一种功率预测对断面输送功率影响的评估方法及系统与流程

本发明涉及电力系统发电计划评估技术领域，具体讲涉及一种功率预测对断面输送功率影响的评估方法及系统。

背景技术：

当前有关于风电及光伏发电对于系统输送功率影响的研究，主要有对风光发电汇聚外送特性的分析，调度策略的研究以及对系统充裕性及可靠性的评估。

风光发电汇聚外送的分析。目前，现有研究主要为对风电场和光伏电场集群汇聚外送的输电容量特性的分析，以及用以平衡光伏预测误差的基于储能系统配置函数的储能容量调配方法的研究。

调度策略的研究。目前，现有研究主要为针对风电功率的短期、中期、长期预测误差引起的过调度、欠调度问题的重调度模型的研究。

充裕性及可靠性的评估。目前，现有研究主要有：1)对调度方案的经济性、环保性、安全性上的评估研究，但尚未有考虑到风电预测误差影响的方法；2)基于风电、负荷预测不确定性的对系统运行灵活性影响的评估方法的研究，但其模型忽略了节点电压、线路潮流等安全约束；3)从系统备用容量、停电指标和系统负荷、电压、传输功率等角度构建对系统运行安全性及可靠性的评估方法，但均没有考虑到风电、光伏功率的预测不确定性的影响，也没有涉及到对于系统送出功率的影响的评估。

受到天气等原因的影响，目前风电及光伏发电的预测准确性较低，风光预测误差对大规模电力输送影响较大。所以，如何进行风电及光伏发电预测误差对大规模电力送出影响的有效评估，进而基于此提升大电网中长期大范围资源优化配置的有效性，对于改进和提升电网运行的安全性和经济性具有重要意义。

现有涉及风电及光伏并网的电网运行及规划评估方法主要集中其并网对于系统运行的安全性、可靠性的影响评估及分析，以及并网容量大小的研究等，迄今尚未有评估风光预测误差对大规模电力输送的断面传输功率影响的方法。

技术实现要素：

基于现有技术中缺乏风电及光伏发电预测误差对大规模电力送出影响的有效评估，本发明提供了一种功率预测对断面输送功率影响的评估方法，包括：

基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率；

基于所述线路上的传输功率和预先构建的电力输送评估指标体系计算断面评估指标；

基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值；

所述确定性机组组合模型包括，以风电、光伏机组的成本最小为目标。

优选的，所述基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率，包括：

基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型得到常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量；

基于所述常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量以及功率计算公式得到线路上的传输功率。

优选的，所述确定性机组组合模型包括：

以风电、光伏机组的成本最小为目标构建目标函数；

并为所述目标函数设置以常规机组开机、关机、出力值变量约束，和机组爬坡、下坡速度约束，以及支路传输功率为约束条件；

基于所述目标函数和约束条件构建确定性机组组合模型。

优选的，所述目标函数如下式所示；

式中，xg,t为常规机组在t时刻运行状态变量；yg,t：为常规机组在t时刻开机变量；pg,t常规机组在t时刻出力值变量；为机组开机成本系数；风电或光伏机组在t时刻的可调度出力；pw,t为风电或光伏机组在t时刻的实际调度出力变量；cd：为切负荷惩罚费用；dj,t为切负荷变量；cr：弃风惩罚费用；cg为机组运行成本系数。

优选的，所述线路上的传输功率按下式计算：

式中，fl,t为第l条线路在t时段的传输功率；pg,t：常规机组在t时刻出力值变量；pw,t为风电或光伏机组在t时刻的实际调度出力变量；dj,t为切负荷变量；dj,t：为负荷量。

优选的，所述电力输送评估指标体系的构建包括：

由断面输送总电能、断面输送功率平均裕度、断面输送功率最大不均匀度、断面功率平均波动度构建。

优选的，所述断面输送总电能、断面输送功率平均裕度、断面输送功率最大不均匀度、断面功率平均波动度分别按下式计算：

式中，wtotal为断面输送总电能；mavr为断面输送功率平均裕度；emax为断面输送功率最大不均匀度；vavr为断面功率平均波动度；fl,t为第l条线路在t时段的传输功率。

优选的，所述基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值，包括：

基于预先设定的超立方抽样法的抽样点维数、点数，得到断面评估指标向量采样值；

基于所述断面评估指标向量采样值计算各个断面评估指标的期望、标准差；

基于所述各个断面评估指标的期望、标准差采用灵敏度计算公式计算各个断面评估指标相对风电、光伏机组的预测出力误差的期望值、标准差的灵敏度；

基于所述期望值、标准差的灵敏度计算各风电、光伏机组的功率预测误差对各指标的综合影响因子；

对每个风电、光伏机组的综合影响因子作加权平均而得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值。

优选的，所述期望值、标准差的灵敏度计算公式分别如下式所示：

vk＝(0,0,...,0,...,1,1,...,1,...,0,0,...,0)

