一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法

1.本发明涉及电力系统风险评估技术领域，尤其涉及一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法。

背景技术：

2.随着轨道交通系统的不断发展，牵引变电站的负荷不断提高，轨道交通系统运行的安全性与可靠性也越来越受到重视，而光伏接入轨道交通自洽能源系统一方面提高了牵引供电系统的能源自洽率和绿电比例，另一方面也增加了供电侧的出力不确定性，给系统运行带来了一定的风险。目前关于含光伏轨道交通自洽能源系统的研究多集中在光伏接入的拓扑结构中，针对轨道交通自洽能源系统的风险评估的研究中考虑光伏的研究较少，因此，亟需开展含光伏轨道交通自洽能源系统中针对光伏出力的风险评估研究。

技术实现要素：

3.本发明的目的是提出一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
4.步骤a、构建基于预算波动总量的光伏出力不确定集，利用排序截断法生成光伏出力的线性约束，同时给出光伏出力风险成本计算公式；
5.步骤b、基于步骤a，建立含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，同时引入负荷检验对模型求解结果进行修正，对光伏出力的风险进行量化评估。
6.所述步骤a具体包括：
7.步骤a1：将光伏电站的出力分解为多个光伏单元出力之和，并设定光伏出力约束为
[0008][0009]
式中：pv
t
为t时刻光伏电站的出力，j为光伏单元编号，pv
jt
为t时刻j号单元光伏出力，k为单元总数；
[0010]
步骤a2：将光伏单元出力表示为期望值加波动项的形式，同时设定不同时段的波动总量，此时光伏出力约束变为
[0011][0012]
式中：为t时刻j号单元光伏期望出力，为t时刻j单元光伏出力最大波动幅度，ζ
jt
为t时刻j单元光伏出力波动比例，γ
t
为t时刻的波动总量；
[0013]
步骤a3：通过排序截断法实现等式转化，消除不确定变量，将光伏出力约束转化为线性约束为
[0014]
[0015]
式中：为γ
t
向下取整，是对序列降序排列后对应的元素；
[0016]
步骤a4：将光伏出力的置信区间以期望出力为界划分为低风险区和高风险区。
[0017]
所述步骤a中的光伏出力风险成本计算公式为：
[0018][0019][0020]
式中：pve为光伏期望出力，和p分别为光伏出力置信区间的上下界，ω
tl
、ω
th
分别为t时刻的低、高风险权重系数，g
t
为t时刻的大电网电价，γ
t
为t时刻松弛变量，b1,b2均为比例系数。
[0021]
所述步骤b具体包括：
[0022]
步骤b1：对于含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，首先构建基于改进轻鲁棒模型的主问题；
[0023]
步骤b2：对主问题进行求解；
[0024]
步骤b3：在秒级时间尺度上调整储能放电功率约束；
[0025]
步骤b4：将步骤b3中的储能放电功率约束添加到主问题中，对主问题进行第二次求解；
[0026]
步骤b5：计算秒级时间尺度上的弃光功率；
[0027]
步骤b6：根据添加松弛变量后产生的风险成本计算光伏出力产生的风险成本，对光伏出力的风险进行量化评估。
[0028]
所述步骤b1中的主问题包括：
[0029]
以总运行成本为最小的目标函数：
[0030]
minc
total
＝c1+c2+c3+c4[0031][0032]
式中：c
total
为总的运行成本，c1为供电系统的用电成本，c2为储能的总运行成本，c3为光伏奖励成本，c4为添加松弛变量后产生的风险成本；k为时段数量；δt为时段长度；g
t
为t时刻的大电网电价；p
