本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域，特別是涉及了考慮多重不確定性的需求響應(yīng)對(duì)含風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法。
背景技術(shù)：
：風(fēng)電的大規(guī)模接入使得電力系統(tǒng)需要越來越多的備用容量來維持系統(tǒng)的可靠性水平。智能電網(wǎng)中電動(dòng)汽車、空調(diào)、分布式電等智能設(shè)備的發(fā)展以及信息通訊技術(shù)的滲透，為用戶參與需求響應(yīng)提供了條件。然而，來自于需求響應(yīng)的多重不確定性會(huì)給系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行帶來一系列問題。例如，分層分散控制的信息通訊系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，使得控制區(qū)域的用戶難以參與需求響應(yīng)，從而增加系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。此外，用戶參與度以及用戶提供備用容量的隨機(jī)性會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有用戶實(shí)際提供備用容量的能力產(chǎn)生影響。因此，如何精確評(píng)估考慮用戶在參與需求響應(yīng)時(shí)的不確定性對(duì)含風(fēng)電的電力系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。基于Lz變換的可靠性分析方法，能夠分析時(shí)變系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，可更好的評(píng)估考慮需求響應(yīng)不確定性的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)考慮需求響不確定性的電力系統(tǒng)，提供了一種考慮需求響應(yīng)多重不確定性的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。本發(fā)明方法首先建立考慮風(fēng)速的隨機(jī)性以及風(fēng)機(jī)故障不確定性的風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)算子得到風(fēng)電場(chǎng)的多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型；考慮信息通訊系統(tǒng)的分層分散控制，建立其風(fēng)險(xiǎn)模型；并建立考慮用戶參與度不確定性的需求響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)模型，利用串聯(lián)結(jié)構(gòu)算子，得到綜合考慮信息通訊系統(tǒng)以及用戶參與度的不確定性的用戶實(shí)際參與度的風(fēng)險(xiǎn)模型；建立需求響應(yīng)中用戶可提供備用容量的多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，并統(tǒng)籌考慮用戶實(shí)際參與度以及用戶提供備用容量的隨機(jī)性，建立用戶參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型。統(tǒng)籌考慮風(fēng)電以及信息通訊系統(tǒng)不確定性的需求響應(yīng)，分析其對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響。本發(fā)明對(duì)考慮需求響應(yīng)的含風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析理論分析具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)更好地分析及評(píng)估考慮用戶參與需求響應(yīng)不確定性的含風(fēng)電系統(tǒng)可靠性提供了科學(xué)依據(jù)。本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案包括以下步驟：1)建立分別考慮風(fēng)速隨機(jī)性和風(fēng)機(jī)故障不確定性的風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型和風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型；考慮風(fēng)速的隨機(jī)性建立風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型，考慮風(fēng)機(jī)故障不確定性建立風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型；2)利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子結(jié)合風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型和風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型，建立含多個(gè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型；3)建立考慮信息通訊系統(tǒng)分層分散控制的信息通訊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型；4)建立考慮用戶區(qū)參與度不確定性的需求響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)模型；5)綜合考慮信息通訊系統(tǒng)以及用戶區(qū)參與度的不確定性，建立用戶區(qū)實(shí)際參與度的風(fēng)險(xiǎn)模型；6)建立考慮需求響應(yīng)中用戶區(qū)可提供備用容量隨機(jī)性的多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型；7)統(tǒng)籌考慮用戶區(qū)實(shí)際參與度以及用戶區(qū)提供備用容量的隨機(jī)性，建立用戶區(qū)參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型；8)統(tǒng)籌考慮風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型和用戶區(qū)參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型，分析對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果。