计及不确定性的电力系统黑启动方案评估与电网负荷预测

计及不确定性的电力系统黑启动方案评估与电网负荷预测Black-StartSchemesAssessmentandLoadForecastingConsideringUncertaintyinthePowerSystem学科专业：电气工程研究生：李童飞指导教师：林济铿副教授天津大学电气与自动化工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要电力系统是工程界中最复杂的系统之一，其系统内部有大量的元件和物理过程，而外部又存在着纷繁复杂的各种扰动及影响因素。因此采用不确定性策略研究其相应问题，可以更为客观地把握电力系统的运行特点。本文采用不确定策略对电力系统黑启动和负荷预测两个问题进行了研究。黑启动是电力系统安全和紧急控制领域的重要研究内容，其主要任务是为电网大停电故障提供恢复解决方案，对电力系统的快速恢复具有重大意义；如何进行合理的黑启动方案评价是其重要研究课题之一。而负荷预测为电力系统的电源规划、出力调度和检修安排提供重要依据，是电力系统整体计划运行中的重要组成部分，如何提高其预测精度一直是一研究难题。本文针对上述两个问题，采用不确定策略进行了深入研究，并取得了一定的成果。本文的主要内容和工作成果如下：1、对于黑启动问题，本文提出了“基于熵权模糊综合评价模型”的电力系统黑启动方案评估方法。本文在全面介绍黑启动整体过程和黑启动方案优选的步骤之后，针对黑启动方案评估中的不确定性问题，结合主客观评价信息的整合策略，提出了“基于熵权模糊综合评价模型”的电力系统黑启动方案评估方法。该方法利用熵权与专家权重的结合策略实现了主客观评价信息的整合，利用模糊综合评价模型处理了评估过程中评语语义边界和定性指标量化时的模糊性问题。天津电网黑启动方案评估的实际算例证明了该方法的有效性。2、对于负荷预测问题，本文提出了基于正态分布数支持向量回归模型的电力系统短期负荷预测新方法。本文首先介绍了短期负荷预测的常用方法；接着基于本文所提出的“正态分布数”概念，获得了正态分布数支持向量回归模型；进而设计了该模型基于历史样本的辨识与训练方法；该模型因计及了预测输出变量的不确定性和区间性，而可以给出预测输出的更为合理的概率分布区间。在此基础上，本文进一步分析了模型特性，提出并证明了该模型“欠拟合样本”数量上界的两个重要命题，表明本文方法的训练误差是可控的。实际系统的计算结果证实了本文方法的有效性和正确性。关键词：电力系统不确定性黑启动方案模糊评价负荷预测区间预测支持向量回归ABSTRACTThepowersystemisoneofthemostcomplexengineeringsystemswithvastinternalcomponentsandphysicalprocessesandnumerousexternaldisturbanceaswellasimpactfactors.Therefore,usinguncertainstrategiestostudythecorrespondingproblemsshallbeadesirableandobjectivemeasuretograsptheoperationalfeaturesofthepowersystem.Withtheadoptionofuncertainstrategy,thisthesisdiscussestwoissues,i.e.black-startandloadforecastingofthepowersystem.Duetoitsabilitytoproviderecoverysolutionsforpowergridfailure,whichisofgreatsignificancetothefastrecovery,black-starthasbeenavitalresearchtopicforthepowersystemsecurityandemergencycontrol.Andreasonableassessmentforblack-startschemesisacoresubjectinitsresearchanddevelopment.Loadforecasting,whichsuppliesconsiderablebasisforgenerationplanning,outputdispatchandmaintenancescheduling,isacriticalportioninpowersystemschedulingandoperation,andhowtoimproveforecastaccuracyhasattractedtheattentionofglobalresearchinstitutesandgridoperators.Inordertoimprovetheperformanceofthetraditionalalgorithmsandmethodsinstudyingtheproposedtwoissues,thethesisimportsuncertainstrategiestosolvetheproblemsofblack-startschemeassessmentandshort-termloadforecasting,andthesimulationresultsverifiestheeffectivenessoftheproposedmethods.Themaincontentofthepaperisasfollowing:1.Forthesubjectofblack-start,acomprehensiveevaluationmodelbasedonentropy-weightedandfuzzysetforschemesassessmentisproposedinthisthesis.Themainprocessofblack-startandtheprocedureofitsschemesoptimizationareintroducedindetail.Thenthecomprehensiveevaluationmodelbasedonentropy-weightedandfuzzysetisdeveloped.Inthismodel,thecombinationofentropy-weightandexpert-weightisadoptedtointegratethesubjectiveandobjectiveinformation;meanwhile,thefuzzycomprehensiveevaluationmethodisusedtohandlefuzzyproblemsfromtheprocessesofdefiningthesemanticbordersforindices’commentandquantifyingthequalitativeindicators.Thepracticalassessmentofblack-startschemesforTianjingridprovestheeffectivenessandavailabilityofourproposedmodel.2.Forthesubjectofloadforecasting,thisthesisproposesanovelSupportVectorRegression(SVR)modelbasedonNormalDistributionNumber(NDN)forpowersystemShort-TermLoadForecasting(STLF).WefirstintroducesomecommonmodelsforSTLF,thenpresenttheconceptof“NormalDistributionNumber(NDN)”forthefirsttime,andbasedonwhichtheNormalDistributionNumberSupportVectorRegression(NDN-SVR)modelisobtained.Moreover,wealsodesignthetrainingmethodofthismodel.Withtheconsiderationofuncertaintyandrandomness,theNDN-SVRmodelcanprovideareasonableprobabilityintervalforpredictingoutput.Inaddition,characteristicanalysisofthismodelisgivenandtowpropositionsfornumberupperboundofunderfittingsamplesarealsoprovedafterintroductionofalgorithminthispaper.Thetowpropositionsindicatethatthetrainingerrornumberofourpresentedmodeliscontrollable.Theperformanceoftheapplicationinactualsystemconfirmsthevalidityandcorrectnessofourproposedmethod.KEYWORDS：Uncertaintyofthepowersystem,Black-startschemes,Fuzzyevaluation,Loadforecasting,Intervalforecasting,Supportvectorregression目录第一章绪论..................................................................................................................11.1电力系统中的不确定性..................................................................................11.1.1不确定性概述........................................................................................11.1.2电力系统不确定性的来源和特点........................................................21.1.3电力系统不确定性的研究现状............................................................41.2黑启动研究问题概述......................................................................................61.2.1黑启动研究的背景和意义.............................................