电力系统中不确定性潮流分析的研究展望

电力系统中不确定性潮流分析的研究展望

环境保护是世界上最具有挑战性的难题之一。为了应对这个全人类的挑战，世界各国争相制定出一系列的能源计划。分布式能源的渗透主要集中在可再生能源的飞速发展，新能源以一种空前的发展速度，使人类快速步入新能源时代。然而，这对电力系统产生了新的不确定性，因此对电力系统性能的不确定性分析十分必要。通常，工程系统的不确定性研究可以表示为基于概率理论或基于可能性理论。在不确定性潮流分析中，同时考虑概率性和可能性的不确定性是现今不确定性潮流分析研究中的发展方向。

标签：不确定性；潮流分析；概率性；可能性

引言

对于电力系统的调度和规划来说，潮流评估是一个强大且重要的工具和手段。确定性潮流分析需要系统提供各方面条件的精确数值才能保证分析结果的准确性，比如需求、发电量、网络情况等。然而，随着新能源时代的到来，世界上的电力系统中出现越来越多的不确定性情況，特别是分布式能源比如新能源的并网，将导致许多难以预测的副作用。所谓分布式发电，即将电力能源互相连接到分布式网络中。虽然分布式发电在技术、社会经济和环境保护等方面带来了许多无与伦比的优势，但是我们深知任何事物都有其两面性，这项技术也拥有消极的一面。分布式发电，特别是飞速发展的新能源，在对系统性能的不确定性方面的理论研究尚未成熟，需要一代又一代的中国优秀电气工程师投入大量精力研究。

1 不确定性潮流分析研究方法概论

在这样一种不确定的情况下，确定性潮流计算无法准确深刻地揭示电力系统运行的状态。因此，在如今的潮流计算研究中，基于不确定性观点下的潮流分析与计算受到广泛研究者的关注。当今的研究中，概率潮流分析通常认为是系统调度与规划的理想助力。概率潮流分析方法致力于模拟母线电压和线电流随不确定性系统中的参数改变而变化的状态分析，帮助电力系统工程师分析系统未来的状态变化趋势，这样在发生系统发生重大变化时可以提前作出相关的决策。如果这些系统中具有不确定性的状态量拥有充足的历史数据，现行的研究中主要采用基于概率论观点下的数学工具和模型来处理这类不确定性。然而，在电力系统实际运行中，很多不确定性的系统变量的历史数据往往不完整，或者变量的取值是通过经验推测的等。这些情况的存在将严重影响基于概率论建立的系统概率潮流分析模型的精确度。在电力系统实际运行中，对不确定变量的状态分析更加困难，一些不确定变量是概率性的，一些是可能性的，并且这两类不确定变量时常出现交叉耦合的情况。因此在这种情况下，同时考虑概率性和可能性的不确定性变量的影响是现行的研究方向，这也就是我们所谓的不确定性潮流分析问题。

至今为止，许多杰出的研究者和工程师提出了大量针对实际工程系统中不确定性现象分析方法，并且很多已经在研究中广泛应用。从上世纪70年代开始，

电气工程师就已经提出了基于概率论的系统不确定性潮流分析方法。由于当时新能源研究和分布式发电技术还没有像现在这样普及，影响因素种类较为单一，因此在当时这种概率潮流方法取得了非常显著的效果。各种研究成果在时间的检验下演变，如今蒙特卡洛模拟作为一种基于概率论的概率潮流分析方法，在研究中广泛使用，被认为是先进系统潮流分析中普遍通用的概率模拟方法。这里对普遍通用的含义进行粗略的说明，电气工程师在大量的理论推演和实践中证明，蒙特卡洛模拟的结果在各种规模不同的电力系统中均表现得显著而准确，因为被当作模拟结果的参考值。蒙特卡洛方法的实际应用案例很多，当前在新能源发电并网与分布式发电的研究中基本上作为一种技术标中采用，并且各种蒙特卡洛相关方法还在开发中。

2 不确定性潮流分析中的挑战

历史的车轮滚动向前，基于概率论的潮流分析方法的研究还在继续发展。如今新能源与分布式方面的研究日新月异，历史的车轮残酷地碾过，电气工程师们面临着不断出现的技术难题。我们前面提到，当关于不确定变量的历史数据或其概率分布函数已知时，这种概率潮流方法才能取得较为显著的结果。这是由于概率潮流的理论基础中有一个假设，电网中所有类型不确定性变量都可以用基于概率论的方式表示出来，这种基于概率论的表示具体是就概率分布函数而言。通常在现在的电网中，由于层出不穷的因素的影响，比如历史数据不精确或稀缺、数据的保密性等等，在信息不足的情况下无法得出这些不确定性变量的概率分布函数。在这种情况中，概率理论的基石被打破，因此电气工程科研工作者必须转向其他研究不确定性现象的理论中寻求一线生机；哪怕天寒地冻，路遥马亡，也要在理论上找到突破口，为电力系统的现代化发展扫清一切障碍。最终这些伟大的电气工程师们研究发现，可能性理论正好可以填补这部分理论空白。基于这种想法，有研究者尝试过使用模糊建模的技术分析潮流中的不确确定性，全新的探索也一直在继续。

系统工程师们都知道，工程系统中均具有多种不同类型的不确定性状态变量，这是工程界通行的法则。实际的工程系统中，一些不确定性变量是概率性的（基于概率性理论描述），一些是可能性的（基于可能性理论描述），这些变量在系统中相互纠缠耦合，纯粹的概率性的和纯粹的可能性的不确定性变量是不存在的，因此单独应用某一个理论分析这些不确定性的结果令人十分懊恼。

工程实践中，一种结合两种理论的方法应运而生，而且工程的实用性知道我们必须把两种理论结合起来分析。这种基于概率和不确定理论的方法飞速发展，引起学者的广泛关注。现在研究中，一个主要的研究贡献是使用证据理论作为“胶水理论”，将概率理论与可能性理论“粘结”结合后应用到电力系统潮流分析，同时基于能源时代的大背景，综合考虑各种负载、风能和太阳能等新能源发电、汽轮机分布式发电、电动交通工具等因素。实际建模中，将各种负载、风能和太阳能等新能源发电中的不确定性变量当作概率性的，汽轮机分布式发电、电动交通工具等看成可能性的不确定性变量。

3 结束语

在这篇论文中，我们从历史唯物主义的角度讨论了潮流分析的发展和研究情况，并且就研究中出现的困难和挑战出发，介绍了一代代优秀的电气工程研究者的解决方案。以史为镜，这是一代代优秀电力系统研究者的思想精华之所在。我们站在巨人的肩膀上，把握住未来电力系统不确定性潮流分析的发展和研究方向。为此，立志科研，在电力系统未来半百时光的发展中，愿成为其健壮发展的坚实后盾！

参考文献

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