t
为t时刻的供电系统出力；w
ct
为储能单位度电成本；w
dt
为t时刻储能的单位收益；p
c,t
为储能在t时刻的出力；wv为光伏消纳单位奖励成本；pv
t
为光伏在t时刻的
出力；ω
tl
和ω
th
分别为t时刻低风险权重系数与高风险权重系数；δp为光伏电站出力的波动幅度；
[0033]
约束条件：
[0034]
功率平衡约束
[0035]
p
t
+p
c,t
+pv
t
＝d
q,t
+d
f,t
[0036]
式中，d
f,t
为t时刻的非牵引负荷，d
q,t
为t时刻调整后的非牵引负荷；
[0037]
供电系统出力约束
[0038]
0≤p
t
≤p
t,max
；
[0039]
光伏出力约束
[0040][0041]
式中，γ
t
为光伏出力的松弛变量；
[0042]
储能约束
[0043][0044]
式中，p
c,max
为储能的最大充放电功率；soch、soc
l
为储能最大、最小荷电状态；em为储能容量，e
t
为t时刻的储能容量；e0为初始储能容量。
[0045]
所述步骤b2具体包括：
[0046]
步骤b21：仅考虑γ
t
≤δp的情况，目标函数转为线性函数，先对低风险状态下的模型调用gurobi进行求解；
[0047]
步骤b22：记为步骤b1中松弛变量的求解结果，通过调整松弛变量约束目标函数中的c
4t
调整为然后调用gurobi进行求解。
[0048]
所述步骤b3中经调整后的储能放电功率约束为：
[0049][0050]
式中：为主问题第一次求解后的光伏出力结果；p
c,max
为储能的最大充放电功率；p
c,t
为秒级时间尺度上储能最大放电功率约束。
[0051]
所述步骤b5中弃光功率的计算公式为：
[0052][0053]
式中：为t时刻的弃光功率，为主问题二次求解后的光伏出力结果，为主问题第二次求解后的储能出力。
[0054]
本发明的有益效果在于：
[0055]
本发明可以根据光伏出力的预测准确度灵活调节光伏的风险大小，通过风险成本实现光伏出力的风险评估。
附图说明
[0056]
图1为本发明含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法流程图。
[0057]
图2为光伏分解后各单元出力图。
[0058]
图3为光伏出力风险区域划分图。
[0059]
图4为某牵引变电站的实测负荷图。
具体实施方式
[0060]
本发明提出一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0061]
如图1所示，含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法包括以下步骤：
[0062]
步骤a.构建基于预算波动总量的光伏出力不确定集，利用排序截断法生成光伏出力的线性约束，同时给出光伏出力风险成本计算公式。
[0063]
步骤a1：将光伏电站的出力分解为多个光伏单元出力之和，如图2所示，此时光伏出力约束为:
[0064]
式中：pv
t
为t时刻光伏电站的出力，j为光伏单元编号，pv
jt
为t时刻j号单元光伏出力，k为单元总数。
[0065]
步骤a2：将光伏单元出力表示为期望值加波动项的形式，同时设定不同时段的波动总量，光伏出力约束变为：
[0066]
式中：为t时刻j单元光伏期望出力，为t时刻j单元光伏出力最大波动幅度，ζ
jt
为t时刻j单元光伏出力波动比例，γ
t
为t时刻的波动总量。
[0067]
步骤a3：通过排序截断法实现等式转化，消除不确定变量将光伏出力约束转化为线性约束：
[0068]
式中：为γ
t
向下取整，是对序列降序排列后对应的元素。
[0069]
步骤a4:将光伏出力的置信区间以期望出力为界划分为低风险区和高风险区，如图3所示，风险成本计算式为：
[0070][0071]
[0072]
