三 元区间数概率的形式，具体按如下步骤进行：
[0012] 步骤2.1，常规发电机组额定容量61及强迫停运率?1从点值到三元区间数状态及对 应的三元区间数概率的转化；
[0013] 设第i台常规发电机组的额定容量Gi的三元区间数状态表示为丨G,,Gi]， 强迫停运率？1的点值对应的三元区间数概率(?]通过重复η次贝努利试验得到，随机生成 "0"和"Γ，若生成的数据为"0"，表示强迫停运率?1为非精确值，若生成的数据为"Γ，表示 强迫停运率 PlS精确值，此时强迫停运率?1的点值对应的三元区间数概率[/?为：
[0015]在公式(1)中，S为η次贝努利试验的标准差，由下式计算得到：
[0017]在公式(2)中，m为η次贝努利试验中发生"Γ的次数，a = 0.05，W2(n-l)的数值由t 分布统计表查询得到；
[0018] 重复上述过程得到N台常规发电机组的三元区间数状态向量彳表示为：
[0019] {[(7c])={[Gi], [Gi] ,..., [Gn]} (3)
[0020] 对应的三元区间数概率向量{[/?丨表示为：
[0021] {[Anpi], fcl，·.·, [A],.·" [/;N]! (4)
[0022] 步骤2.2，负荷年小时需求序列Ls从点值到三元区间数状态及对应的三元区间数 概率的转化；
[0023]利用等宽划分的方法将所述负荷年小时需求序列Ls等分为Ml个等宽区间，每一等 宽区间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中心，则等宽区间的左端点、右端点和 聚类中心分别对应该区间三元区间数的下边界、上边界和特元，得到负荷年小时需求序列 匕的三元区间数状态向量为：
[0024] ? i拉:，.Jte2. 尤ej^ } (.5.)
[0025] 对应的负荷年小时需求序列匕的三元区间数概率向量为：
[0026] = CU)
[0027] 在公式(5)、（6)中，[弋]表示第j个等宽区间的负荷三元区间数状态，[鳥]表示[4] 对应的负荷三元区间数概率；
[0028]步骤2.3，光伏发电系统年小时出力序列Cs从点值到三元区间数状态及对应的三 元区间数概率的转化；
[0029] 利用等宽划分的方法将所述光伏发电系统年小时出力序列匕等分为M。个等宽区 间，每一等宽区间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中心，则等宽区间的左端 点、右端点和聚类中心分别对应该区间三元区间数的下边界、上边界和特元，得到光伏发电 系统年小时出力序列匕的三元区间数状态向量表示为：
[0030] {[，?]} =齡[q，…，闷一⑴ （7)
[0031] 对应的光伏发电系统年小时出力序列的三元区间数概率向量l[A.]l表示为：
[0032] = {[Α·, \{βν2 PrMc ]| k-1,2,.. .,Mc； (8j
[0033] 在公式(7)、（8)中，表示第k个等宽区间的光伏发电系统的三元区间数状态， 表示对应的光伏发电系统三元区间数概率；
[0034]步骤3,由步骤2得到的常规发电机组、负荷及光伏发电系统的三元区间数状态向 量及对应的三元区间数概率向量建立其对应的三元区间数通用生成函数，具体步骤如下： [0035]步骤3.1，由步骤2.1中式（3)和(4)得到第i台常规发电机组的三元区间数通用生 成函数6(-〇,其表达式为：
[0036] U) (z) = [^] X J〇] + ([?] ~ [ A ]) X ^[0?], ?= 1,2".. Μ ( 9 )
[0037] 则由Ν台常规发电机组构成的常规发电系统的三元区间数通用生成函数表 示为：
