一种能源互联下主动配电网与输电网集成系统多重不确定能量流建模及算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于主动配电网与输电网集成系统多重不确定能量流建模技术领域，提出 了一种能源互联下主动配电网与输电网集成系统多重不确定能量流建模新方法。
【背景技术】
[0002] 构建提取能源互联下主动配电网与输电网分解协调多重不确定能量流模型对系 统运行方式安排和安全校核具有重要意义。随着电/气/热综合能源利用范围日益增多且容 量持续增大，大量的DER和CCHP等接入配电网，传统配电网发展为具有双向潮流、多能源禪 合特征的主动配电网（active dis化ibution network,AND)。电/气/热综合能源注入配电 网源、荷受不确定自然因素，用能行为、市场价格等影响导致多能禪合注入主动配网的源、 荷不确定性。运些不确定特征不但具有随机性，而且因基于有限数据难W获取精确意义的 概率分布参数，具有认识意义的模糊性，并且多能源互补禪合和用能时空平衡影响具有时 空相关性，呈现多重复杂不确定特征。传统输电网和配电网潮流分析中输、配分离，不考虑 输电网和配电网竞争及电、气、热随机模糊注入能源的方法已无法适应新的实际。对能源互 联下主动配电网与输电网的源、荷多重不确定特征进行挖掘，W及考虑输电网与主动配电 网一体化建模及计算是亟待研究的关键科学问题。
[0003] 国内外现有关于能源互联下主动配电网与输电网分解协调多重不确定模型的研 究取得了一些成果:对于多重不确定特征数据的处理，文献《日风速多重不确定模型》定义 风速为随机模糊变量，拟合其实测数据得到概率分布特征，再通过极大似然法得到分布函 数参数的模糊隶属度函数，得到其随机模糊模型。文献《A novel random fuzzy neural networks for tackling uncertainties of electric load forecasting》将神经网络的 输入、输出、权重W及偏差皆用随机模糊变量的形式表示，建立了同时考虑随机性和模糊性 的模型，提出一种随机模糊神经网络负荷预测方法。多重不确定模型最大优势在于能兼顾 许多不确定特征随机性和模糊性共存特征，电、气、热等多能源系统源荷多重不确定建模问 题的研究还非常缺乏。对于考虑随机模糊数据不确定特征的时空相关性，文献《计及风速时 空相关性的含风电场电力系统动态随机最优潮流计算》考虑风速的时空相关性，建立风速 时间序列的自回归滑动平均模型，得到风速序列的时间相关系数矩阵和空间相关系数矩 阵，有效用于随机模糊时间序列的时空相关性特征提取。在能源互联下主动配电网和输电 网综合能源系统能量流研究方面，文献《能源互联网中能量枢纽的优化规划与运行研究综 述及展望》对电、气、热多能源系统的禪合关系，利用能量枢纽化nergy Hub)描述多能源系 统的原始输入按比例分配W及转化为其他形式能源的输出，且考虑转化效率，得到CHP及 CCHP的能量枢纽模型。文献《区域综合能源系统电/气/热能量流算法研究》建立针对区域综 合能源系统电/气/热能量流模型，包括电/气/热相互禪合的电力系统，天然气系统和EH系 统的非线性方程，并通过潮流方程偏导值判断分析电/气方程的交互影响。在其潮流建模和 算法方面：文献《Master-Slave-Splitting Based Distributed Global Power Flow Method for Integrated Transmission and Distribution Analysis》建立了包括分另。代 表输电网，禪合节点及配网的主、边界及仆区域的全局潮流方程，通过判断边界部分节点电 压收敛和分布式计算方法闭环协调输电网和主动配电网全局潮流；文献《System Of Systems Based Security-Constrained Unit Commitment Incorporating Active Distribution Grids》考虑市场环境，基于体系工程理论（System of Systems)将由ISO运 营的输电网及DSISO运营的主动配电网络作为既独立又协调的子系统，设计其交互功率为 共享变量，通过使共享变量在一定精度收敛进行输电网和主动配网协调。
[0004] 事实上，能源互联下主动配电网与输电网集成系统能量流建模及算法尚未得到研 究，提出了一种能源互联下主动配电网与输电网集成系统多重不确定能量流建模新方法。 并掲示EH、天气网和主动配电网、主动配电网和输电网能量流交互规律。
【发明内容】
[0005] 针对能源互联下电/气/热等多能源注入主动配电网源、荷不确定特征的潮流计算 是能源互联系统运行方式安排和安全校核的重要基础性工作，而现有研究未能考虑输电网 和主动配电网集成W及电/气/热等多能源禪合实际的情况，且注入的源、荷兼具随机性和 模糊性的现状，有必要基于实测源、荷注入数据进行数据挖掘分析并建立相应的随机模糊 及其时空相关的多重复杂不确定模型，并考虑基于SOS理论电、气、热多能禪合的主动配电 网和输电网的能量流计算。进而在合理风险水平下安排电力系统运行与调控计划。本发明 专利在传统配电网潮流计算的基础上，进一步考虑多能禪合下源、荷注入不确定的主动配 电网和输电网的一体化能量流计算新方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取W下技术方案：