式中：pve为光伏期望出力，和p为光伏出力置信区间的上下界，ω
tl
、ω
th
分别为t时刻的低、高权重系数，g
t
为t时刻的大电网电价，γ
t
为t时刻松弛变量，b1,b2为比例系数。
[0073]
步骤b.基于步骤a，建立含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，同时引入负荷检验对模型求解结果进行修正，对光伏出力的风险进行量化评估。
[0074]
步骤b1：对于含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，首先构建基于改进轻鲁棒模型的主问题；
[0075]
步骤b11：以总运行成本最小为目标函数：
[0076]
minc
total
＝c1+c2+c3+c4[0077][0078]
式中：c
total
为总的运行成本，c1为供电系统的用电成本，c2为储能的总运行成本，c3为光伏奖励成本，c4为添加松弛变量后产生的风险成本；k为时段数量；δt为时段长度；g
t
为t时刻的电网电价；p
t
为t时刻的供电系统出力；w
ct
为储能单位度电成本；w
dt
为t时刻储能的单位收益；p
c,t
为储能在t时刻的出力；wv为光伏消纳单位奖励成本；pv
t
为光伏在t时刻的出力；ω
tl
和ω
th
分别为t时刻低风险权重系数与高风险松权重系数；δp为光伏电站出力的波动幅度。
[0079]
步骤b12：主问题的约束条件包括：
[0080]
1)功率平衡约束
[0081]
p
t
+p
c,t
+pv
t
＝d
q,t
+d
f,t
[0082]
式中：d
f,t
为t时刻的非牵引负荷，d
q,t
为t时刻调整后的非牵引负荷。
[0083]
2)供电系统出力约束
[0084]
0≤p
t
≤p
t,max
[0085]
3)光伏出力约束
[0086][0087]
式中：γ
t
为光伏出力的松弛变量。
[0088]
4)储能约束
[0089]
[0090]
式中：p
c,max
为储能的最大充放电功率；soch、soc
l
为储能最大、最小荷电状态；em为储能容量，e
t
为t时刻的储能容量；e0为初始储能容量。
[0091]
步骤b2：主问题求解；
[0092]
步骤b21：先对低风险状态下的模型进行求解，仅考虑γ
t
≤δp的情况，目标函数转为线性函数，调用gurobi进行求解。
[0093]
步骤b22：记为步骤b1中松弛变量的求解结果，通过调整松弛变量约束：目标函数中的c
4t
调整为然后调用gurobi进行求解。
[0094]
步骤b3：在秒级时间尺度上调整储能放电功率约束：
[0095][0096]
式中：为主问题第一次求解后的光伏出力结果；p
c,t
为秒级时间尺度上储能最大放电功率约束。
[0097]
步骤b4：将步骤b2中的储能放电功率约束添加到主问题中，对主问题进行第二次求解。
[0098]
步骤b5：计算秒级时间尺度上的弃光功率:
[0099][0100]
式中：为t时刻的弃光功率，为主问题二次求解后的光伏出力结果，为主问题第二次求解后的储能出力。
[0101]
步骤b6：计算光伏出力产生的风险成本，对光伏出力的风险进行量化评估。
[0102]
采用图4的某变电站实测负荷进行分析，光伏期望出力如图2所示，储能功率设置为5mw，储能容量为3mwh。光伏消纳奖励成本设为50元/mwh，储能单位收益设为80元/mwh。
[0103]
以下为不同比例系数下风险成本的对比：
[0104]
表1不同比例系数下的成本对比
[0105][0106]
比例系数越高意味着光伏出力不确定性带来的风险越大，对应的风险成本也高，本发明可以根据光伏出力的预测准确度灵活调节光伏的风险大小，从表1中可以看出，比例系数越高，风险成本也越高；一般来说，光伏出力的预测准确度越低，比例系数越高，风险成本也就越高；通过风险成本实现了光伏出力的风险评估。