所述步驟1)中，將風(fēng)速的隨機(jī)性與風(fēng)機(jī)出力的關(guān)系用如下公式表示：其中,t表示時(shí)間，POk表示當(dāng)風(fēng)速為v(t)時(shí)風(fēng)機(jī)k的出力；vci,vc,vco分別表示切入風(fēng)速、額定風(fēng)速以及切出風(fēng)速；表示風(fēng)機(jī)k的額定出力；參數(shù)a,b,c分別表示第一、第二、第三風(fēng)機(jī)出力與風(fēng)速關(guān)系系數(shù)；由風(fēng)速的隨機(jī)性，利用Lz變換對(duì)上述公式處理得到考慮風(fēng)速隨機(jī)性的風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型：其中，t表示時(shí)間，表示風(fēng)機(jī)k出力的Lz變換表示形式，jk表示風(fēng)機(jī)k的出力狀態(tài)，風(fēng)機(jī)k共有Jk個(gè)出力狀態(tài)，表示在風(fēng)機(jī)k出力狀態(tài)在jk時(shí)的時(shí)變概率值；表示風(fēng)機(jī)k在狀態(tài)jk的出力，此處的z用來表示風(fēng)機(jī)出力的隨機(jī)變量狀態(tài)值，表示風(fēng)機(jī)出力的取值為所述步驟1)中，考慮風(fēng)機(jī)故障不確定性的風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型如下表示：其中，為風(fēng)機(jī)k故障的Lz變換表示形式，pr(t)(這個(gè)字母中的下標(biāo)jk已刪除，下文中對(duì)應(yīng)的公式中也作刪除)表示風(fēng)機(jī)k的可用概率，且0≤pr(t)≤1；當(dāng)風(fēng)機(jī)k發(fā)生故障時(shí)，pr(t)為0；此處的z表示風(fēng)機(jī)故障的隨機(jī)變量狀態(tài)值，z0表示風(fēng)機(jī)發(fā)生故障使得風(fēng)機(jī)出力為0。所述步驟2)中，統(tǒng)籌考慮風(fēng)速的隨機(jī)性以及風(fēng)機(jī)故障將風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型和風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型利用串聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子Ωs獲得風(fēng)機(jī)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，表示為再利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子Ωp獲得含K個(gè)相同風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型，表示為L(zhǎng)wf(z,t)：其中，k表示風(fēng)機(jī)的序數(shù)，K表示風(fēng)機(jī)的總數(shù)。u表示風(fēng)電場(chǎng)出力的狀態(tài)，，且共有U個(gè)狀態(tài)，WFu表示風(fēng)電場(chǎng)在狀態(tài)u時(shí)出力，表示風(fēng)電場(chǎng)出力為WFu時(shí)的概率，表示所有用戶區(qū)提供的需求響應(yīng)隨機(jī)變量的值為WFu。所述步驟3)中，先建立考慮信息通訊系統(tǒng)分層分散控制的系統(tǒng)模型，再根據(jù)系統(tǒng)模型采用以下方式進(jìn)行處理獲得信息通訊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型考慮信息通訊系統(tǒng)分層分散控制的系統(tǒng)模型描述為：如圖1所示，上層為控制中心，中層為多個(gè)本地控制器，底層為參與需求響應(yīng)的不同用戶區(qū)區(qū)域，控制中心連接控制本地控制器，本地控制器連接控制各自的用戶區(qū)區(qū)域，本地控制器和用戶區(qū)之間一一對(duì)應(yīng)，第i個(gè)本地控制器對(duì)應(yīng)于第i個(gè)用戶區(qū)。首先，考慮系統(tǒng)模型中信息通訊系統(tǒng)的隨機(jī)故障使得第i個(gè)本地控制器對(duì)第i個(gè)用戶區(qū)的控制失效，得到該情況下第i個(gè)用戶區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)模型其中，表示第i個(gè)本地控制器到第i個(gè)用戶區(qū)的信息通訊系統(tǒng)的可用率；此處的z表示信息通訊系統(tǒng)故障的隨機(jī)變量狀態(tài)值，z1表示響應(yīng)的信息通訊系統(tǒng)正常工作，z0表示信息通訊系統(tǒng)的故障；其次，考慮系統(tǒng)模型中信息通訊系統(tǒng)的隨機(jī)故障使得控制中心對(duì)第i個(gè)本地控制器的控制失效，得到該情況下第i個(gè)用用戶區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)模型其中，表示控制中心到第i個(gè)本地控制器的信息通訊系統(tǒng)的可用率，此處的z表示隨機(jī)變量狀態(tài)值(信息通訊系統(tǒng)故障)，z1表示響應(yīng)的信息通訊系統(tǒng)正常工作，z0表示信息通訊系統(tǒng)的故障；最后，考慮系統(tǒng)模型中分層分區(qū)控制隨機(jī)故障的影響，利用串聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子Ωs獲得第i個(gè)用戶區(qū)的信息通訊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型此處的z表示信息通訊系統(tǒng)故障的隨機(jī)變量狀態(tài)值，z1表示響應(yīng)的信息通訊系統(tǒng)正常工作，z0表示信息通訊系統(tǒng)的故障。所述步驟4)中考慮用戶區(qū)參與度不確定性的需求響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)模型表示為：其中，t表示時(shí)間，表示用戶區(qū)參與度的Lz變換表示形式，此處的z用來表示用戶區(qū)參與度的隨機(jī)變量狀態(tài)值，表示隨機(jī)變量用戶區(qū)參與度的取值為表示第i個(gè)用戶區(qū)的參與度；yi表示第i個(gè)用戶區(qū)參與度的狀態(tài)，第i個(gè)用戶區(qū)共有Yi個(gè)參與度狀態(tài)；表示在第i個(gè)用戶區(qū)的參與度在yi時(shí)的時(shí)變概率值。