一種計及不確定性的分布式電源作為諧波源的建模方法與流程

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的分布式電源作為諧波源建模領(lǐng)域，特別涉及考慮不確定性因素的分布式電源作為諧波源的建模。

技術(shù)背景

分布式發(fā)電是指在用戶端或靠近用電現(xiàn)場配置的小型發(fā)電系統(tǒng)，具有投資少、占地小、建設(shè)周期短、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。分布式電源多利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電，這些可再生能源易受天氣等不確定性因素的影響，因此分布式電源的輸出功率具有隨機(jī)性和波動性；分布式電源的有功輸出與并網(wǎng)電流的諧波含量有緊密聯(lián)系，節(jié)點(diǎn)功率的不確定性會對諧波源產(chǎn)生的諧波造成較大影響，使其具有隨機(jī)性和波動性特征。傳統(tǒng)的分布式電源作為諧波源的確定性建模方法未能將這些不確定性因素考慮在內(nèi)，不能充分反映實(shí)際情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對電力系統(tǒng)中分布式電源作為諧波源的不確定性特征，提供一種建模方法。技術(shù)方案如下：

一種計及不確定性的分布式電源作為諧波源的建模方法，包括三個部分：

第一部分，光伏發(fā)電系統(tǒng)出力不確定性模型建立

(1)對于某一特定光伏安裝地點(diǎn)，預(yù)測未來24小時光伏安裝處的大氣層外光照強(qiáng)度，得到24小時的大氣層外光照強(qiáng)度變化情況；

(2)根據(jù)未來24小時天氣預(yù)報及大氣層外光照強(qiáng)的得到一天的光照強(qiáng)度變化區(qū)間，用區(qū)間數(shù)表示為式中p(gt)、分別為光照強(qiáng)度的上下限；

(3)由光伏功率輸出函數(shù)計算光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的變化區(qū)間，光伏陣列輸出功率計算函數(shù)為ppv＝ηapvgt[1-0.005(ta+cgt-25)]，

式中，η為光伏陣列的光電轉(zhuǎn)換效率，％；

apv為光伏陣列面積，m²；

gt為光照強(qiáng)度，kw/m²；

ta為環(huán)境溫度，℃；

c為一系數(shù)，通常取值為0.03；

(4)通過區(qū)間數(shù)與仿射數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，將光伏出力變化區(qū)間變?yōu)榉律湫问?imgfile="bda0001293212280000021.gif"wi="700"he="74"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>

式中εpv為轉(zhuǎn)換過程引入的噪聲元標(biāo)記。

第二部分，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出力不確定性模型建立：

(1)預(yù)測未來24小時的風(fēng)速數(shù)據(jù)，得到未來24小時的風(fēng)速變化數(shù)據(jù)；

(2)以一定時間間隔計算此時間間隔內(nèi)的平均風(fēng)速；

(3)統(tǒng)計每個時間間隔內(nèi)大于平均風(fēng)速的風(fēng)速數(shù)據(jù)和小于平均風(fēng)速的風(fēng)速數(shù)據(jù)，分別得到其平均值，以此作為每個時間間隔內(nèi)平均風(fēng)速的上界和下界vt，得到每個時間間隔內(nèi)平均風(fēng)速的變化區(qū)間，用區(qū)間數(shù)表示為

(4)由風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率函數(shù)，得到風(fēng)機(jī)出力在各個時間間隔內(nèi)的變化區(qū)間風(fēng)機(jī)發(fā)電功率與風(fēng)速之間的關(guān)系是pw＝0.5ρa(bǔ)v³cp，

式中ρ為空氣密度，kg/m³；

a為風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的半徑，m；

v為風(fēng)速，m/s；

cp為風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)；

(5)通過區(qū)間數(shù)與仿射數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，將風(fēng)機(jī)出力變化區(qū)間變?yōu)榉律湫问?imgfile="bda0001293212280000025.gif"wi="700"he="73"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>

式中εwtg為轉(zhuǎn)換過程引入的噪聲元標(biāo)記。

第三部分，計及不確定性的諧波源恒流源模型建立：

(1)按照第一部分和第二部分中的光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)發(fā)電力系統(tǒng)不確定性出力和的建模方式，可以將光伏、風(fēng)機(jī)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)注入功率統(tǒng)一表示成不確定量的形式：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相負(fù)荷值，i＝a,b,c；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的額定功率；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的噪聲元；

為噪聲元系數(shù)；

(2)經(jīng)三相基波潮流仿射算法計算，求得各節(jié)點(diǎn)電壓值進(jìn)而求取非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值：