[0039] 在公式（9)、（10)中，算子Φ表示两个及多个三元区间数通用生成函数的"和"运 算，即将各个三元区间数状态相加，对应的三元区间数概率相乘;ζ为通用生成函数变换因 子，M C表示由Ν台常规发电机组构成的常规发电系统的总状态数，m表示所述常规发电系统
的第m个状态，[?幻表示所述常规发电系统的第m个三元区间数状态，[允]表示[荀]对应的三 元区间数概率；
[0040] 步骤3.2,根据步骤2.2中公式（5)和（6)得到负荷的三元区间数通用生成函数 R(z)，其表达式为：
[0042]步骤3.3,根据步骤2.3中公式(7)和(8)得到光伏发电系统的三元区间数通用生成 函数f)W(z)，其表达式为：
[0044]步骤4,分别计算不含光伏发电系统及包含光伏发电系统的电力系统电力不足期 望值可靠性指标即L0LE指标，具体计算步骤如下：
[0045]步骤4.1，按下式计算不含光伏发电系统的电力系统电力不足期望值可靠性指标
[0047] 在公式（13)中，<[4 J)表示三元区间数[免]小于三元区间数的概率， 其按如下过程计算：
[0048] 令[€]-[y = [r，cV+] =问，由点(C-，0)，（。。，1)和(。+，0)构成的三角形面积为 5^，该三角形在平面直角坐标系中y轴左侧的面积记为3 1(^，则^[交]<[4])表示为：
[0050] 步骤4.2,计算包含光伏发电系统后发电系统的电力不足期望值可靠性指标 [烏V]，按如下步骤计算：
[0051] 光伏发电系统及所述的常规发电系统构成的总发电系统的三元区间数通用生成 函数A (z)如下：
[0053]在公式（15)中，Μ为所述的总发电系统的状态数，[美；]为所述的总发电系统的第q 个三元区间数状态，为第q个三元区间数状态对应的三元区间数概率;令加入额定容量 为CPV的光伏发电系统后其可额外承担的负荷增加量为待求变量则包含光伏发电系 统后发电系统的电力不足期望值可靠性指标表示如下：
[0055] 步骤5,运用基于三元区间数的布谷鸟搜索算法求解式（16)中的待求变量[δΓ]使 其满足下式：
[0056] [^]-[4ν] (17)
[0057] 公式（17)得到的负荷增加量[Aq={At，M0，Ar]即为所述光伏发电系统置信容量 的三元区间数评估结果，具体按以下步骤实现：
[0058] 步骤5.1，在区间[0，(^]范围内随机生成界个三元区间数[玄；1=|；5'「，5,(?]，〇彡&一彡 Si0<Si+<CpV，i = l，2，· · ·，w;
[0059] 步骤5 · 2，令= ，代入公式（16)中，计算在该负荷增加量p]下的电力系统 L0LE指标[見]，计算[嚴]与[馬]的相似度6 =尸[4]，⑷；重复该过程计算w个三元区间数下 的电力系统L0LE指标及其与[尾]的相似度，并记录相似度最大值，判断其是否大于预先给 定的阈值，如果大于则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度最大时 对应的负荷增加量执行步骤5.4;否则，执行步骤5.3;
[0060] 步骤5.3，对步骤5.1中所述的w个三元区间数|；&丨=|；&-，没Q，Si +l均进行列维飞行生 成新的三元区间数[幻=[1'欠。，欠+]，01Γ ￡;(;v，i=l，2,…，w，并令[Δ?] = μ:]， 代入公式(ie)中，计算在该负荷增加量[i:]下的电力系统的L0LE指标[纪]，计算[fl与[馬] 的相似度尽=;比较FdPF/的大小，如果F/ >Fi，则用三元区间数0?替换丨__孓；|,否则， 保留原三元区间数@]不变;针对w个新的三元区间数，记录相似度最大值，判断其是否大于 预先给定的阈值，如果大于则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度 最大时对应的负荷增加量[δΓ|，执行步骤5.4;否则，继续执行步骤5.3;
