包含风电场的电力系统可靠性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包含风电场的电力系统可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统可靠性评估是指在计入各种不确定性因素的情况下对系统的充裕度或 安全性进行分析计算，包含元件停运模型、系统状态选择、系统状态评估和系统指标计算等 方面的内容。
[0003] 电力系统可靠性评估方法主要分为两大类：解析法和蒙特卡洛方法，其中蒙特卡 洛方法进一步分为非序贯和序贯蒙特卡洛方法。解析法通过建立系统的可靠性数学模型， 通过数值计算方法获得系统的各项指标。蒙特卡洛模拟法则通过在计算机上模拟系统实际 情况，按照对此模拟过程进行若干时间的观察，用统计的方法得到可靠性的指标。解析法计 算结果可信度高、但计算量随系统规模的增大呈指数增长，因此一般只适合于网络规模较 小而网络结构较强的系统。
[0004] 现代电力系统规模不断扩大、网络结构越来越复杂，同时风力发电、光伏发电等间 歇性能源开始逐步规模化地接入电网，系统面临着更多不确定性和相关性等问题，因此现 代电力系统多采用蒙特卡洛方法进行可靠性评估。在同样的精度要求下，非序贯蒙特卡洛 法的计算时间远小于序贯蒙特卡洛法的计算时间，因此在不需要计算频率和持续时间指标 的场合，宜优先采用非序贯蒙特卡洛方法。
[0005] 采用非序贯蒙特卡洛方法进行包含风电场的电力系统可靠性评估时，通常将风电 场等值成一个具有多个出力状态的发电机组。现有文献主要从风电场可靠性建模、风电场 风速相关性对电力系统可靠性的影响等角度开展研究，较少文献从包含风电场的电力系统 可靠性评估的非序贯蒙特卡洛方法的计算效率的角度进行研究。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种包含风电场的电力系统可靠性评估方法，在对所有抽取 到的系统状态进行相同状态合并处理之后采用并行计算，加速了电力系统可靠性评估的速 度，用于快速评估包含风电场的电力系统可靠性，解决现有技术中存在的未有从包含风电 场的电力系统可靠性评估的非序贯蒙特卡洛方法的计算效率的角度进行研究的问题。
[0007] 本发明的技术解决方案是：
[0008] -种包含风电场的电力系统可靠性评估方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1，参数初始化；
[0010] 步骤2,根据各个风电场风速的历史小时序列数据，计算各个风电场风速分布的威 布尔分布参数和风电场之间风速的相关系数；
[0011] 步骤3,根据步骤2得到的威布尔分布参数和风电场之间风速的相关系数，模拟产 生具有相关性的各个风电场风速序列；
[0012] 步骤4,根据步骤3模拟得到的各个风电场小时风速，结合风电机组的风速-功率 特性曲线和风电机组的强迫停运率，模拟各个风电场的时序出力；
[0013] 步骤5,根据模拟所得的各个风电场的时序出力，计算各风电场出力之间的相关系 数RP;
[0014] 步骤6,根据模拟所得的各个风电场的时序出力，采用线性划分或聚类的方法将各 个风电场等值成具有neq个出力状态的模型；
[0015] 步骤7,抽样生成NS个系统状态，并对其中相同的系统状态进行合并，存储不同的 系统状态，每个系统状态需要存储的信息包含系统状态的十进制编号、系统状态的二进制 编码序列和该系统状态出现的次数；
[0016] 步骤8,对步骤7中存储的不同的系统状态进行并行计算；假设步骤7中存储的不 同系统状态的数目为NS2个，计算资源有m个，则将NS2/m个不同的系统状态分别平均分配 给各个计算资源进行系统状态分析；
[0017] 步骤9,对各个计算资源获得的系统状态分析结果进行汇总，得到系统可靠性指 标。
