一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，S1：收集电力系统中随机变量的历史数据，估计随机变量的概率密度函数；S2：确定电力系统运行场景，基于运行周期内电力系统不同的运行场景，构建多个不同的概率电压稳定评估模型；S3：基于正则化低秩近似建立和运行场景对应的确定性电压稳定评估模型的代理模型；S4：基于蒙特卡洛仿真法在随机变量概率密度函数上采样输入代理模型进行概率电压稳定评估；S5：定义概率电压稳定评估指标的风险计算公式，评估电力系统不同场景中电压稳定风险。本发明专利技术能兼顾电力系统概率电压稳定分析中计算速度和计算精度之间的矛盾。分析中计算速度和计算精度之间的矛盾。分析中计算速度和计算精度之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，特别涉及一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电网规模的不断扩大，可再生能源的大规模接入，电力系统中不确定源(如风电场、光伏电站)数量迅速攀升。传统电力系统正在逐渐演变为含高维不确定性源的新能源电力系统。高维不确定性源接入背景下，在关注电力系统运行经济性与灵活性的同时，也亟需关注电网运行风险提高、运行工况复杂化给电力系统造成了难以预测的潜在隐患。故研究此背景下的电力系统稳定性有助于揭示电网风险。
[0003]静态电压稳定是电力系统稳定性的关键内容之一，其通过不断增加系统负荷以测试当前运行状态和电压稳定崩溃状态的距离，以此刻画当前运行状态的电压稳定水平。与此同时，以风电、光伏为代表的可再生能源具有波动性和不确定性，可再生能源的大规模接入导致了电力系统运行方式的随机变化，从而加剧了各个节点静态电压稳定的不确定性。常规静态电压稳定性研究以确定模型为基础，忽略了风电的随机性和负荷的不确定性，在可再生能源日益增长和新型负荷不断增加的今天已无法全面准确评估电力系统的运行态势，亟需研究含高维不确定性源的概率静态电压稳定评估算法。与此同时，在电网实际运行中，设备检修和元件故障等因素将导致电网拓扑频繁变化，对电网进行概率电压稳定评估时，有必要考虑电力系统拓扑的变化，因此研究考虑多运行场景的高维概率电压稳定评估算法具有现实意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：收集电力系统中随机变量的历史数据，估计随机变量的概率密度函数；
[0007]步骤S2：根据实际电力系统运行经验，确定特定运行周期内需要校核电压稳定的电力系统运行场景，基于运行周期内电力系统不同的运行场景，构建多个不同的概率电压稳定评估模型；
[0008]步骤S3：根据电力系统运行场景，基于正则化低秩近似建立和运行场景对应的确定性电压稳定评估模型的代理模型；
[0009]步骤S4：基于蒙特卡洛仿真法在随机变量概率密度函数上采样输入代理模型进行概率电压稳定评估；
[0010]步骤S5：结合基于代理模型概率电压稳定计算结果，计算概率电压稳定指标的概率密度函数定义概率电压稳定评估指标的风险计算公式，评估电力系统不同场
景中电压稳定风险。
[0011]进一步地，步骤S1电力系统中随机变量包括风速、光照强度和负荷，其可以表示为X＝[x1,x2,x3,
…
,x
n_random
]，其中，n_random表示随机变量的维数，第i个随机变量的概率密度函数表示为f
i
(x
i
)(i＝1,2,3,
…
,n_random)。
[0012]进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0013]S21：运行周期内需要校核电压稳定m个运行场景的电压稳定情况，假定m个运行场景中第n_m个电力系统运行场景为L
n_m
，表示为：其中表示第n_m个电力系统运行场景编号为1的线路状态，线路故障数值为0，线路正常数值为1，表示第n_m个电力系统运行场景编号为1的常规发电机状态，发电机故障数值为0，发电机正常运行数值为1；
[0014]n
line
表示电力系统中线路的数量，n
Gen
表示电力系统中常规发电机的数量。注意，运行场景中线路和常规发电机的状态可以由电网运行和规划人员根据经验确定。
[0015]S22：基于m个运行场景线路和常规发电机的状态，构建m个电压稳定评估模型，其中第n_m个电压稳定评估模型可以表示为：
[0016][0017]其中X
sample
表示电力系统中随机变量的样本集，ε
n_m
表示第n_m个电力系统电压稳定指标集合，表示第n_m个确定性电压稳定评估模型；如果考虑电力系统中风速、光照强度和负荷的不确定性，将随机变量样本逐组输入确定性的电压稳定评估模型，上述模型即演变成为概率电压稳定分析模型。
[0018]进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
[0019]S31：将电力系统中随机变量变换到均匀分布空间U＝[u1,u2,
…
,u
n
_
random
]，第i个随机变量的变换公式为：
[0020]u
i
＝∫f
i
(x
i
)dx
i
ꢀꢀꢀ
(2)
[0021]S32：利用低秩近似构建m个确定性电压稳定模型的代理模型；以第n_m个场景的确定性电压稳定模型的代理模型求解为例，描述求解代理模型的步骤和思路，其他场景确定性电压稳定模型的代理模型求解方法是类似的。
[0022]S321：第n_m个电力系统运行场景的电压稳定指标可由代理表示：
[0023][0024]其中，b
l
为归一化权重系数；ω
l
为关于U的秩一函数，可表示为：
[0025][0026]式中，表示第l个秩一函数的第i维上的单变量函数，式(3)、(4)表示的是一个正则低秩近似，的秩R近似为:
[0027][0028]其中，R表示秩一函数的个数；为第i个输入变量的第k阶单变量多项式基；p
i
为的最高阶数；为第l个秩一函数中的秩系数；
[0029]S322：代理模型参数的确定：
[0030](1)确定单变量正交多项式基
[0031]由于输入随机变量U＝[u1,u2,
…
,u
n_random
]服从均匀分布，可确定单变量正交多项式基为勒让德多项式对应的希尔伯特基k为阶数；
[0032](2)获取测试样本点集合
[0033]基于拉丁超立方采样算法在均匀分布U上选取均匀分布样本点集合U
C
，将样本点集合U
C
依次输入公式(2)的逆函数获得原始分布上的样本点X
C
；将原始分布上的样本点X
C
输入第n_m个电力系统运行场景确定性电压稳定分析模型，得到电压稳定分析指标形成第n_m个电力系统运行场景测试样本点集合
[0034](3)多项式阶数p的选择
[0035]正则化低秩近似的实现在所有维度上都考虑了一个公共多项式阶数，即式(5)中p1＝
…
＝p
n_random
＝p；根据大量模拟计算和电力系统分析经验，阶数p选取5阶，故p1＝
…
＝p
n_random
＝p＝5；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：收集电力系统中随机变量的历史数据，估计随机变量的概率密度函数；步骤S2：根据实际电力系统运行经验，确定特定运行周期内需要校核电压稳定的电力系统运行场景，基于运行周期内电力系统不同的运行场景，构建多个不同的概率电压稳定评估模型；步骤S3：根据电力系统运行场景，基于正则化低秩近似建立和运行场景对应的确定性电压稳定评估模型的代理模型；步骤S4：基于蒙特卡洛仿真法在随机变量概率密度函数上采样输入代理模型进行概率电压稳定评估；步骤S5：结合基于代理模型概率电压稳定计算结果，计算概率电压稳定指标的概率密度函数定义概率电压稳定评估指标的风险计算公式，评估电力系统不同场景中电压稳定风险。2.根据权利要求1所述的一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，其特征在于：步骤S1电力系统中随机变量包括风速、光照强度和负荷，其可以表示为X＝[x1,x2,x3,
…
,x
n_random
]，其中，n_random表示随机变量的维数，第i个随机变量的概率密度函数表示为f
i
(x
i
)(i＝1,2,3,
…
,n_random)。3.根据权利要求2所述的一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：S21：运行周期内需要校核电压稳定m个运行场景的电压稳定情况，假定m个运行场景中第n_m个电力系统运行场景为L
n_m
，表示为：其中表示第n_m个电力系统运行场景编号为1的线路状态，线路故障数值为0，线路正常数值为1，表示第n_m个电力系统运行场景编号为1的常规发电机状态，发电机故障数值为0，发电机正常运行数值为1；n
line
表示电力系统中线路的数量，n
Gen
表示电力系统中常规发电机的数量，运行场景中线路和常规发电机的状态可以由电网运行和规划人员根据经验确定；S22：基于m个运行场景线路和常规发电机的状态，构建m个电压稳定评估模型，其中第n_m个电压稳定评估模型可以表示为：其中X
sample
表示电力系统中随机变量的样本集，ε
n_m
表示第n_m个电力系统电压稳定指标集合，表示第n_m个确定性电压稳定评估模型；如果考虑电力系统中风速、光照强度和负荷的不确定性，将随机变量样本逐组输入确定性的电压稳定评估模型，上述模型即演变成为概率电压稳定分析模型。4.根据权利要求3所述的一种用于高维系统的多代理概率电压稳定计算方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：S31：将电力系统中随机变量变换到均匀分布空间U＝[u1,u2,
…
,u
n_random
]，第i个随机变量的变换公式为：
u
i
＝∫f
i
(x
i
)dx
i
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)S32：利用低秩近似构建m个确定性电压稳定模型的代理模型；以第n_m个场景的确定性电压稳定模型的代理模型求解为例；S321：第n_m个电力系统运行场景的电压稳定指标可由代理表示：其中，b
l
为归一化权重系数；ω
l
为关于U的秩一函数，可表示为：式中，表示第l个秩一函数的第i维上的单变量函数，式(3)、(4)表示的是一个正则低秩近似，的秩R近似为:其中，R表示秩一函数的个数；为第i个输入变量的第k阶单变量多项式基；p
i
为的最高阶数；为第l个秩一函数中的秩系数；S322：代理模型参数的确定：(1)确定单变量正交多项式基由于输入随机变量U＝[u1,u2,
…
,u
n_random
]服从均匀分布，可确定单变量正交多项式基为勒让德多项式对应的希尔伯特基k为阶数；(2)获取测试样本点集合基于拉丁超立方采样算法在均匀分布U上选取均匀分布样本点集合U
C
，将样本点集合U
C
依次输入公式(2)的逆函数获得原始分布上的样本点X
C
；将原始分布上的样本点X
C
输入第n_m个电力系统运行场景确定性电压稳定分析模型，得到电压稳定分析指标形成第n_m个电力系统运行场景测试样本点集合(3)多项式阶数p的选择正...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭穗，徐松龄，朱自伟，陶婧，周群臣，唐俊杰，徐婉婉，谢开贵，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：