[0061 ] 步骤5.4，记录步骤5.2或步骤5.3中得到的相似度最大时对应的负荷增加量[AT]， 即此时所述光伏发电系统的置信容量为|>q。
[0062]优选的，步骤5中所述的列维飞行实现过程如下：
[0063] 设三元区间数初始位置为|；总』，通过列维飞行后新的三元区间数更新为具体 按如下进行：
[0064] 间=[4]+[a]?r(4 (18)
[0065] γ(ε)~|ε|-λ，（1<λ 彡 3) (19)
[0066] 在公式（18)和（19)中，[d]表示随机三元区间数步长，符号?表示点乘计算，γ(ε) 为列维随机飞行步长，ε为列维分布参数，λ为指数参数。
[0067] 优选的，步骤5中所述的相似度按如下定义进行：
[0068] 设两个三元区间数],[旬=[/?%/八/：)],其相似度定义为：
[0070]在公式(20)中，知表示由点(a-，0)，（&<3，1)和( &+，0)构成的三角形面积，％]表示由 点(b-，0)，（bQ，1)和(b+，0)构成的三角形面积，*^明表示％和％]的重叠部分面积。
[0071 ]优选的，步骤5中所述的预先给定的阈值的取值范围为(0.95，1.00)。
[0072]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0073] 1、本发明方法能考虑光伏发电系统出力及负荷不确定性，与已有技术相比较，其 在光伏发电系统置信容量评估中具有更好的鲁棒性；
[0074] 2、本发明采用了三元区间数对光伏发电系统的置信容量进行了评估，三元区间数 不仅能给出评估结果的波动范围，特别的三元区间数的特元还能指明光伏发电系统置信容 量最可能的取值，为含光伏发电系统的电力系统的规划提供价值参考；
[0075] 3、本发明将常规的基于点值或二元区间数的通用生成函数扩展至三元区间数的 通用生成函数，为考虑不确定性系统的可靠性评估提供了新的手段和方法；
[0076] 4、本发明中采用基于三元区间数的布谷鸟搜索算法，实现了三元区间数的智能搜 索算法，为其他三元区间数的问题提供了新的求解方法。
【附图说明】
[0077] 图1为本发明光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法的流程图；
[0078] 图2为本发明中基于三元区间数的布谷鸟搜索算法的执行过程图。
【具体实施方式】
[0079]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。
[0080] 参考图1，示出了本发明光伏发电系统置信容量的三元区间数评估方法的流程图， 本发明所述方法应用于包含光伏发电系统的电力系统，所述光伏发电系统的额定容量为CPV (Cpv>〇);所述的三元区间数指的是形如[j]=[<r/_, ?/](?/ )的数，其中a-，a+和a 0 分别为三元区间数Μ]的下边界、上边界和特元;所述方法包括以下步骤：
[0081] 步骤1，通过采集历史数据获取包含光伏发电系统的电力系统中常规发电机组、光 伏发电系统及负荷数据，包括:各常规发电机组的额定容量Gi、强迫停运率 Pl(i = l，2,…， N)，N为常规发电机组数目；负荷一年8760小时的数据并按负荷值从大到小进行降序排列以 得到负荷年小时需求序列L s= {U，L2，…，L876Q};光伏发电系统一年8760小时的出力数据并 按光伏出力从大到小进行降序排列以得到光伏发电系统年小时出力序列(^={0 1，(：2，···， C876〇} 〇