式中為節(jié)點(diǎn)j第i相的注入電流值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的電壓值；

(3)根據(jù)基波電流值和諧波源典型頻譜，求取各次諧波電流的幅值和相角，從而得到諧波源的恒流源不確定性模型：

式中i1-spectrum為基波電流幅值；

ih-spectrum為第h次諧波電流幅值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相的基波電流相角值；

θ1-spectrum為基波相角值；

θh-spectrum為第h次諧波相角值；

為節(jié)點(diǎn)j第i相第h次諧波電流的相角值；

|·|為復(fù)仿射數(shù)模值求取運(yùn)算。

本發(fā)明針對電力系統(tǒng)中分布式電源作為諧波源的不確定性特征，采用區(qū)間和仿射結(jié)合的不確定性數(shù)學(xué)理論，建立分布式電源及諧波源的模型，充分考慮了實(shí)際情況。

附圖說明

圖1光照強(qiáng)度區(qū)間

圖2風(fēng)速區(qū)間

具體實(shí)施方式

1、以cnpv-230m光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，建立其出力不確定性模型：

(1)對于某一特定光伏安裝地點(diǎn)，根據(jù)氣象預(yù)測數(shù)據(jù)得到一天內(nèi)光伏強(qiáng)度，如圖1所示；

(2)以上午11:00時的氣象數(shù)據(jù)為研究對象，此時光照強(qiáng)度變化區(qū)間為[252,308]kw/m²；

(3)由光伏功率輸出函數(shù)計算光伏發(fā)電系統(tǒng)出力的變化區(qū)間，ppv＝ηapvgt[1-0.005(ta+cgt-25)]，式中η為光伏陣列的光電轉(zhuǎn)換效率取值16％，apv為光伏陣列面積取值100m²，gt為光照強(qiáng)度取值[252,308]kw/m²，ta為環(huán)境溫度取值35℃，c取值為0.03，計算得到光伏陣列出力區(qū)間為[3644，4496]kw；

(4)通過區(qū)間數(shù)與仿射數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，將光伏出力變化區(qū)間變?yōu)榉律湫问?imgfile="bda0001293212280000041.gif"wi="461"he="79"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>式中εpv為噪聲元標(biāo)記。

2、以翼型naca0018風(fēng)機(jī)為例建立其不確定性模型：

(1)預(yù)測未來24小時的風(fēng)速數(shù)據(jù)，得到未來24小時的風(fēng)速變化數(shù)據(jù)；

(2)以一定時間間隔計算此時間間隔內(nèi)的平均風(fēng)速；

(3)統(tǒng)計每個時間間隔內(nèi)大于平均風(fēng)速的風(fēng)速數(shù)據(jù)和小于平均風(fēng)速的風(fēng)速數(shù)據(jù)，分別得到其平均值，以此作為每個時間間隔內(nèi)平均風(fēng)速的上界和下界vt，如圖2所示，以上午11：00時的氣象數(shù)據(jù)為研究對象，此時風(fēng)速為[11.0010,11.5667]m/s；

(4)由風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率函數(shù)pm＝0.5ρa(bǔ)v³cp，式中ρ為空氣密度取值為1.29kg/m³，a為風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的半徑取值為7.3m，v為風(fēng)速取值[11.0010,11.5667]m/s，cp為風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)取值為0.265，可以得到風(fēng)機(jī)出力變化區(qū)間為[1661，1931]；

(5)通過區(qū)間數(shù)與仿射數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，將風(fēng)機(jī)出力變化區(qū)間變?yōu)榉律湫问?imgfile="bda0001293212280000043.gif"wi="461"he="79"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>式中εwtg為噪聲元標(biāo)記。

3、計及不確定性的諧波源恒流源模型建立：

(1)將節(jié)點(diǎn)功率和統(tǒng)一表示成不確定量的形式：

(2)經(jīng)三相基波潮流仿射算法計算，求得各節(jié)點(diǎn)電壓值進(jìn)而求取非線性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電流值：

(3)根據(jù)基波電流值和諧波源典型頻譜，求取各次諧波電流的幅值和相角，從而得到諧波源的恒流源不確定性模型：

建模結(jié)果表明，本發(fā)明提出的這種計及不確定性的分布式電源及諧波源的建模方法能夠?qū)⒎植际诫娫闯隽椭C波源電流表示為不確定形式，相比于確定性建模更加準(zhǔn)確，包含更多信息。需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。