一种适用于高比例新能源接入场景的配电网韧性风险评估方法及系统与流程

本发明涉及电力系统运行与分析，尤其是涉及一种适用于高比例新能源接入场景的配电网韧性风险评估方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式光伏和风电在配电网中的渗透率持续攀升，高比例新能源接入在促进能源低碳转型的同时，也给配电网的安全稳定运行带来了新的挑战。新能源出力具有随机性、波动性和间歇性等特点，其不确定性直接影响配电网的潮流分布、电压水平和支路负载状态，进而影响配电网应对极端事件的韧性能力。

2、电网韧性是指电力系统在遭受高影响、低概率事件冲击后，能够快速恢复并持续为用户提供电力服务的能力。准确评估配电网韧性对于电网规划决策、运行优化和应急管理具有重要的理论与实践意义。传统的配电网韧性评估方法大多采用确定性分析框架，将新能源出力视为固定值或采用有限的典型场景进行静态分析。然而，这种方法忽略了新能源出力的内在不确定性，导致评估结果难以全面反映配电网在实际运行中可能面临的风险区间。

3、现有处理新能源不确定性的方法主要包括概率方法和区间方法两大类。概率方法需要预先获取新能源出力的精确概率分布函数，但实际中新能源出力受辐照强度、风速、温度、季节等多因素耦合影响，精确的概率分布难以准确标定。相比之下，区间方法仅需已知新能源出力的上下边界，对概率分布信息要求较低，更适合工程实际应用场景。然而，现有区间分析方法在应用于配电网韧性评估时仍存在以下技术瓶颈：

4、（1）区间扩张问题：传统区间算术在进行非线性潮流运算时会产生过度保守的区间估计结果，导致评估结论过于宽泛，缺乏工程实用价值；

5、（2）韧性指标体系不完善：现有研究多聚焦于单一维度的韧性评估，缺乏涵盖抵御、适应与恢复能力的系统性多维量化指标体系；

6、（3）薄弱环节定位困难：在新能源出力不确定性的持续影响下，难以准确识别和定位影响配电网整体韧性的关键薄弱节点与支路。

7、如专利申请cn120725542a公开一种基于多维度韧性指标体系的配电网韧性评估方法。该方法通过ahp主观赋权将系统功能、电压偏差与用户供电状态压缩为一维综合曲线，并从该曲线中派生缺失面积、极值跌落与恢复时长三个几何特征，经归一化后代入三维坐标系计算欧氏距离以获得韧性评分。该方法仅能给出系统级的确定性韧性数值，而无法处理新能源出力的区间不确定性、无法构建真正独立的多维指标体系，且完全缺失对关键薄弱节点与支路的定位能力。

8、因此，亟需一种能够有效处理新能源出力不确定性、抑制区间扩张、准确评估配电网多维韧性水平并精准识别薄弱环节的创新方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于高比例新能源接入场景的配电网韧性风险评估方法及系统，显著提升了高比例新能源接入下配电网韧性风险评估的工程实用性、准确性与针对性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种适用于高比例新能源接入场景的配电网韧性风险评估方法，包括以下步骤：

4、获取配电网的新能源历史有功出力数据；

5、根据所述新能源历史有功出力数据将新能源有功出力建模为区间变量，得到新能源有功出力区间；

6、根据新能源有功出力区间，采用基于仿射算术的区间潮流计算方法，求解配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解；

7、根据配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解，计算配电网韧性量化指标体系中各韧性量化指标的区间值；

8、基于灵敏度分析方法，计算配电网各节点和各支路对各韧性量化指标的影响因子，识别配电网薄弱环节；

9、根据各韧性量化指标的区间值和配电网薄弱环节，生成配电网韧性风险评估结果。

10、进一步地，所述新能源有功出力包括分布式光伏有功出力和风力发电有功出力，所述分布式光伏有功出力的区间表示为：

11、

12、

13、

14、式中，为接入节点的分布式光伏的有功出力区间，为分布式光伏有功出力下界，为分布式光伏有功出力上界，为历史分布式光伏有功出力的均值，为置信系数，为历史分布式光伏有功出力的标准差，为分布式光伏额定容量；

15、所述风力发电有功出力的区间表示为：

16、

17、

18、

19、式中，为接入节点的风力发电的有功出力区间，为风力发电有功出力下界，为风力发电有功出力上界，为历史风力发电有功出力的均值，为历史风力发电有功出力的标准差，为风力发电额定容量。

20、进一步地，采用基于仿射算术的区间潮流计算方法，求解配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解的具体步骤包括：

21、将配电网各节点的新能源有功出力区间转换为仿射形式；

22、将仿射形式的新能源有功出力区间代入配电网潮流方程，通过仿射算术运算规则求解各状态变量的仿射形式表达，进而转换为配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解。

23、进一步地，将配电网各节点的新能源有功出力区间转换为仿射形式的计算公式为：

24、

25、

26、

27、

28、式中，为节点的仿射形式新能源有功出力区间，为新能源有功出力区间的中心值，为新能源有功出力区间的半径，为噪声符号，为新能源有功出力区间下界，为新能源有功出力区间上界。