[0082] 对于部分常规发电机组其强迫停运率未给出，但是可由其平均正常工作时间和平 均故障时间计算得到该常规发电机组的强迫停运率。如第i台常规发电机组的平均正常工 作时间为tMTTFj，平均故障时间为tMTTRj，则第i台常规发电机组的故障率 Pl按下式计算得 到：
[0084]步骤2,将步骤1中获取的常规发电机组额定容量Gi、强迫停运率Pi、负荷年小时需 求序列Ls及光伏发电系统年小时出力序列Cs分别从点值转化为三元区间数状态及对应的三 元区间数概率的形式，具体按如下步骤进行：
[0085]步骤2.1，常规发电机组额定容量61及强迫停运率?1从点值到三元区间数状态及对 应的三元区间数概率的转化。
[0086]本申请中常规发电机组采用运行和停运两状态可靠性模型，即常规发电机组以额 定功率运行或者处于完全故障状态，且对该两种状态其出力状态均为确定的数值，无波动 范围，故设第i台常规发电机组的额定容量Gi的三元区间数状态表示为G, G],强 迫停运率?1的点值对应的三元区间数概率通过重复η次贝努利试验得到，随机生成"〇" 和"Γ，若生成的数据为"〇"表示强迫停运率?1为非精确值，若生成的数据为"Γ表示强迫停 运率仍为精确值，此时强迫停运率仍的点值对应的三元区间数概率[/?为：
[0088]上式中，S为η次贝努利试验的标准差，由下式计算得到：
[0090]上式中，m为η次贝努利试验中发生"1"的次数，α = 〇. 05，tci/2 (η-I)的数值由t分布 统计表查询得到。
[0091]重复上述过程得到N台常规发电机组的三元区间数状态向量丨[泛公表示为：
[0092] {[^])={[G,], [G2],..., [G],..., [Gn]| (4)
[0093] 对应的三元区间数概率向量{[^]丨表示为：
[0094] {|jic]} = {bl], (63,·.., [/3n]}； (5)
[0095] 步骤2.2，负荷年小时需求序列Ls从点值到三元区间数状态及对应的三元区间数 概率的转化。
[0096] 利用等宽划分的方法将所述负荷年小时需求序列Ls等分为也个等宽区间，每一等 宽区间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中心，则等宽区间的左端点、右端点和 聚类中心分别对应该区间三元区间数的下边界、上边界和特元，得到负荷年小时需求序列 Ls的三元区间数状态向量$￡；8为：
[0097] {[￡]}二{[Zel ]，[￡e2 ]，·:，'，[ZJ ]} (6)
[0098] 对应的负荷年小时需求序列的三元区间数概率向量为：
[0099] {[户/. ]j. - ·ι[ Aj ]，[ ]，…，[A；j _ f .，（ j=:l ,2，...,A/l J (7)
[0100] 在公式(6)、（7)中，表示第j个等宽区间的负荷三元区间数状态，表示 对应的负荷三元区间数概率。
[0101] 步骤2.3，光伏发电系统年小时出力序列Cs从点值到三元区间数状态及对应的三 元区间数概率的转化。
[0102] 利用等宽划分的方法将所述光伏发电系统年小时出力序列匕等分为M。个等宽区 间，每一等宽区间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中心，则等宽区间的左端 点、右端点和聚类中心分别对应该区间三元区间数的下边界、上边界和特元，得到光伏发电 系统年小时出力序列匕的三元区间数状态向量表示为：
[0103] {Ρ]} = {[^]{??],...,[^],...,[^ ]} (8)
[0104] 对应的光伏发电系统年小时出力序列的三元区间数概率向量〇r]j表示为：
[0105] {[^Γ]} = {[/ν,]^[Λ；]-[Λ*]'- A-"J} (k=l,2,,..,M；)； (9.)
