考虑分布式电源不确定性与相关性的多能互补系统状态估计

考虑分布式电源不确定性与相关性的配电网状态估计

李静1，李幸芝2，韩蓓2，李国杰2，王志磊1

（1. 国网山东省电力公司济南供电公司；2. 上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室）

文章导读

可再生能源发电技术的发展以及在电网中日益普及的分布式电源（DG）给电力系统带来了更多不确定性，使电力系统状态估计量测数据不足的问题更加突出。目前研究多采用对DG进行伪量测建模的方法来提高系统量测冗余度。本文针对同时考虑DG之间的不确定性和相关性的伪量测建模研究相对薄弱的现状，提出了一种基于Pair-Copula风电功率相关性模型和高斯混合模型等效不确定性模型的DG伪量测建模方法。该方法可以考虑复杂的DG出力相关性和不确定性，提高伪量测的准确性从而提高配电网状态估计的精确度。算例仿真说明所提方法能够合理刻画状态估计问题中分布式电源的出力不确定性与相关性，计算结果验证了所提方法的有效性。

主要结论

1、本文提出了一种基于Pair-Copula风电功率相关性模型和高斯混合模型的伪量测建模方法，可较好计入DG出力相关性与不确定性。

2、该方法可提高伪量测数据的精确度进而有助于提升状态估计结果的精度。

3、该方法可应用于缺乏实时量测的情景，以及含多DG接入的配电网，并对量测配置具有一定鲁棒性。

主要内容

本文以风电场为例，提出如下两种DG伪量测建模方法：

⬆ 图1 DG伪量测建模过程

首先，应用Pair-Copula模型，获得考虑相关性的DG出力的概率密度曲线。Pair-Copula是一种结合多个Copula函数的构造方法，n维Pair-Copula结构如图2所示。

⬆ 图2 n维Pair-Copula结构

然后，使用GMM模型从出力概率密度曲线中提取出相应的可用于状态估计的伪量测数据，以确保数据冗余。

⬆ 图3 GMM原理示意

算例采用实际风电场数据在MATLAB上进行仿真。首先验证Pair-Copula模型的有效性，结果如图4所示。在此基础上，采用GMM描述风电场的不确定性，建模结果如图5所示。

⬆ 图4 风电场A的估计功率和实际功率

⬆ 图5 风电场A的GMM建模

为了验证Pair-Copula模型对DG出力之间相关性的描述，此研究考虑了以下3种方法。

方法1：

未使用Pair-Copula模型及GMM进行状态估计（无伪量测）。

方法2：

仅使用GMM进行状态估计（使用伪量测1）。

方法3：

同时使用Pair-Copula模型和GMM进行状态估计（使用伪量测2）。

采用量测配置1，三种方法仿真结果如图6所示：

⬆ 图6 量测配置1中三种方法的绝对误差

在量测配置1的基础上，增加量测装置，三种方法仿真结果如图7所示：

⬆ 图7 量测配置2中三种方法的绝对误差

本文引文信息

李静,李幸芝,韩蓓,等.考虑分布式电源不确定性与相关性的配电网状态估计[J].全球能源互联网，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).

作者简介

李静

高级工程师

主要研究方向为电力系统规划与可靠性

E-mail：

1930748682@qq.com

李幸芝

博士研究生

研究方向为电力系统状态估计。通信作者，

E-mail：

xz.li531@sjtu.edu.cn

研究团队

该论文为国网济南供电公司与上海交通大学李国杰教授团队共同展开的多能互补配电网规划与运行项目的研究成果。团队聚焦含新能源系统的规划、运行、控制与仿真。近年来，研究团队在国际重要学术期刊和会议上发表多篇论文，其中SCI收录60多篇，授权发明专利50多项，负责国家自然科学基金6项，参与863和国家重点研发计划课题项目6项。研究团队中有教授2名，讲师2名，团队老师均具有海外留学经历，其中面上基金结题优秀2项，青年基金结题优秀1项。