29、进一步地，所述配电网的潮流方程为：

30、

31、式中，为支路的有功功率，为节点的净有功负荷，为支路的电阻，为支路电流幅值的平方，为节点的下游节点集合，为支路的有功功率，为支路的无功功率，为节点的无功负荷，为支路的电抗，为支路的无功功率，为节点的电压幅值，为节点的电压幅值。

32、进一步地，将仿射形式的新能源有功出力区间代入配电网潮流方程，通过仿射算术运算规则求解各状态变量的仿射形式表达，进而转换为配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解的具体步骤包括：

33、从配电网末端节点向根节点方向，依次计算各支路功率的仿射形式；

34、从配电网根节点向末端节点方向，依次更新各节点电压的仿射形式；

35、计算各节点电压仿射形式中心值的最大变化量，若小于预设收敛阈值，则将各支路功率和各节点电压的仿射形式转换为区间形式输出，得到配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解，否则返回以上步骤进行迭代；

36、其中，当新能源有功出力区间过大导致基于仿射算术的区间潮流计算无法收敛时，采用区间二分法将原始的新能源有功出力区间等分为两个子区间，分别进行基于仿射算术的区间潮流计算，将两个子区间的结果取并集作为最终结果。

37、进一步地，所述韧性量化指标体系中的韧性量化指标包括抵御能力指标、适应能力指标和恢复能力指标，

38、所述抵御能力指标用于表征配电网在扰动下维持正常运行的能力，计算公式为：

39、

40、式中，为抵御能力指标，为节点的负荷重要性权重，为节点因电压越限或支路过载导致的负荷削减量区间值，为节点的原始负荷；

41、所述适应能力指标用于表征配电网通过拓扑重构和资源调度适应扰动的能力，计算公式为：

42、

43、式中，为适应能力指标，为满足运行约束的可行运行点数量，为区间内采样的总运行点数量；

44、所述恢复能力指标用于表征配电网从故障状态恢复至正常状态的能力，计算公式为：

45、

46、式中，为恢复能力指标，为配电网的可用备用容量，为配电网的最大可能负荷损失。

47、进一步地，基于灵敏度分析方法，计算配电网各节点和各支路对各韧性量化指标的影响因子，识别配电网薄弱环节的具体步骤包括：

48、计算各节点的电压越限灵敏度因子；

49、计算各支路的过载灵敏度因子；

50、根据所述电压越限灵敏度因子和过载灵敏度因子的大小对所有节点和支路进行排序，得到配电网薄弱环节。

51、进一步地，所述电压越限灵敏度因子用于表征新能源有功出力变化对节点电压波动范围的影响程度，计算公式为：

52、

53、式中，为节点的电压越限灵敏度因子，为节点电压区间的上界，为节点电压区间的下界，为所有新能源有功出力区间的半径之和；

54、所述过载灵敏度因子用于表征新能源有功出力变化对支路最大功率的影响程度，计算公式为：

55、

56、式中，为支路的过载灵敏度因子，为支路有功功率区间的上界。

57、按照本发明的另一方面，提供了一种适用于高比例新能源接入场景的配电网韧性风险评估系统，包括：

58、历史有功出力数据获取模块，用于获取配电网的新能源历史有功出力数据；

59、有功出力区间构建模块，用于根据所述新能源历史有功出力数据将新能源有功出力建模为区间变量，得到新能源有功出力区间；

60、区间解求解模块，用于根据新能源有功出力区间，采用基于仿射算术的区间潮流计算方法，求解配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解；

61、韧性量化指标区间值计算模块，用于根据配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解，计算配电网韧性量化指标体系中各韧性量化指标的区间值；

62、薄弱环节识别模块，用于基于灵敏度分析方法，计算配电网各节点和各支路对各韧性量化指标的影响因子，识别配电网薄弱环节；

63、韧性风险评估模块，用于根据各韧性量化指标的区间值和配电网薄弱环节，生成配电网韧性风险评估结果。

64、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

65、1．本发明通过获取配电网的新能源历史有功出力数据，将新能源有功出力建模为区间变量，仅需已知出力上下边界即可描述不确定性，并采用基于仿射算术的区间潮流计算方法，利用仿射形式保留变量间的数学相关性，有效抑制了传统区间算术在非线性运算中产生的区间扩张问题，从而求解得到更贴近实际的配电网各节点电压幅值和配电网各支路有功功率的区间解，进而计算得到配电网韧性量化指标体系中各韧性量化指标的区间值，解决了传统方法依赖精确概率分布、实际工程中难以标定及区间分析结果过度保守的问题，显著提升了高比例新能源接入下配电网韧性风险评估的工程实用性与准确性。

66、2．本发明通过结合灵敏度分析方法，量化配电网各节点的电压越限灵敏度因子和各支路的过载灵敏度因子，根据电压越限灵敏度因子和过载灵敏度因子的大小对所有节点和支路进行排序，精准识别薄弱节点与支路，解决了现有评估方法难以在不确定性环境下定位关键风险点的问题，为配电网精准加固及运行风险防控提供了明确的目标导向，有效提升了高比例新能源接入下配电网韧性风险评估的针对性。