一種能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統多重不確定能量流建模及算法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于主動配電網與輸電網集成系統多重不確定能量流建模技術領域，提出 了一種能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統多重不確定能量流建模新方法。
【背景技術】
[0002] 構建提取能源互聯下主動配電網與輸電網分解協調多重不確定能量流模型對系 統運行方式安排和安全校核具有重要意義。隨著電/氣/熱綜合能源利用范圍日益增多且容 量持續增大，大量的DER和CCHP等接入配電網，傳統配電網發展為具有雙向潮流、多能源禪 合特征的主動配電網（active dis化ibution network,AND)。電/氣/熱綜合能源注入配電 網源、荷受不確定自然因素，用能行為、市場價格等影響導致多能禪合注入主動配網的源、 荷不確定性。運些不確定特征不但具有隨機性，而且因基于有限數據難W獲取精確意義的 概率分布參數，具有認識意義的模糊性，并且多能源互補禪合和用能時空平衡影響具有時 空相關性，呈現多重復雜不確定特征。傳統輸電網和配電網潮流分析中輸、配分離，不考慮 輸電網和配電網競爭及電、氣、熱隨機模糊注入能源的方法已無法適應新的實際。對能源互 聯下主動配電網與輸電網的源、荷多重不確定特征進行挖掘，W及考慮輸電網與主動配電 網一體化建模及計算是亟待研究的關鍵科學問題。
[0003] 國內外現有關于能源互聯下主動配電網與輸電網分解協調多重不確定模型的研 究取得了一些成果:對于多重不確定特征數據的處理，文獻《日風速多重不確定模型》定義 風速為隨機模糊變量，擬合其實測數據得到概率分布特征，再通過極大似然法得到分布函 數參數的模糊隸屬度函數，得到其隨機模糊模型。文獻《A novel random fuzzy neural networks for tackling uncertainties of electric load forecasting》將神經網絡的 輸入、輸出、權重W及偏差皆用隨機模糊變量的形式表示，建立了同時考慮隨機性和模糊性 的模型，提出一種隨機模糊神經網絡負荷預測方法。多重不確定模型最大優勢在于能兼顧 許多不確定特征隨機性和模糊性共存特征，電、氣、熱等多能源系統源荷多重不確定建模問 題的研究還非常缺乏。對于考慮隨機模糊數據不確定特征的時空相關性，文獻《計及風速時 空相關性的含風電場電力系統動態隨機最優潮流計算》考慮風速的時空相關性，建立風速 時間序列的自回歸滑動平均模型，得到風速序列的時間相關系數矩陣和空間相關系數矩 陣，有效用于隨機模糊時間序列的時空相關性特征提取。在能源互聯下主動配電網和輸電 網綜合能源系統能量流研究方面，文獻《能源互聯網中能量樞紐的優化規劃與運行研究綜 述及展望》對電、氣、熱多能源系統的禪合關系，利用能量樞紐化nergy Hub)描述多能源系 統的原始輸入按比例分配W及轉化為其他形式能源的輸出，且考慮轉化效率，得到CHP及 CCHP的能量樞紐模型。文獻《區域綜合能源系統電/氣/熱能量流算法研究》建立針對區域綜 合能源系統電/氣/熱能量流模型，包括電/氣/熱相互禪合的電力系統，天然氣系統和EH系 統的非線性方程，并通過潮流方程偏導值判斷分析電/氣方程的交互影響。在其潮流建模和 算法方面：文獻《Master-Slave-Splitting Based Distributed Global Power Flow Method for Integrated Transmission and Distribution Analysis》建立了包括分另。代 表輸電網，禪合節點及配網的主、邊界及仆區域的全局潮流方程，通過判斷邊界部分節點電 壓收斂和分布式計算方法閉環協調輸電網和主動配電網全局潮流；文獻《System Of Systems Based Security-Constrained Unit Commitment Incorporating Active Distribution Grids》考慮市場環境，基于體系工程理論（System of Systems)將由ISO運 營的輸電網及DSISO運營的主動配電網絡作為既獨立又協調的子系統，設計其交互功率為 共享變量，通過使共享變量在一定精度收斂進行輸電網和主動配網協調。
[0004] 事實上，能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統能量流建模及算法尚未得到研 究，提出了一種能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統多重不確定能量流建模新方法。 并掲示EH、天氣網和主動配電網、主動配電網和輸電網能量流交互規律。
【發明內容】
[0005] 針對能源互聯下電/氣/熱等多能源注入主動配電網源、荷不確定特征的潮流計算 是能源互聯系統運行方式安排和安全校核的重要基礎性工作，而現有研究未能考慮輸電網 和主動配電網集成W及電/氣/熱等多能源禪合實際的情況，且注入的源、荷兼具隨機性和 模糊性的現狀，有必要基于實測源、荷注入數據進行數據挖掘分析并建立相應的隨機模糊 及其時空相關的多重復雜不確定模型，并考慮基于SOS理論電、氣、熱多能禪合的主動配電 網和輸電網的能量流計算。進而在合理風險水平下安排電力系統運行與調控計劃。本發明 專利在傳統配電網潮流計算的基礎上，進一步考慮多能禪合下源、荷注入不確定的主動配 電網和輸電網的一體化能量流計算新方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明采取W下技術方案：