式中，第k个风电、光伏机组的预测出力误差的指标j的期望值的灵敏度；fj(w)、fj(w+δw·vk)：对风电、光伏可调度功率随机向量的采样点进行拉丁方抽样；为指标j的期望；sd[uj]为指标j的标准差；j为指标的编号，取正整数；k：为风电、光伏机组的编号；w为风电、光伏可调度功率随机向量，δw取为1e-4，vk为维数为d的向量；senk(sd[uj])：第k个风电、光伏机组的预测出力误差的指标j的标准差的灵敏度。

优选的，所述综合影响因子按下式计算：

式中，γj,k：各风电、光伏机组的功率预测误差对各指标的综合影响因子。

优选的，还包括：对综合评估值按照数值大小进行排序。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种风电、光伏功率预测对断面输送功率影响的评估系统，包括：

功率计算模块，基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率；

指标计算模块，基于所述线路上的传输功率和预先构建的电力输送评估指标体系计算断面评估指标；

综合评估模块，基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值。

优选的，功率计算模块包括：

变量计算单元，基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型得到常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量；

计算单元，基于所述常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量以及功率计算公式得到线路上的传输功率。

本发明的有益效果为：

本发明公开了一种功率预测对断面输送功率影响的评估方法及系统，包括基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率；基于所述线路上的传输功率和预先构建的电力输送评估指标体系计算断面评估指标；基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值；所述确定性机组组合模型包括，以风电、光伏机组的成本最小为目标，可快速确定对于断面送出功率起主要影响的风电厂或光伏厂，相应有助于采取有效措施降低其预测误差而明显改善其对送出功率的影响。

附图说明

图1为本发明的功率预测对断面输送功率影响的评估方法的流程图；

图2为本发明实施例的功率预测对断面输送功率影响的评估方法算法流程图；

图3为本发明的功率预测对断面输送功率影响的评估系统示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种功率预测对断面输送功率影响的评估方法及系统，该方法将考虑到风电预测误差影响，在此基础上从系统备用容量、停电指标和系统负荷、电压、传输功率等角度构建对对调度方案的经济性、环保性、安全性进行评估；并在评估模型上添加节点电压、线路潮流等复杂的安全约束。

实施例1：一种对关键断面输送功率影响的指标评估方法，如图1所示：

步骤1：基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率；

步骤2：基于所述线路上的传输功率和预先构建的电力输送评估指标体系计算断面评估指标；

步骤3：基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值；

所述确定性机组组合模型包括，以风电、光伏机组的成本最小为目标。

具体实现步骤如下：

步骤1：基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数结合所述预测误差模型计算所述风电、光伏发电的可调功率

1)建立风电、光伏发电预测误差的模型；

2)建立电力输送评估指标体系及概率计算模型；

3)采用拉丁超立方抽样法计算断面输送功率评估指标的期望、标准差、灵敏度以及综合评估值。

1)建立风电、光伏发电预测误差的模型包括：

风电、光伏发电预测误差模型为：

其中，表示风电或光伏的可调度功率，表示风电或光伏的预测功率，ε服从均值为μ，标准差为σ的正态分布，其概率密度函数如下：

步骤2：基于所述风电、光伏机组的可调功率以及预先构建的确定性机组组合模型确定风电、光伏机组的功率组合；

2)建立电力输送评估指标体系及概率计算模型：

电力输送评估指标体系包括断面输送总电能wtotal、断面输送功率平均裕度mavr、断面输送功率最大不均匀度emax、断面功率平均波动度vavr，其具体表达式如下：

其中，fl,t为第l条线路在t时段的传输功率，fl^max为第l条线路的最大传输功率，nl为指定断面包含支路的数量。

概率计算模型如下：

u＝f(w)(5)

其中，u＝(wtotal,mavr,emax,vavr)为各电力输送指标组成的向量，w＝(w1,...,wd)＝(ε1,1,...,εr,t,...)为各风电、光伏厂各时段的预测出力误差组成的随机向量，f(w)为电力输送指标与风光出力预测误差之间复杂的函数关系。