所述步驟5)中，利用串聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子Ωs結(jié)合信息通訊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型和需求響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)模型獲得考慮用戶區(qū)實(shí)際參與度的風(fēng)險(xiǎn)模型，表示為其中，t表示時(shí)間，表示用戶區(qū)實(shí)際參與度的Lz變換表示形式。所述步驟6)中的多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型表示為：其中，t表示時(shí)間，表示第i個(gè)用戶區(qū)可提供備用容量的Lz變換表示形式，此處的z用來表示用戶區(qū)可提供備用容量的隨機(jī)變量狀態(tài)值，表示隨機(jī)變量的取值為xi表示用戶區(qū)i可提供備用容量的狀態(tài)，用戶區(qū)i共有Xi個(gè)可提供備用容量的狀態(tài)；表示用戶區(qū)i可提供的備用容量，表示在用戶區(qū)i可提供備用容量在狀態(tài)ji時(shí)的時(shí)變概率值。所述步驟7)中，利用乘法通用生成算子Ωm結(jié)合考慮用戶區(qū)實(shí)際參與度的風(fēng)險(xiǎn)模型和多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型獲得單個(gè)用戶區(qū)參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型表示為：對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)N個(gè)用戶區(qū)，參與需求響應(yīng)提供備用容量的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型Ldr(z,t)表示為：其中，w表示所有用戶區(qū)進(jìn)行需求響應(yīng)所提供容量的狀態(tài)，且共有W個(gè)狀態(tài)，DRw表示所有用戶區(qū)進(jìn)行需求響應(yīng)在狀態(tài)w時(shí)提供的備用容量，表示所提供容量為的DRw時(shí)的概率，表示隨機(jī)變量(所有用戶區(qū)提供的需求響應(yīng))的值為DRw。所述步驟8)是具體采用以下計(jì)算公式獲得系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果包括系統(tǒng)電量不足期望值EENS(t)以及系統(tǒng)可用率AVAI(t)：其中，S表示可能具有的系統(tǒng)狀態(tài)集合，s為S中的元素，即系統(tǒng)狀態(tài)；Load表示系統(tǒng)負(fù)荷，WFu表示風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型中風(fēng)電場(chǎng)在狀態(tài)為u時(shí)的出力，ConG表示系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，DRw表示綜合風(fēng)險(xiǎn)模型中的系統(tǒng)所有用戶區(qū)參與需求響應(yīng)提供備用容量的狀態(tài)為w時(shí)的容量值，ps(t)為系統(tǒng)狀態(tài)為s時(shí)的概率，可由概率組合得到；EENS(t)表示隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間變化的系統(tǒng)電量不足期望值，AVAI(t)表示隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間變化的系統(tǒng)可用率。上述風(fēng)機(jī)k在出力為時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)變概率值是通過建立風(fēng)速的馬爾可夫過程的微分方程模型，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)風(fēng)電功率的概率值。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法以考慮需求響應(yīng)不確定性的含風(fēng)電系統(tǒng)為對(duì)象，利用Lz變換方法評(píng)估考慮靈活資源不確定性的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，精確性高，運(yùn)算速度快。本發(fā)明方法可進(jìn)一步完善電力系統(tǒng)可靠性分析理論，對(duì)考慮需求響應(yīng)不確定性的含風(fēng)電系統(tǒng)的理論分析及工程應(yīng)用具有重要意義，對(duì)智能電網(wǎng)的工程建設(shè)有一定的參考價(jià)值，為解決考慮用戶參與需求響應(yīng)不確定性的電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了一條行之有效的技術(shù)途徑。附圖說明圖1是信息通訊系統(tǒng)分層分散控制方式示意圖。圖2是實(shí)施例系統(tǒng)不同場(chǎng)景下期望電量缺額(EENS)趨勢(shì)圖。圖3是實(shí)施例系統(tǒng)不同場(chǎng)景下可用率(AVAI)趨勢(shì)圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步說明如下。本實(shí)施例如下：實(shí)施的系統(tǒng)中有5臺(tái)額定功率為40MW的燃煤發(fā)電機(jī)組，10臺(tái)額定功率為2MW的風(fēng)機(jī)，風(fēng)速的狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)出力狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移率如表1所示，系統(tǒng)的峰時(shí)負(fù)荷為185MW。系統(tǒng)中有1個(gè)可參與需求響應(yīng)的用戶區(qū)域，該用戶區(qū)域由4家工業(yè)用戶組成，其用戶參與度、可提供容量以及響應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移率如表2所示。