[0007] 本發明解決上述問題采取的技術方案：
[0008] 1、建立能源互聯下主動配電網與輸電網源、荷多重不確定模型并提取其時空相關 特征。多能源禪合原始注入主動配電網和輸電網的源、荷數據因為受天氣，用能行為等影 響，具有隨機性和模糊性等不確定特征，根據不確定理論將其定義隨機模糊變量，得到其機 會測度函數。根據不確定理論對接入分布式風電、光伏發電，天然氣等不確定能源注入功率 進行5000次隨機模糊模擬，得到具有隨機模糊特征的電/氣/熱注入主動配網功率。在模擬 值的基礎上，考慮預測誤差的時空相關性，利用自回歸滑動平均模型得到EH在t個時間段內 源、荷注入的時間相關系數矩陣，W及根據不同EH地理位置得到空間相關系數矩陣。
[0009] 2、建立能源互聯下電/氣/熱注入源、荷具有時空相關隨機模糊特征的能量樞紐 化H)模型。根據天然氣網與主動配電網通過邸互聯時的電網供能、天然氣能源和D邸等其他 能源構成的供能矩陣與電負荷、天然氣負荷、熱負荷構成的負荷矩陣之間的轉化供需平衡 關系，基于歷史數據擬合系數矩陣，建立EH節點集合的平衡方程。獲得能源集線器與網絡的 能量交互值，并通過電/氣/熱能量流方程雅克比矩陣判斷電/氣能源的交互影響和熱電聯 產系統的運行方式。
[0010] 3、建立基于SOS理論能源互聯下主動配電網=種不同運行模式的判斷。基于SOS理 論對主動配電網的能量流問題進行求解，根據結果獲取此時對應的Pli,t。若Pli,t = 0,輸電網 與主動配電網完全解禪，主動配電網運行于孤島模式，對應電力系統N-I狀態，若Pli,t>0， 主動配電網相對輸電網作為負荷運行，若PLi,t<0,主動配電網相對輸電網作為電源運行。 PLi,t辛O采用基于SOS體系理論輸電網與主動配電網集成系統能量流計算方法。
[0011] 4、建立基于SOS理論能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統能量流多重不確定 模型及計算。基于體系工程理論(System of Systems)將主動配電網與輸電網的交互功率 視為共享變量，建立多能源禪合注入主動配電網、輸電網的能量流模型。輸電網與配電網共 聯節點的功率和電壓表示為共享變量zt。將基于牛頓拉夫遜算法的輸電網潮流計算和基于 前推回代算法的主動配電網潮流計算分別得到共聯節點能量％和yt，對共聯節點能量進行 迭代收斂直到達到收斂條件I <e，獲得輸電網與主動配電網的能量流結果。其中％， 是共享變量Zt的局部變量。
【附圖說明】
[0012] 圖1:本發明的實例能源系統示意圖；
[0013] 圖2:本發明基于SOS理論能源互聯下主動配電網與輸電網集成系統多重不確定能 量流計算流程圖
【具體實施方式】
[0014] 本發明包括W下步驟：
[0015] 1、建立能源互聯下主動配電網與輸電網源、荷多重不確定模型并提取其時空相關 特征。
[0016] 能源互聯下原始注入主動配電網和輸電網的源、荷數據因為受天氣，用能行為等 影響，具有隨機性和模糊性等不確定特征，根據不確定理論將其定義隨機模糊變量，得到機 會測度函數。其中ai，bi和Ci為密度函數模糊參數
(1)
[0018] 考慮時空相關性:通過隨機模糊模擬得到多能源注入主動配網電和輸電網源、荷 預測值后，再利用自回歸滑動平均（auto regression moving average,ARMA)模型，（p,q) 階注入源、荷時間序列的ARM模型如下：
[0019] Pn, - - SpP、二馬 _ 0片 _' .- Oy(Xi_q 巧）
[0020] 其中，PNt為時刻t的源、荷序列值；4和目t分別為AR模型和MA模型的參數;at為高斯 白噪聲序列，基于化Ie-Walker方程得至IjARMA模型對應時間序列的自相關函數Pt，則T個時 間段內源、荷的時間相關系數矩陣為
[0022]地理位置相近的Kl之間電/氣/熱注入源、荷在空間上存在較強的相關性。研究K個 EH間注入源、荷的相關性，則運K個EH注入源、荷在時段t內的空間相關系數矩陣如下:式中： t = 1，2，…，T; Pij, t為第i和j個EH在第t個時間段內注入源、荷的相關系數
[0024] 2、建立能源互聯下電/氣/熱注入源、荷具有時空相關隨機模糊特征的能量樞紐 化H)模型。
[0025] 首先對模型中出現的主要指代、變量及下標等進行說明如下：
[0026] T 輸電網（TS);
[0027] D 主動配網（ADN);
[002引 H 能源樞紐化H);
[0029] t 時段；
[0030] i TS節點編號；
[0031] j ADN內部節點編號；
[0032] k 天然氣網節點編號；
[00削巫T TS節點集合；
[0034] Ot-G 15中與火電機組的節點集合，Cb-W
[003引巫T-tD TS中與傳統配網相連節點集合，?巧T;
[0036] 巫T-D TS中與ADN相連節點集合，（!\ b [ (1\ ;
[0037] Od ADN內部節點集合；
[003引 Od-H ADN內部與天然氣網相連節點，即EH節點集合；
[0039] Zt TS與ADN共享變量向量。
[0040] 根據天然氣網與主動配