技术特征：

1.一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a、构建基于预算波动总量的光伏出力不确定集，利用排序截断法生成光伏出力的线性约束，同时给出光伏出力风险成本计算公式；步骤b、基于步骤a，建立含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，同时引入负荷检验对模型求解结果进行修正，对光伏出力的风险进行量化评估。2.根据权利要求1所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：步骤a1：将光伏电站的出力分解为多个光伏单元出力之和，并设定光伏出力约束为式中：pv
t
为t时刻光伏电站的出力，j为光伏单元编号，pv
jt
为t时刻j号单元光伏出力，k为单元总数；步骤a2：将光伏单元出力表示为期望值加波动项的形式，同时设定不同时段的波动总量，此时光伏出力约束变为式中：为t时刻j号单元光伏期望出力，为t时刻j单元光伏出力最大波动幅度，ζ
jt
为t时刻j单元光伏出力波动比例，γ
t
为t时刻的波动总量；步骤a3：通过排序截断法实现等式转化，消除不确定变量，将光伏出力约束转化为线性约束为式中：为γ
t
向下取整，是对序列降序排列后对应的元素；步骤a4：将光伏出力的置信区间以期望出力为界划分为低风险区和高风险区。3.根据权利要求1所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤a中的光伏出力风险成本计算公式为：述步骤a中的光伏出力风险成本计算公式为：式中：pv
e
为光伏期望出力，和p分别为光伏出力置信区间的上下界，ω
tl
、ω
th
分别为t时刻的低、高风险权重系数，g
t
为t时刻的大电网电价，γ
t
为t时刻松弛变量，b1,b2均为比例系数。4.根据权利要求1所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：
步骤b1：对于含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，首先构建基于改进轻鲁棒模型的主问题；步骤b2：对主问题进行求解；步骤b3：在秒级时间尺度上调整储能放电功率约束；步骤b4：将步骤b3中的储能放电功率约束添加到主问题中，对主问题进行第二次求解；步骤b5：计算秒级时间尺度上的弃光功率；步骤b6：根据添加松弛变量后产生的风险成本计算光伏出力产生的风险成本，对光伏出力的风险进行量化评估。5.根据权利要求4所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤b1中的主问题包括：以总运行成本为最小的目标函数：minc
total
＝c1+c2+c3+c4式中：c
total
为总的运行成本，c1为供电系统的用电成本，c2为储能的总运行成本，c3为光伏奖励成本，c4为添加松弛变量后产生的风险成本；k为时段数量；δt为时段长度；g
t
为t时刻的大电网电价；p
t
为t时刻的供电系统出力；w
ct
为储能单位度电成本；w
dt
为t时刻储能的单位收益；p
c,t
为储能在t时刻的出力；wv为光伏消纳单位奖励成本；pv
t
为光伏在t时刻的出力；ω
tl
和ω
th
分别为t时刻低风险权重系数与高风险权重系数；δp为光伏电站出力的波动幅度；约束条件：功率平衡约束p
t
+p
c,t
+pv
t
＝d
q,t
+d
f,t
式中，d
f,t
为t时刻的非牵引负荷，d
q,t
为t时刻调整后的非牵引负荷；供电系统出力约束0≤p
t
≤p
t,max
；光伏出力约束式中，γ
t
为光伏出力的松弛变量；储能约束
式中，p
c,max
为储能的最大充放电功率；soc
h
、soc
l
为储能最大、最小荷电状态；e
m
为储能容量，e
t
为t时刻的储能容量；e0为初始储能容量。6.根据权利要求4或5所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤b2具体包括：步骤b21：仅考虑γ
t
≤δp的情况，目标函数转为线性函数，先对低风险状态下的模型调用gurobi进行求解；步骤b22：记为步骤b1中松弛变量的求解结果，通过调整松弛变量约束目标函数中的c
4t
调整为然后调用gurobi进行求解。7.根据权利要求4所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤b3中经调整后的储能放电功率约束为：式中：pv
t1
为主问题第一次求解后的光伏出力结果；p
c,max
为储能的最大充放电功率；p
c,t
为秒级时间尺度上储能最大放电功率约束。8.根据权利要求4所述含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法，其特征在于，所述步骤b5中弃光功率的计算公式为：式中：pv
tq
为t时刻的弃光功率，pv
t2
为主问题二次求解后的光伏出力结果，为主问题第二次求解后的储能出力。

技术总结

本发明公开了属于电力系统风险评估技术领域的一种含光伏轨道交通自洽能源系统的风险评估方法。包括以下步骤：步骤A、构建基于预算波动总量的光伏出力不确定集，利用排序截断法生成光伏出力的线性约束，同时给出光伏出力风险成本计算公式；步骤B、基于步骤A，建立含光伏轨道交通自洽能源系统运行策略的求解模型，同时引入负荷检验对模型求解结果进行修正，对光伏出力的风险进行量化评估。本发明可以根据光伏出力的预测准确度灵活调节光伏的风险大小，通过风险成本实现光伏出力的风险评估。通过风险成本实现光伏出力的风险评估。通过风险成本实现光伏出力的风险评估。