[0106] 在公式(8)、（9)中，py表示第k个等宽区间的光伏发电系统的三元区间数状态， [成]表示对应的光伏发电系统三元区间数概率。
[0107] 步骤3,由步骤2得到的常规发电机组、负荷及光伏发电系统的三元区间数状态向 量及对应的三元区间数概率向量建立其对应的三元区间数通用生成函数，具体步骤如下：
[0108] 步骤3.1，由步骤2.1中式(4)和(5)得到第i台常规发电机组的三元区间数通用生 成函数G U)，其表达式为：
[0110]则由N台常规发电机组构成的常规发电系统的三元区间数通用生成函数穴(z)表 示为：
[0112] 在公式（10)、（11)中，算子?表示两个及多个三元区间数通用生成函数的"和"运 算，即将各个三元区间数状态相加，对应的三元区间数概率相乘;z为通用生成函数变换因 子，M C表示由N台常规发电机组构成的常规发电系统的总状态数，m表示所述常规发电系统
的第m个状态，表示所述常规发电系统的第m个三元区间数状态，|>^表示@^对应的三 元区间数概率。
[0113] 步骤3.2,根据步骤2.2中公式（6)和（7)得到负荷的三元区间数通用生成函数 ?λ(ζ)，其表达式为：
[0115]步骤3.3,根据步骤2.3中公式(8)和(9)得到光伏发电系统的三元区间数通用生成 函数Αν卜)，其表达式为：
[0117]步骤4,分别计算不含光伏发电系统及包含光伏发电系统的电力系统电力不足期 望值可靠性指标(L0LE)，具体计算步骤如下：
[0118]步骤4.1，按下式计算计算不含光伏发电系统的电力系统电力不足期望值可靠性 指标[4]:
[0120] 在公式（14)中，;表示三元区间数[免]小于三元区间数[ij的概率， 其按如下过程计算：
[0121] 令 pf]-= 由点（C-，〇)，（(^，1)和（(3+，〇)构成的三角形面积为 %，该三角形在平面直角坐标系中y轴左侧的面积记为sleft，则表示为：
[0123] 步骤4.2,计算包含光伏发电系统后发电系统的电力不足期望值可靠性指标 [爲V]，按如下步骤计算：
[0124] 光伏发电系统及所述的常规发电系统构成的总发电系统的三元区间数通用生成 函数A (z)如下：
[0126]在公式（16)中，Μ为所述的总发电系统的状态数，[；爲；I为所述的总发电系统的第q 个三元区间数状态，为第q个三元区间数状态对应的三元区间数概率;令加入额定容量 为CPV的光伏发电系统后其可额外承担的负荷增加量为待求变量则包含光伏发电系 统后发电系统的电力不足期望值可靠性指标表示如下：
[0128] 步骤5，运用基于三元区间数的布谷鸟搜索算法求解式（17)中的待求变量|>q使 其满足下式：
[0129] [氧]=[鳥 v] (18)
[0130] 公式（18)得到的负荷增加量即为所述光伏发电系统置信容量 的三元区间数评估结果，具体按以下步骤实现：
[0131] 步骤5.1，在区间[0，CPV]范围内随机生成w个三元区间数[5,]=[&，5^ ]，〇<&一彡 Si0彡Si.彡CpV，i = l，2，· · ·，w〇
[0132] 步骤5.2,令[4￡]=[矣]，代入公式（17)中，计算在该负荷增加量[夜]下的电力系统 L0LE指标[見]，计算[免]与[尾]的相似度石重复该过程计算w个三元区间数下的 电力系统L0LE指标及其与的相似度，并记录相似度最大值，判断其是否大于预先给定 的阈值，如果大于则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度最大时对 应的负荷增加量[^^，_执行步骤5.4;否则，执行步骤5.3。
[0133] 所述的相似度按如下定义进行：
[0134] 设两个三元区间数[J]=[iTW ],[旬],其相似度定义为：
