利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法

技术领域

本发明属于新型电力系统停电风险评估领域，具体涉及一种利用短期功率预测的含光伏电网动态风险评估方法、系统、电子设备及计算机可读介质。

背景技术

随着新能源电网的不断发展，人们在获得新能源电网带来的巨大利益的同时，也面临着由于光伏发电的不确定性带来的电网安全可靠运行的挑战。目前现有技术仅是从潮流分布以及潮流转移角度对传统电网薄弱环节进行评估，在评估过程中很少考虑新型电力系统中光伏出力的不确定性并且进行功率预测，导致评估角度不同，评估结果会存在差异。因此，综合考虑多个指标将短期功率预测方法与电力系统的故障传播机理模型相结合，对新型电力系统中光伏出力不确定性风险状态进行动态评估，对电网的安全稳定运行至关重要。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明公开了一种利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法、系统、电子设备及计算机可读介质，对于含光伏发电的电力系统进行动态功率出力预测，并在电力系统故障传播机理模型下，进行仿真模拟得到指标数据，进而计算指标权重，得到电网动态风险评估结果，评估准确，对电网故障运行起到预防警示作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法，包括如下步骤：

根据光伏发电场的历史功率输出以及当前的天气预报参数，获取电网中光伏电场的功率预测值，建立模拟系统停电事故演化过程的故障传播机理模型；

根据所述模型对停电事故进行仿真模拟，记录节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标数据；

从上述指标数据中筛选出若干组，采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算四项指标的权重，得到风险评估结果。

优选地，所述电网中光伏电场的功率预测值采用短期功率预测算法获取。

优选地，所述建立模拟系统停电事故演化过程的故障传播机理模型，包括：

线路i的负载率L

线路i的停运概率P

式中，F

优选地，所述节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标的计算公式为：

电压偏移ΔU：

系统负载率L

负荷损失率T

惯量损失率H

式中，U

优选地，从上述指标数据中筛选出若干组，包括：

分别以节点电压偏移程度和系统负载率的数值按照由大到小的顺序各筛选出若干组指标数据。

优选地，所述采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算四项指标的权重，得到风险评估结果，包括：

1)对筛选出的若干组指标数据进行归一化处理：

式中，R

2)客观熵权法的计算公式为：

式中，ω

3)改进层次分析法的判断矩阵A如式：

采用评判一致性矩阵A’完成矩阵的一致性检验：

式中，

4)计算客观赋权法与改进的层次分析法相结合的综合权重：

式中，λ表示综合权重，n表示评判指标个数；ω

一种利用短期功率预测的含光伏电网动态风险评估系统，包括：

故障传播机理模型构建模块，根据光伏发电场的历史功率输出以及当前的天气预报参数，获取电网中光伏电场的功率预测值，建立模拟系统停电事故演化过程的故障传播机理模型；

仿真模拟模块，根据所述模型对停电事故进行仿真模拟，记录节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标数据；

风险评估模块，从上述指标数据中筛选出若干组，采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算四项指标的权重，得到风险评估结果。

一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法。

本发明的积极有益效果：

1.本发明针对电力系统光伏发电的大规模接入，由于光伏出力不确定性，现以光伏出力历史数据以及当前的天气预报参数，通过采用短期功率预测算法得到预测的光伏出力，实现对系统中光伏发电场预测时刻的输出加以更新。在突发扰动时，各节点线路的运行参数会发生变化，利用短期功率预测建立含光伏发电系统的电力系统的故障传播机理模型，将短期功率预测方法与电力系统的故障传播机理模型相结合，对新型电力系统中光伏出力不确定性风险状态进行动态评估，评估准确，保证电网的安全稳定运行。

本发明在电力系统故障传播机理模型下进行仿真模拟得到节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率指标数据，其中，节点电压偏移和系统负载率属于评估体系中的代表性动态指标，负荷损失率和惯量损失率是在各项指标的共同作用下所产生的故障指标，评估指标的选取代表性较强，而且以节点电压偏移程度和系统负载率的数值按照由大到小的顺序选出具有代表性的若干组指标数据进行权重计算，进而进行风险评估，大大缩减了工作量，使得评估过程更加简便，通过节点电压偏移和系统负载率来筛选出的指标数据，具较强的代表性，更贴合实际情况，评价结果更准确。

附图说明

图1为本发明利用短期功率预测的光伏电网动态风险评估方法流程图；

图2为本发明IEEE39节点电网图；

图3为本发明IEEE39系统基于系统故障传播500组仿真结果图；

图4为本发明基于IEEE39系统的评估结果图。

具体实施方式

下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种利用短期功率预测的含光伏电网动态风险评估方法，包括如下步骤：

S1、以光伏出力历史数据以及当前的天气预报参数，通过鲸鱼优化算法得到预测的光伏出力，实现对系统中含光伏发电系统预测时刻的输出加以更新，建立模拟系统停电事故演化过程的故障传播机理模型。

