考慮分布式電源不確定性與相關性的配電網狀態估計

李靜1，李幸芝2，韓蓓2，李國杰2，王志磊1

（1. 國網山東省電力公司濟南供電公司；2. 上海交通大學電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室）

文章導讀

可再生能源發電技術的發展以及在電網中日益普及的分布式電源（DG）給電力系統帶來了更多不確定性，使電力系統狀態估計量測數據不足的問題更加突出。目前研究多采用對DG進行偽量測建模的方法來提高系統量測冗余度。本文針對同時考慮DG之間的不確定性和相關性的偽量測建模研究相對薄弱的現狀，提出了一種基于Pair-Copula風電功率相關性模型和高斯混合模型等效不確定性模型的DG偽量測建模方法。該方法可以考慮復雜的DG出力相關性和不確定性，提高偽量測的準確性從而提高配電網狀態估計的精確度。算例仿真說明所提方法能夠合理刻畫狀態估計問題中分布式電源的出力不確定性與相關性，計算結果驗證了所提方法的有效性。

主要結論

1、本文提出了一種基于Pair-Copula風電功率相關性模型和高斯混合模型的偽量測建模方法，可較好計入DG出力相關性與不確定性。

2、該方法可提高偽量測數據的精確度進而有助于提升狀態估計結果的精度。

3、該方法可應用于缺乏實時量測的情景，以及含多DG接入的配電網，并對量測配置具有一定魯棒性。

主要內容

本文以風電場為例，提出如下兩種DG偽量測建模方法：

? 圖1 DG偽量測建模過程

首先，應用Pair-Copula模型，獲得考慮相關性的DG出力的概率密度曲線。Pair-Copula是一種結合多個Copula函數的構造方法，n維Pair-Copula結構如圖2所示。

? 圖2 n維Pair-Copula結構

然后，使用GMM模型從出力概率密度曲線中提取出相應的可用于狀態估計的偽量測數據，以確保數據冗余。

? 圖3 GMM原理示意

算例采用實際風電場數據在MATLAB上進行仿真。首先驗證Pair-Copula模型的有效性，結果如圖4所示。在此基礎上，采用GMM描述風電場的不確定性，建模結果如圖5所示。

? 圖4 風電場A的估計功率和實際功率

? 圖5 風電場A的GMM建模

為了驗證Pair-Copula模型對DG出力之間相關性的描述，此研究考慮了以下3種方法。

方法1：

未使用Pair-Copula模型及GMM進行狀態估計（無偽量測）。

方法2：

僅使用GMM進行狀態估計（使用偽量測1）。

方法3：

同時使用Pair-Copula模型和GMM進行狀態估計（使用偽量測2）。

采用量測配置1，三種方法仿真結果如圖6所示：

? 圖6 量測配置1中三種方法的絕對誤差

在量測配置1的基礎上，增加量測裝置，三種方法仿真結果如圖7所示：

? 圖7 量測配置2中三種方法的絕對誤差

本文引文信息

李靜,李幸芝,韓蓓,等.考慮分布式電源不確定性與相關性的配電網狀態估計[J].全球能源互聯網，2020,3(3):231-237.

LI Jing, LI Xingzhi, HAN bei, et al. State estimation in distribution systems considering distributed generation uncertainties with correlations[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(3): 231-237(in Chinese).

作者簡介

李靜

高級工程師

主要研究方向為電力系統規劃與可靠性

E-mail：

1930748682@qq.com

李幸芝

博士研究生

研究方向為電力系統狀態估計。通信作者，

E-mail：

xz.li531@sjtu.edu.cn

研究團隊

該論文為國網濟南供電公司與上海交通大學李國杰教授團隊共同展開的多能互補配電網規劃與運行項目的研究成果。團隊聚焦含新能源系統的規劃、運行、控制與仿真。近年來，研究團隊在國際重要學術期刊和會議上發表多篇論文，其中SCI收錄60多篇，授權發明專利50多項，負責國家自然科學基金6項，參與863和國家重點研發計劃課題項目6項。研究團隊中有教授2名，講師2名，團隊老師均具有海外留學經歷，其中面上基金結題優秀2項，青年基金結題優秀1項。