[0136] 在公式（19)中，表示由点。-，(^，。'^和"^丨构成的三角形面积/^^表示 由点(b-，(^㈦⑴和㈦川构成的三角形面积^化^表示知和七的重叠部分面积。
[0137] 步骤5.3,参考图2,基于三元区间数的布谷鸟搜索算法可按如下过程执行:对步骤 5.1中所述的w个三元区间数均进行列维飞行生成新的三元区间数 [5;] = [f, ]，ο M;- s 5：° s sr s cPV，i= 1,2,…，w，并令[M]=[禽]，代入公式(17)中， 计算在该负荷增加量[文]下的电力系统的L 0 L E指标[忠]:，计算[兑]与[4]的相似度 1=?调吡较FdPF/的大小，如果F/见，则用三元区间数[次]替换[&]，否则，保留原三 元区间数[?不变;针对w个新的三元区间数，记录相似度最大值，判断其是否大于预先给定 的阈值。如果大于该阈值则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度最 大时对应的负荷增加量[δΖ]，执行步骤5.4;否则，继续执行步骤5.3。
[0138] 在本发明中，在保证求解结果准确性的前提下并加快三元区间数的布谷鸟搜索算 法收敛速度，预先给定的阈值取值范围为（〇 . 95，1.00 )，本实施例中，预先给定的阈值为 0.95〇
[0139] 所述的列维飞行实现过程如下：
[0140] 设三元区间数初始位置为^ij，通过列维飞行后新的三元区间数更新为[贫> 具体按 如下进行：
[0142] γ(ε)~|ε|-λ，（1<λ 彡 3) (21)
[0143] 在公式（20)和（21)中，[在]表示随机三元区间数步长，符号》表示点乘计算，γ(ε) 为列维随机飞行步长，ε为列维分布参数，λ为指数参数。
[0144] 步骤5.4，记录步骤5.2或步骤5.3中得到的相似度最大时对应的负荷增加量[Af]， 即此时所述光伏发电系统的置信容量为[Δ?]。
【主权项】
1. 一种光伏发电系统置信容量的Ξ元区间数评估方法，其特征在于，应用于包含光伏 发电系统的电力系统，所述光伏发电系统的额定容量为Cpv，Cpv〉0;所述Ξ元区间数 巧=[分，於，贷+]，曰-《曰°《曰+，其中曰-、曰+和曰°分别为；元区间数口]的下边界、上边界和特 元;所述方法包括W下步骤： 步骤1，通过采集历史数据获取包含光伏发电系统的电力系统中常规发电机组、光伏发 电系统及负荷数据，包括:各常规发电机组的额定容量Gi、强迫停运率pi，i = l，2,…，N，N为 常规发电机组数目；负荷一年8760小时的数据并按负荷值从大到小进行降序排列W得到负 荷年小时需求序列Ls=化1，L2,…，L8760};光伏发电系统一年8760小时的出力数据并按光伏 出力从大到小进行降序排列W得到光伏发电系统年小时出力序列Cs={Cl，C2，-'，C876〇}; 步骤2,将步骤1中获取的常规发电机组额定容量Gi、强迫停运率Pi、负荷年小时需求序 列Ls及光伏发电系统年小时出力序列Cs分别从点值转化为Ξ元区间数状态及对应的Ξ元区 间数概率的形式，具体按如下步骤进行： 步骤2.1，常规发电机组额定容量Gi及强迫停运率Pi从点值到Ξ元区间数状态及对应的 Ξ元区间数概率的转化； 设第i台常规发电机组的额定容量Gi的Ξ元区间数状态表示为[窃]=[丫九G，Gi]，强迫 停运率Pi的点值对应的Ξ元区间数概率[/?通过重复η次贝努利试验得到，随机生成"0"和 "Γ，若生成的数据为％"，表示强迫停运率Pi为非精确值，若生成的数据为"Γ，表示强迫停 运率Pi为精确值，此时强迫停运率Pi的点值对应的Ξ元区间数概率为：CD 在公式(1)中，S为η次贝努利试验的标准差，由下式计算得到：(2) 在公式(2)中，m为η次贝努利试验中发生"Γ的次数，a = 〇.