[0007] 本发明解决上述问题采取的技术方案：
[0008] 1、建立能源互联下主动配电网与输电网源、荷多重不确定模型并提取其时空相关 特征。多能源禪合原始注入主动配电网和输电网的源、荷数据因为受天气，用能行为等影 响，具有随机性和模糊性等不确定特征，根据不确定理论将其定义随机模糊变量，得到其机 会测度函数。根据不确定理论对接入分布式风电、光伏发电，天然气等不确定能源注入功率 进行5000次随机模糊模拟，得到具有随机模糊特征的电/气/热注入主动配网功率。在模拟 值的基础上，考虑预测误差的时空相关性，利用自回归滑动平均模型得到EH在t个时间段内 源、荷注入的时间相关系数矩阵，W及根据不同EH地理位置得到空间相关系数矩阵。
[0009] 2、建立能源互联下电/气/热注入源、荷具有时空相关随机模糊特征的能量枢纽 化H)模型。根据天然气网与主动配电网通过邸互联时的电网供能、天然气能源和D邸等其他 能源构成的供能矩阵与电负荷、天然气负荷、热负荷构成的负荷矩阵之间的转化供需平衡 关系，基于历史数据拟合系数矩阵，建立EH节点集合的平衡方程。获得能源集线器与网络的 能量交互值，并通过电/气/热能量流方程雅克比矩阵判断电/气能源的交互影响和热电联 产系统的运行方式。
[0010] 3、建立基于SOS理论能源互联下主动配电网=种不同运行模式的判断。基于SOS理 论对主动配电网的能量流问题进行求解，根据结果获取此时对应的Pli,t。若Pli,t = 0,输电网 与主动配电网完全解禪，主动配电网运行于孤岛模式，对应电力系统N-I状态，若Pli,t>0， 主动配电网相对输电网作为负荷运行，若PLi,t<0,主动配电网相对输电网作为电源运行。 PLi,t辛O采用基于SOS体系理论输电网与主动配电网集成系统能量流计算方法。
[0011] 4、建立基于SOS理论能源互联下主动配电网与输电网集成系统能量流多重不确定 模型及计算。基于体系工程理论(System of Systems)将主动配电网与输电网的交互功率 视为共享变量，建立多能源禪合注入主动配电网、输电网的能量流模型。输电网与配电网共 联节点的功率和电压表示为共享变量zt。将基于牛顿拉夫逊算法的输电网潮流计算和基于 前推回代算法的主动配电网潮流计算分别得到共联节点能量％和yt，对共联节点能量进行 迭代收敛直到达到收敛条件I <e，获得输电网与主动配电网的能量流结果。其中％， 是共享变量Zt的局部变量。
【附图说明】
[0012] 图1:本发明的实例能源系统示意图；
[0013] 图2:本发明基于SOS理论能源互联下主动配电网与输电网集成系统多重不确定能 量流计算流程图
【具体实施方式】
[0014] 本发明包括W下步骤：
[0015] 1、建立能源互联下主动配电网与输电网源、荷多重不确定模型并提取其时空相关 特征。
[0016] 能源互联下原始注入主动配电网和输电网的源、荷数据因为受天气，用能行为等 影响，具有随机性和模糊性等不确定特征，根据不确定理论将其定义随机模糊变量，得到机 会测度函数。其中ai，bi和Ci为密度函数模糊参数
(1)
[0018] 考虑时空相关性:通过随机模糊模拟得到多能源注入主动配网电和输电网源、荷 预测值后，再利用自回归滑动平均（auto regression moving average,ARMA)模型，（p,q) 阶注入源、荷时间序列的ARM模型如下：
[0019] Pn, - - SpP、二馬 _ 0片 _' .- Oy(Xi_q 巧）
[0020] 其中，PNt为时刻t的源、荷序列值；4和目t分别为AR模型和MA模型的参数;at为高斯 白噪声序列，基于化Ie-Walker方程得至IjARMA模型对应时间序列的自相关函数Pt，则T个时 间段内源、荷的时间相关系数矩阵为
[0022]地理位置相近的Kl之间电/气/热注入源、荷在空间上存在较强的相关性。研究K个 EH间注入源、荷的相关性，则运K个EH注入源、荷在时段t内的空间相关系数矩阵如下:式中： t = 1，2，…，T; Pij, t为第i和j个EH在第t个时间段内注入源、荷的相关系数
[0024] 2、建立能源互联下电/气/热注入源、荷具有时空相关随机模糊特征的能量枢纽 化H)模型。
[0025] 首先对模型中出现的主要指代、变量及下标等进行说明如下：
[0026] T 输电网（TS);
[0027] D 主动配网（ADN);
[002引 H 能源枢纽化H);
[0029] t 时段；
[0030] i TS节点编号；
[0031] j ADN内部节点编号；
[0032] k 天然气网节点编号；
[00削巫T TS节点集合；
[0034] Ot-G 15中与火电机组的节点集合，Cb-W
[003引巫T-tD TS中与传统配网相连节点集合，?巧T;
[0036] 巫T-D TS中与ADN相连节点集合，（!\ b [ (1\ ;
[0037] Od ADN内部节点集合；
[003引 Od-H ADN内部与天然气网相连节点，即EH节点集合；
[0039] Zt TS与ADN共享变量向量。
[0040] 根据天然气网与主动配