式(5)的w在给定情况下，相应式(3)等号右边的变量可通过求解以下确定性机组组合问题获得，并进而获得相应的确定性u值。确定性机组组合问题的模型为：

上述优化模型的决策变量说明如下：xg,t为常规机组运行状态变量，0值表示该时段处于关机状态，1值表示处于开机状态，yg,t为常规机组开机变量，0值表示该时段机组启停状态无变化或发生关机，1值表示机组发生开机，vg,t为常规机组关机变量，0值表示机组启停状态无变化或发生开机，1值表示机组发生关机；pg,t为常规机组出力值变量；pw,t为风电或光伏机组的实际调度出力变量；dj,t为切负荷变量。

优化模型中的常量及集合符号说明如下：为风电或光伏机组的可调度出力；dj,t为负荷量；为机组开机成本系数，cg为机组运行成本系数；为机组出力上下限；rug、rdg为机组爬坡、下坡速度，sug、sdg为机组开机、关机速度；sfl,n为支路-节点转移因子；fl,t为支路传输功率，fl^max为支路传输功率上限；sg、sr和sd分别为系统常规机组集合、风电或光伏机组集合和负荷集合；g(n)、r(n)和d(n)分别为节点n的常规机组集合、风电或光伏机组集合和负荷集合。

步骤3：基于预设的评估指标获取的断面数据和所述风电、光伏机组的功率组合，采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值，包括：

3)采用拉丁超立方抽样法计算断面输送功率评估指标的期望、标准差、灵敏度以及综合评估值，基于拉丁超立方抽样法的电力输送评估指标期望、标准差及基于灵敏度分析法的影响因子计算方法为：

(1)设定拉丁超立方抽样法的抽样点维数d与点数n，生成原始采样点

(2)根据各风电、光伏出力分布，将n个对应随机向量(x1,...,xd)的原始采样点变换为对应风电、光伏可调度功率随机向量(w1,...,wd)的采样点变换公式为：

(3)根据式(5)以及机组组合模型(6)～(19)计算对应采样点的n个指标向量采样值u⁽¹⁾,...,u⁽ⁿ⁾。

(4)通过下式计算各个指标uj,j＝1,...,4的期望与标准差：

(5)计算各个指标的期望和标准差相对第k个风电、光伏机组的预测出力误差的期望值的灵敏度：

vk＝(0,0,...,0,...,1,1,...,1,...,0,0,...,0)(25)

其中，w取期望值，dw取为1e-4，vk为维数为d的向量，其对应第k个风电、光伏机组的所有时段的预测出力位置的元素为1，其余元素为0。

(6)基于指标的灵敏度信息，计算各风电、光伏机组的功率预测误差对各指标的综合影响因子：

(7)对每个风电、光伏机组的四个综合影响因子作加权平均而得到其对断面传输功率影响的综合评估值，进而基于综合评估值的大小，得到各风电、光伏机组的功率预测误差对断面传输功率综合影响大小的排序。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本文所提出的风光预测误差对于关键断面送出功率影响的评估方法及灵敏度分析方法，可快速确定对于关键断面送出功率起主要影响的风电厂或光伏厂，相应有助于采取有效措施降低其预测误差而明显改善其对送出功率的影响。

2)基于评估结果，可快速确定对于关键断面送出功率起主要影响的风电厂或光伏厂。

3)基于确定出来的风电厂或光伏厂，可采取措施降低其预测误差，改善其对断面输出功率的影响。

实施例2

基于同一发明构思的本发明还提供了一种风电、光伏功率预测对断面输送功率影响的评估系统，如图3所示,包括：

功率计算模块，基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型计算线路上的传输功率；

指标计算模块，基于所述线路上的传输功率和预先构建的电力输送评估指标体系计算断面评估指标；

综合评估模块，基于所述断面评估指标采用拉丁超立方抽样法得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值；

功率计算模块包括：

变量计算单元，基于获取的所述风电、光伏发电的电压和电流参数以及预先构建的确定性机组组合模型得到常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量；

计算单元，基于所述常规机组出力值变量、风电或光伏机组的实际调度出力变量、切负荷变量和负荷量以及功率计算公式得到线路上的传输功率；

所述综合评估模块包括：

参数获取子模块，基于预先设定的超立方抽样法的抽样点维数、点数，得到风电、光伏机组的断面评估指标向量采样值；

计算子模块，基于所述指标向量采样值计算各个断面评估指标的期望、标准差，并采用灵敏度计算公式计算各个断面评估指标相对风电、光伏机组的预测出力误差的期望值、标准差的灵敏度；

评估值计算子模块，基于所述期望值、标准差的灵敏度计算各风电、光伏机组的功率预测误差对各指标的综合影响因子，并对每个风电、光伏机组的综合影响因子作加权平均而得到风电、光伏机组对断面传输功率影响的综合评估值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。