〇5，ta/2(n-l)的数值由t分布 统计表查询得到； 重复上述过程得到N台常规发电机组的Ξ元区间数状态向量￡[爲巧表示为：步骤2.2，负荷年小时需求序列Ls从点值到Ξ元区间数状态及对应的Ξ元区间数概率的 转化； 利用等宽划分的方法将所述负荷年小时需求序列Ls等分为化个等宽区间，每一等宽区 间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中屯、，则等宽区间的左端点、右端点和聚类 中屯、分别对应该区间Ξ元区间数的下边界、上边界和特元，得到负荷年小时需求序列Ls的 Ξ元区间数状态向量P]}为：在公式巧）、（6)中，[馬]表示第j个等宽区间的负荷Ξ元区间数状态，[島]表示耗]对应 的负荷Ξ元区间数概率； 步骤2.3,光伏发电系统年小时出力序列Cs从点值到Ξ元区间数状态及对应的Ξ元区间 数概率的转化； 利用等宽划分的方法将所述光伏发电系统年小时出力序列Cs等分为Me个等宽区间，每 一等宽区间均采用模糊C均值聚类方法计算该区间的聚类中屯、，则等宽区间的左端点、右端 点和聚类中屯、分别对应该区间Ξ元区间数的下边界、上边界和特元，得到光伏发电系统年 小时出力序列〔3的立元区间数状态向量{内}表示为：(7) 对应的光伏发电系统年小时出力序列的Ξ元区间数概率向量睫示为：(:贫) 在公式(7)、（8)中，表示第k个等宽区间的光伏发电系统的Ξ元区间数状态，|>,J表 应的光伏发电系统Ξ元区间数概率； 步骤3,由步骤2得到的常规发电机组、负荷及光伏发电系统的Ξ元区间数状态向量及 对应的Ξ元区间数概率向量建立其对应的Ξ元区间数通用生成函数，具体步骤如下： 步骤3.1，由步骤2.1中式(3)和(4)得到第i台常规发电机组的Ξ元区间数通用生成函 数巧(2)，其表达式为：(9) 贝化N台常规发电机组构成的常规发电系统的Ξ元区间数通用生成函数氏心俸示为：CU). 在公式(9)、（10)中，算子@表示两个及多个立元区间数通用生成函数的"和"运算，即将 各个Ξ元区间数状态相加，对应的Ξ元区间数概率相乘；Z为通用生成函数变换因子，Mg表 示由N台常规发电机组构成的常规发电系统的总状态数，m表示所述常规发电系统的第m个 状态J蝶]表示所述常规发电系统的第m个Ξ元区间数状态J货]表示I；巧]对应的Ξ元区间 数概率； 步骤3.2,根据步骤2.2中公式(5)和(6)得到负荷的Ξ元区间数通用生成函数氏(Z)，其 表达式为：α?) 步骤3.3,根据步骤2.3中公式(7)和(8)得到光伏发电系统的Ξ元区间数通用生成函数 &vb)，其表达式为：(12) 步骤4,分别计算不含光伏发电系统及包含光伏发电系统的电力系统电力不足期望值 可靠性指标即LOLE指标，具体计算步骤如下： 步骤4.1，按下式计算不含光伏发电系统的电力系统电力不足期望值可靠性指标[；爲];(13) 在公式（u)中，p([琼]<[4j)表示立元区间数[巧]小于立元区间数[与]的概率，其按 如下过程计算： 4，由点（(^，0)，山*\1)和((3+，0)构成的^角形面积为>%]， 该^角形在平面直角坐标系中y轴左侧的面积记为5喊*，则^ [巧]<民皆表示为：(14) 步骤4.2,计算包含光伏发电系统后发电系统的电力不足期望值可靠性指标[；馬、.；]，按如 下步骤计算： 光伏发电系统及所述的常规发电系统构成的总发电系统的Ξ元区间数通用生成函数 〔>￡(Z)如下：(15) 在公式（15)中，Μ为所述的总发电系统的状态数J马;]为所述的总发电系统的第q个Ξ元 区间数状态，为第q个Ξ元区间数状态对应的Ξ元区间数概率;令加入额定容量为Cpv的 光伏发电系统后其可额外承担的负荷增加量为待求变量[δΖ]，则包含光伏发电系统后发电 系统的电力不足期望值可靠性指标[馬d表示如下：(16) 步骤5,运用基于Ξ元区间数的布谷鸟捜索算法求解式(16)中的待求变量[Aq使其满足 下式：(17) 公式（17)得到的负荷增加量[ΔΤ]=[ΔΤ，Δ??