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)以及信息通訊系統(tǒng)的平均故障時(shí)間以及平均維修時(shí)間如表3所示。表1風(fēng)速/風(fēng)機(jī)出力狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率轉(zhuǎn)移率0MW0.5MW1MW1.5MW2MW0MW-0.0390.0130.0080.0180.5MW0.365-0.1510.0450.0971MW0.1220.220-0.1920.1551.5MW0.0380.0930.185-0.3592MW0.0160.0120.0160.067-表2參與需求響應(yīng)的工業(yè)用戶可提供的備用容量及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率表3傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組以及信息通訊系統(tǒng)的可靠性參數(shù)本實(shí)施例分析不同場(chǎng)景下，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果的變化情況。分為三個(gè)場(chǎng)景：場(chǎng)景A：考慮風(fēng)電以及需求響應(yīng)不確定性的系統(tǒng)；場(chǎng)景B：考慮風(fēng)電以及需求響應(yīng)，但不考慮需求響應(yīng)不確定性的系統(tǒng)；場(chǎng)景C：考慮風(fēng)電，但不考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)。本實(shí)施例按照
發(fā)明內(nèi)容描述的方法進(jìn)行實(shí)施，具體進(jìn)行可靠性分析計(jì)算步驟如下：1)建立分別考慮風(fēng)速隨機(jī)性和風(fēng)機(jī)故障不確定性的風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型和風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型；2)利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)通用生成算子結(jié)合風(fēng)機(jī)出力多狀態(tài)模型和風(fēng)機(jī)故障兩狀態(tài)模型，建立含多個(gè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型；3)建立考慮信息通訊系統(tǒng)分層分散控制的信息通訊系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模型；4)建立考慮用戶參與度不確定性的需求響應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)模型；5)綜合考慮信息通訊系統(tǒng)以及用戶參與度的不確定性，建立用戶實(shí)際參與度的風(fēng)險(xiǎn)模型；6)建立考慮需求響應(yīng)中用戶可提供備用容量隨機(jī)性的多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型；7)統(tǒng)籌考慮用戶實(shí)際參與度以及用戶提供備用容量的隨機(jī)性，建立用戶參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型；8)統(tǒng)籌考慮風(fēng)電場(chǎng)多狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)模型和用戶參與需求響應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)模型，分析對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果。實(shí)施例結(jié)果獲得的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果如下：表4不同時(shí)間點(diǎn)下系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果根據(jù)以上步驟，不同時(shí)間點(diǎn)下，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果電量不足期望值(EENS)以及系統(tǒng)可用率(AVAI)如表4所示；系統(tǒng)的電量不足期望值隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增大而增大，系統(tǒng)可用率(AVAI)隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增大而減小。不同負(fù)荷水平下，系統(tǒng)的電量不足期望值隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖2所示。不同時(shí)間點(diǎn)下，不同場(chǎng)景下系統(tǒng)的可用率隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖3所示。通過系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果的計(jì)算，可以得到，考慮需求響應(yīng)的不確定性后，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)增大，由此也說明需求響應(yīng)的不確定性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響。此外，不考慮需求響應(yīng)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)最高，由此也可以看出用戶參與需求響應(yīng)對(duì)降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的重要意義。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上示例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或同等替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者同等替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁1 2 3