具体的：首先通过预测方法对历史数据进行训练，并对于光伏接入系统后的光伏发电场的输出进行预测，实现对系统中光伏发电场预测时刻的输出加以更新，将电力系统故障传播机理应用到电力系统的停电事故模型中，通过在电力系统中预测光伏的出力与连锁故障发生概率之间的关系，计算各节点线路的运行参数的变化，从电力系统的宏观特性出发，建立模拟系统停电事故演化过程的电力系统故障传播机理模型。

其中，停电演化规则建立过程如下：

建立停电指标，通过在电力系统在发生故障的情况下，对于各指标进行求解，对比系统在当前运行情况下的指标与安全范围的大小，进行停电事故的判断。

线路i的负载率L

线路i的停运概率P

式中，F

电力系统在某点受到功率扰动(以负荷增加为例)后，扰动功率流经各线路，由系统中各发电机来承担，在这一过程中，扰动功率流经线路时，致使线路的潮流F

S2、根据所述模型对停电事故进行仿真模拟，记录节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标数据；

首先对于电力系统加入负荷扰动△P，通过故障传播机理，计算对于其他线路的影响，当线路负载率超出合理范围时，进行概率断开，然后利用该模型进行500次仿真模拟，且在每次故障仿真时，记录下节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标数据，待整个仿真过程完成后，最后分别以节点电压偏移程度和系统负载率的数值按照由大到小的顺序各筛选出10组指标数据，共20组指标数据。

电压偏移ΔU：

系统负载率L

负荷损失率T

惯量损失率H

式中，U

S3、采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算出所选四项指标的权重，得到风险评估结果。

1)对筛选出的20组指标数据先进行归一化处理，然后再带入综合权重法进行权重计算，最后得出风险评估结果。

归一化公式如下：

其中，R

2)客观熵权法的第j个指标的熵权计算公式如下：

式中，式中，ω

3)改进层次分析法的判断矩阵A如式，其矩阵中的各个元素的值由专家评分给出：

评判矩阵的一致性检验通过一致性矩阵A’完成：

式中，

4)计算客观赋权法与改进的层次分析法相结合的综合权重：

式中，λ表示综合权重，n表示评判指标个数；ω

此外，本发明还采用如下具体实例验证本发明所提方法的有效性。

在具体实例中，以IEEE39节点系统为例进行评估计算，如图2所示，节点30、31为光伏发电场节点，节点32-39为同步发电机节点，其他节点为普通负荷节点，评估步骤如下：参见图1，

S1、读入电网数据并求取电网相关参数；

S2、根据功率预测模块得出光伏发电场短期功率预测值，并对电网的发电机节点在预测时刻的的输出进行更新；

S3、对参数更新后的系统进行随机故障模拟，选取系统任意节点，在该节点处施加一50MW左右的小负荷扰动，并运行系统潮流；

S4、获取潮流计算结果中的线路负载，并计算出线路此刻的负载率，然后根据线路开断概率模型来控制线路开断，以实现电网拓扑结构的更新；

S5、依据断开的线路判断系统中是否有故障切除或形成孤岛，若有负荷切除或形成孤岛，则统计四项指标数据，若未有负荷切除或形成孤岛，则返回步骤S3；

S6、依据上述步骤进行500次停电事故的仿真模拟，记录500组故障指标数据，仿真结果如图3所示，以节点电压偏移程度和系统负载率的数值按照由大到小的顺序筛选出20组指标数据；

S7、采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算出四项指标的各自权重，并将步骤S6中筛选出的20组指标数据进行归一化处理；

S8、将归一化后的20组指标数据带入权重计算，从而得出风险评估结果。

图4为筛选样本的电网风险评估值，由图4模型仿真结果可知，评估最大值为0.887，最小值为0.573，二者的数值均大于0.5，而又由于此次评估指标的权重选用的是越小越优型，即选取的指标为越小越优型，电网安全态势评估值越大，电网风险状态越高。因此，上述的评估结果对应的系统的运行状态均处于不利的情况，而这正是在选取指标时以节点电压偏移程度和系统负载率的数值按照由大到小的次序选取的结果，这与理论情况相符合，评估结果较为可靠，且评估过程相对简便，能够使电网工作者对电网故障运行的预防起警示作用，证实了本发明方法的可行性。

实施例2

一种利用短期功率预测的含光伏电网动态风险评估系统，包括：

故障传播机理模型构建模块，根据光伏发电场的历史功率输出以及当前的天气预报参数，获取电网中光伏电场的功率预测值，建立模拟系统停电事故演化过程的故障传播机理模型；

仿真模拟模块，根据所述模型对停电事故进行仿真模拟，记录节点电压偏移、系统负载率、负荷损失率和惯量损失率四项指标数据；

风险评估模块，从上述指标数据中筛选出若干组，采用客观熵权法和改进的层次分析法相结合的综合赋权法计算四项指标的权重，得到风险评估结果。

一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法。

处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

需要说明的是，本实施例中的电子设备可以包括有业务处理模块、边缘端数据库、服务端版本信息寄存器、数据同步模块，处理器执行计算机程序时实现如上述应用在利用短期功率预测的含光伏电网动态风险评估方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述利用短期功率预测的含光伏电网的动态风险评估方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。