基于多保真度模型的高比例新能源配电网潮流不确定性表征方法
胡喆1，王晗1，严正2，徐潇源1，陈玥3，许少伦1
(1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学)；2.上海非碳基能源转换与利用研究院；3.香港中文大学机械与自动化工程系)
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.230121
在双碳目标引领下，新能源在我国配电网系统中的占比不断提高。然而，可再生能源机组(如风机、光伏等)出力和新型电网负荷(如电动汽车等)均具有较强的不确定性，如何表征大量源-荷不确定性因素对配电网运行的影响，对保障配电网的安全、可靠供电具有重要意义。概率潮流是一种用于量化不确定性对电网运行影响的常用计算方法，其通过重复性潮流计算分析结果中潮流状态变量的统计特征(如：均值、方差、概率密度函数、累积分布函数等)。
现有研究中基于概率潮流的不确定性表征方法依据计算效率和计算准确性可分为两类：其一，为基于精细化潮流模型，计算准确性高且所需计算负担巨大的高保真度模型方法；其二，为通过近似、线性化、代理计算等方式简化模型，减小计算负担需求，但准确性降低的低保真度模型方法，如图1所示。
图1 高、低保真度模型计算特点对比
针对现有研究中高保真度模型难以兼顾效率与准确性，低保真度模型计算准确性存在固有限制的问题，本文提出一种多保真度模型方法，以结合高、低保真度模型特点提高配电网潮流不确定性表征效率。
本文所提基于多保真度模型的配电网潮流不确定性表征方法计算流程如图2所示。该方法通过输入高、低保真度模型的最优样本数量分配实现矩信息的高效计算，并以综合启动函数方法充分利用多保真度模型提供的先验信息，实现随机变量概率分布的精确拟合。
图2 基于多保真度模型的配电网潮流不确定性表征方法计算流程图
1）基于多保真度模型的矩信息计算。
本文所提方法在给定可承受的总计算负担(通常采用总计算时间度量)的基础上，计算输入各模型的最优样本规模，进而利用不同保真度模型计算矩信息，结合控制系数加权得到最终的矩信息计算结果。对于均值估计(一阶原点矩)，该分配方法是无偏且结果方差最优的；对于方差(二阶中心矩)及更高阶矩，该方法是无偏的。
图3 基于多保真度模型的矩信息计算流程图
2）基于综合启动函数的概率分布函数刻画。
本文提出一种基于综合启动函数的概率分布函数拟合方法，利用多保真度模型提供的先验矩估计结果将考虑高、低保真度模型结果分布信息的综合启动函数进行修正，以提高概率分布函数刻画精度。
1）本文所提方法能够兼顾配电网潮流不确定性表征计算的效率与准确性，弥补了传统高、低保真度模型的不足，通过灵活调整可接受的计算负担，有利于匹配配电网运行分析的多时间尺度需求。
2）对于输出变量矩信息的估计，仿真结果表明，相比于高保真度模型，在相同计算负担下，所提方法具有更高的计算精度；相比于低保真度模型，所提方法能够实现无偏估计，避免低保真度模型固有系统偏差的影响。
图5 不同计算负担下节点81电压幅值矩信息的MSE计算结果
3）对于概率分布函数拟合，仿真结果表明，所提基于综合启动函数的概率分布函数刻画方法能够充分利用多保真度模型提供的先验模型信息和高精度矩估计结果，具有更高的拟合精度和更广泛的适用性。
引文信息
胡喆，王晗，严正，等．基于多保真度模型的高比例新能源配电网潮流不确定性表征方法[J]．中国电机工程学报，2024，44(8)：2965-2977．
HU Zhe，WANG Han，YAN Zheng，et al．Uncertainty representation method of power flow in distribution network with high percentage of renewable energy based on the multi-fidelity model[J]．Proceedings of the CSEE，2024，44(8)：2965-2977(in Chinese)．
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责编：张文鑫
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