[发明专利]一种含WTG的配电网可靠性评估方法

权利要求书

1.一种含WTG配电网可靠性评估方法，其特征在于：采集配电网的原始数据；构建WTG出力模型及确定风电供电能力范围；构建风速正态分布函数和负荷正态分布函数，通过计算机系统对时序风速和负荷曲线的分析处理得到二者正态分布函数的平均值和标准差；构建风速-负荷二元分布函数；通过计算机系统采用Monte Carlo法对风速-负荷序列抽样；将配电网的原始数据输入计算机系统，计算与抽样序列对应的WTG出力和供电能力范围，采用分块算法计算系统的可靠性指标；再通过计算机对所得的各可靠性指标平均值，最终得到含WTG考虑风速-负荷相关性的配电网可靠性指标，具体步骤包括：

步骤1：采集配电网的原始数据:风电场时序风速数据，IEEE-RTS系统负荷数据，配电网各元件故障率、修复时间，各元件可靠性参数和各负荷点户数，WTG的切入风速，额定风速，切出风速，配电网中线路、变压器、开关设备、负荷点和WTG之间的联接关系；

步骤2：构建WTG出力模型及确定风电供电能力范围

（1）构建WTG出力模型

采用二次函数近似表示WTG出力P_t与风速v_t的关系：

                                                       (1)

式中，v_ci、v_R和v_co分块为WTG的切入风速、额定风速和切出风速，P_R为额定输出功率；

（2）确定风电供电能力范围

将配电网分为M1 ~M7七个分块，设分块s(1≤s≤7)有m个元件，且第i(1≤i≤m)个元件的故障率和修复时间分块为λ_i和γ_i，则块s的等效故障率λ_s和等效平均修复时间γ如下： 

                      (2)

                      (3)

设WTG在t时刻出力为P_t，其对负荷块M_i的供电路径上经过n个块，第i块M_i的总负荷为L_Mi，则其能对M_i恢复供电的条件可表示为式(4)：

                 (4)

由(4)式可得到WTG每种出力情况下对负荷恢复供电的次序和能力；

步骤3：构建风速正态分布函数和负荷正态分布函数，通过对时序风速和负荷曲线的分析得到二者正态分布函数的平均值和标准差；

（1）构建风速正态分布函数

式(5)为风电场风速正态分布函数： 

    (5)

式中，v表示风速；μ₁和σ₁分别表示风速的平均值和标准差，对该风电场，其风速正态分布模型参数为：μ₁=5.9826、σ₁=3.17，即 v~N(μ₁, σ₁²)；

（2）构建负荷正态分布函数

式(6)给出IEEE-RTS系统负荷正态分布函数：

   (6)

式中，l表示负荷功率；μ₂和σ₂分块表示负荷功率的平均值和标准差，IEEE-RTS系统负荷正态分布模型的参数分块为μ₂=0.6142、σ₂=0.1482，即 l~N(μ₂, σ₂²)；

步骤4：构建风速-负荷二元分布函数

（1）构建二维向量的二元正态函数

对于任意随机变量x₁、x₂，若其分块服从正态分布，则二维向量X=(x₁, x₂)^T服从式(7)的二元正态分布函数：

 (7) 

式中，μ₁、μ₂分块是x₁、x₂的平均值，σ₁²、σ₂²分块是x₁、x₂的方差，ρ是x₁与x₂的相关系数，若ρ=0，则x₁与x₂相互独立；若ρ>0，则x₁与x₂正相关；若ρ<0，则x₁与x₂负相关；

（2）构建风速-负荷二元正态分布函数

在步骤3中构建了风速正态分布函数和负荷正态分布函数，即v~N(μ₁, σ₁²)，l~N(μ₂, σ₂²)，二维向量Y=(v, l)^T服从二元正态分布函数，二者的相关性由相关系数ρ表示，风速和负荷两个时间序列的相关系数定义如下：

            (8)

式中，v_t和l_t分块为风速和负荷时间序列t时刻的值；μ₁和μ₂、σ₁和σ₂分块为两个时间序列的平均值和标准差；n为时间序列的长度；

用上述风电场风速和IEEE-RTS负荷数据算出ρ=0.1755，表示二者具有正相关性，由此得到风速-负荷二元正态分布函数：

  (9)   

步骤5：用Monte Carlo法对风速-负荷序列抽样，计算与抽样序列对应的WTG出力和供电能力范围，采用分块算法计算系统的可靠性指标；

（1）Monte Carlo抽样方法为：

1) 随机产生两个标准正态分布随机数，即ω=(v₁, l₁)；       

2) 对风速和负荷的协方差矩阵Ω进行分解，使得Ω=LL^T ，得到矩阵L；

3) 利用矩阵L对ω进行变换，使ω'=Lω^T+μ^T_ω；其中，ω^T和μ^T_ω分块为ω和μ_ω的转置，μ_ω=（μ₁, μ₂），则ω'即为所求的风速-负荷序列(v, l)；

4) 用抽样得到的所有风速-负荷序列，根据式(5)-(9)求出与之对应的二元正态分布函数f₁(v, l)，通过区间积分计算f₁(v, l)与式(9)的误差，若e<10^-3，则停止抽样，否则重复以上步骤，直到满足误差条件为止；

设抽样次数为M，配电网被分为N块，则通过抽样可得M个考虑二者分布情况和相关性的风速-负荷序列；

（2）分块计算可靠性指标

根据式(1)和(4)，分块计算每个风速-负荷序列(v_i, l_i) (1≤i≤M)对应的WPG出力p_i和供电范围，并由式(2)和(3)计算块s(1≤s≤N)的λ_s和γ_s，则块s的年平均停电时间U_s如式(10)所示：

                    (10)

设块s的用户数为N_s，总负荷为L_s，则系统可靠性指标SAIFI、SAIDI、ASAI和ENS可由式(11)-(14)得到：

                (11)

                (12)

             (13)

                 (14)

步骤6：计算可靠性指标平均值

对所有通过步骤5计算得到的各种可靠性指标求平均值，最终得到含WTG考虑风速-负荷相关性的系统可靠性指标。