[0018] 进一步地，步骤3中，模拟产生相关的风电场风速的方法为Nataf变换法或基于 Copula函数的随机变量模拟方法。
[0019] 进一步地，步骤7具体包含如下步骤：
[0020] 步骤7-1，初始化抽样数ns = 0 ;
[0021] 步骤 7-2,抽样数 ns = ns+1 ;
[0022] 步骤7-3,模拟产生服从[0,1]均匀分布的、且满足相关系数关系Rp的η个随机数， 将所产生的η个随机数同各个风电场的多状态出力模型相比较，从而抽取各个风电场的出 力状态；
[0023] 步骤7-4,模拟产生服从[0,1]均匀分布的、相互独立的ng个随机数，将这些随机 数分别同系统中传统发电机的强迫停运率相比较，从而抽取各台发电机的运行状态；
[0024] 步骤7-5,模拟产生服从[0,1]均匀分布的、相互独立的nl个随机数，将这些随机 数分别同系统中输电线路的强迫停运率相比较，从而抽取各条输电线路的运行状态；
[0025] 步骤7-6,将抽取到的各个风电场、各台发电机、各条线路的状态组合成系统状态， 并对系统状态进行二进制编码；
[0026] 步骤7-7,将表示系统状态的二进制字符串转化成等值的十进制数值，作为该系统 状态的编号；
[0027] 步骤7-8,将步骤7-7所得的系统状态编号与历史的抽样生成的系统状态编号进 行比较，通过比较来判断步骤7-6得到的系统状态是否存储过；倘若步骤7-7所得的系统状 态编号与某个历史抽样生成系统状态的编号相等，则只需要将与步骤7-6得到的系统状态 相同的历史系统状态的状态出现次数加1 ;否则，则需要存储步骤7-6得到的系统状态，并 将此抽样到的系统状态出现的次数记为1 ;
[0028] 步骤7-9,判断系统抽样次数是否达到预定的抽样次数，若ns〈NS，则转入步骤 7-2 ;否则，转入步骤8。
[0029] 进一步地，步骤7-6具体的编码方式为：
[0030] 步骤7-6-1，先确定用于表示风电场状态的二进制的位数，假设风电场的等值状态 数为neq，则风电场的出力状态用nw个二进制位数来表示，rm=[l 0g2(iK'q)l，其中，Γ为向 上取整运算；
[0031] 步骤7-6-2,将每个风电场的出力状态用nw个二进制字符来表示；
[0032] 步骤7-6-3,每台发电机和每条线路的运行状态用一个二进制字符表示，其中"1" 表示正常状态，对于发电机表示发电机的出力为额定容量，"0"表示故障状态；
[0033] 步骤7-6-4,将一个系统状态用一个二进制字符串编码表示，该字符串的长度 为nXnw+ng+nl位；其中二进制字符串的第1~nw位表示第1个风电场的出力状态，第 nw+Ι~2nw位表示第2个风电场的出力状态，…，第（k-l)Xnw+l~k Xnw位表示第 k个风电场的出力状态，…，第（n-l)Xnw+l~nXnw位表示第η个风电场的出力状态； 第nXnw+Ι~nXnw+ng位表示ng台顺序编号的发电机的运行状态；第nXnw+ng+Ι~ nXnw+ng+nl位表示nl条顺序编号的线路的运行状态。
[0034] 进一步地，步骤7-3中，模拟产生服从[0, 1]均匀分布的、且满足相关系数关系Rp 的η个随机数的方法为Nataf变换法或基于Copula函数的随机模拟法。
[0035] 进一步地，步骤7-3中，抽取各个风电场的出力的具体做法是：假定第i个，i = 1， 2, . . .，n，风电场处于第k，k = 1，2,……，neq，个出力状态的概率是Plik，模拟产生的第i个 随机数为Uwl，如·
其中，Pi，j表示第i个风电场处于第j个出力状态 的概率，则该风电场处于第k个出力状态。
[0036] 进一步地，假设系统状态i出现的次数为nsi，计算资源计算所得的该状态下的 系统负荷削减量为CSi，单位是兆瓦，则系统进行负荷削减的概率为
其中
系统的期望缺供电量，单位是兆瓦时/年，为
[0037] 本发明首先通过模拟相关的风电场风速，结合风电机