[发明专利]一种综合能源系统概率能流的计算方法

说明书

一种综合能源系统概率能流的计算方法，对风力发电单元、光伏发电单元和气网负荷进行概率建模，得到风力发电概率模型、光伏出力模型以及气网负荷概率模型，按照风力发电概率模型、光伏出力模型和气网负荷概率模型进行采样，利用Nataf变换对概率采样样本添加相关性，然后对采样样本进行点估计，根据所得的估计点求解综合能源系统稳态能流即可。本发明综合考虑了电力系统中的风能、太阳能以及天然气系统中气体负荷的不确定性，建立计算概率能流的实用化模型。考虑到现实中不同风力发电和不同太阳能发电之间的相关性，利用Nataf变换达到解决综合能源系统中的综合能流问题，并且有效地提高了求解精度和计算效率。

技术领域

本发明属于综合能源系统可靠性技术领域，具体设计一种综合能源系统概率能流的计算方法。

背景技术

近年来，全球能源形势越来越严峻，与能源消耗相关的环境问题如大气变暖、天气污染问题也逐渐恶化，能源问题已经影响全人类生存与发展。探索可行、高效、经济的能源格局，减少与能源消耗对环境的影响已经成为世界的共识。综合能源系统能够对各个能源进行优势互补，协调运行，提高能量利用效率和经济效益，减少能源消耗对环境的影响，因而得到了世界各国的广泛关注。

综合能源系统能够整合各种形式的能源，因而不可避免地存在可靠性问题：新能源的接入给电力系统带来了很大的不确定性问题；气网负荷也具有一定的波动性和不确定性，同时各种形式的能量耦合环节也会给综合能源系统带来不确定性问题。因此，实际上综合能源系统的能量流呈现一定概率的形式，传统的稳态能流问题已经不能完全反应综合能源系统的状态信息，因此有必要进行综合能源系统的概率能流计算。

要对综合能源系统的概率能流进行计算，必先计算该系统的稳态能量流。目前，牛顿法是稳态能量流计算的通用方法。此外，根据雅可比矩阵的结构，通过迭代各种能量系统使用该方法获得的解可以分为两种形式：独立牛顿迭代法和统一牛顿迭代法。独立牛顿迭代法中每个能量系统独立形成自己的雅可比矩阵，并分别使用牛顿法进行计算，在能量耦合单元对不平衡量迭代直到整个系统的能量流收敛。这种方法比较简单，但计算速度稍慢。统一牛顿迭代法是构造一个包含诸多能源系统的雅可比矩阵并进行统一的牛顿迭代，以此获得整个网络的综合能量流。这种方法雅克比矩阵的构造比较复杂，但由于不需要进行能量耦合单元的不平衡量迭代，因此收敛速度比较快。

目前，综合能源系统的概率能流进行计算研究并不多，主要方法类似于传统电力系统中的概率潮流计算方法，包括蒙特卡罗模拟法，解析法和近似方法。根据大数定理，蒙特卡罗模拟需要许多样本(3000个以上)才能获得良好的精度，因此这种方法需要耗费相当长的时间，但是蒙特卡罗模拟法可以获得最准确的结果，因此，它是衡量其他方法精确度的参考。解析法通过线性化交流模型和卷积方法解决概率能流问题，在系统相对较大且需要考虑许多个组件的情况下，使用此方法将使得计算量呈现指数增长的趋势。因此，该方法不像其他两种方法那样广泛使用。近似方法是解决概率能流问题的重要方法，该方法主要包括一阶二阶矩法和点估计法。一阶二阶矩法具有快速的解决方案速度和良好的精度。由于采用泰勒展开法，只考虑线性项，忽略高阶项，因此，当系统高度非线性或概率变量非常不对称时，将导致比较大的误差。点估计法现在被广泛用于解决概率能流的问题，通过高斯积分技术，可以轻松获得估计点，该方法的求解速度非常高。但是原始的点估计法并不能处理相关变量的问题，并且估计点可能超过约束的边界，这将导致结果失去准确性。因此，点估计法仅限于特定应用。

综上所述，目前的大多数方法存在计算速度和计算准确性的问题，本专利提出一种结合Nataf变换并考虑边界约束的快速点估计法，对综合能源系统的概率能流问题进行研究，有效地提高了求解精度和计算效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑相关性和边界约束的综合能源系统概率能流的计算方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种综合能源系统概率能流的计算方法，根据综合能源系统的电力系统潮流和天然气系统能流，得到综合能源系统稳态能流；