，Δ叫即为所述光伏发电系统置信容量的； 元区间数评估结果，具体按W下步骤实现： 步骤5 . 1，在区间[0，C Ρ V ]范围内随机生成W个S元区间数巧]=巧-五"点]， 0过Γ幼，。社i <0、'，i=l，2，...，w; 步骤5.2,令[δ￡] =巧]，代入公式（le)中，计算在该负荷增加量[&]下的电力系统lole 指标[寬]，计乳襄]与悼]的相似度巧二％]拘唾复该过程计算"个；元区间数下的电力 系统L0LE指标及其与[爲;I的相似度，并记录相似度最大值，判断其是否大于预先给定的阔 值，如果大于则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度最大时对应的 负荷增加量[Δη，执行步骤5.4;否则，执行步骤5.3; 步骤5.3，对步骤5.1中所述的w个ミ元区间数巧]=[赏，掛，茂+]均进行列维飞行生成新的 Ξ元区间数巧]=[5Γ，却'，5Γ ]，0叫《X。《5Γ < G.V，i= 1，2,...，W，并令[姑]=[詞，代入 公式(!6)中，计算在该负荷增加量巧]下的电力系统的L0LE指标巧]，计算[刹与[焉]的相 似度吁=巧*1向化较Fi和F'l的大小，如果F'i〉Fi，则用立元区间数[刮替换[萬]，否则，保留 原立元区间数巧i]不变;针对W个新的立元区间数，记录相似度最大值，判断其是否大于预先 给定的阔值，如果大于则停止运行，且此时所述光伏发电系统的置信容量即为相似度最大 时对应的负荷增加量[Aq，执行步骤5.4;否则，继续执行步骤5.3; 步骤5.4,记录步骤5.2或步骤5.3中得到的相似度最大时对应的负荷增加量[δΤ]，即此 时所述光伏发电系统的置信容量为[Δ?;。2. 根据权利要求1所述的光伏发电系统置信容量的Ξ元区间数评估方法，其特征在于， 步骤5中所述的列维飞行实现过程如下： 设Ξ元区间数初始位置为[或；|，通过列维飞行后新的Ξ元区间数更新为Ρ。，具体按如 下进行：(18) 丫（0 ~|Ε|-\(1<λ《3) (19) 在公式（18)和（19)中，问表示随机Ξ元区间数步长，符号@表示点乘计算，丫（ε)为列 维随机飞行步长，ε为列维分布参数，λ为指数参数。3. 根据权利要求1所述的光伏发电系统置信容量的Ξ元区间数评估方法，其特征在于， 步骤5中所述的相似度按如下定义进行： 设两个Ξ元区间数[1；1=|>-/>，沪；1，[；复]=^^，嫂，护]，其相似度定义为：(20) 在公式（20)中，气句表示由点（3-，0)，（3。，1)和(3+，0)构成的立角形面积，气句表示由点 化-，〇)，化。，1)和(护，〇)构成的立角形面积，相响表示气司和屯]的重叠部分面积。4.根据权利要求1所述的光伏发电系统置信容量的Ξ元区间数评估方法，其特征在于， 步骤5中所述的预先给定的阔值的取值范围为(0.95，1.00)。
【文档编号】G06Q50/06GK106097141SQ201610417934
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日 公开号201610417934.4, CN 106097141 A, CN 106097141A, CN 201610417934, CN-A-106097141, CN106097141 A, CN106097141A, CN201610417934, CN201610417934.4
【发明人】丁明, 徐志成, 毕锐
【申请人】合肥工业大学