CN104809656B - 一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法，其特征在于，具体包括如下步骤：建立用户等效虚拟机组；建立有序用电缺口指标分配模型的目标函数；建立有序用电缺口指标分配模型的源网荷三端约束条件；采用优化算法求解该模型，得到求解结果，分配缺口指标。本发明综合考虑了源网荷三端特性对有序用电缺口指标分配的影响，具有计算量小、开发难度低、物理含义明晰、实用性强的优点。

Description

一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法

技术领域

本发明涉及一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法，属于电力系统需求侧管理技术领域。

背景技术

有序用电是需求侧管理的重要组成部分，旨在电力供应不足、突发事件等情况下，通过行政措施、经济手段、技术方法，依法控制部分用电需求，维护供用电秩序平稳的管理工作。改革开放以后，国家经济加快发展，电力供需紧张，有序用电发挥了重要作用。

进入新世纪以来，我国电力需求迅猛增长，尽管电力建设高速发展，但是由于负荷需求飞速增长，能源危机和供需矛盾依然存在。2011年煤电运矛盾造成电力供需紧张，涉及范围从华中局部地区逐渐扩大到17个省(市、区)，其中包括山西、陕西、宁夏等产煤大省。面对严峻的形势，国家电网公司按照国家发展改革委要求，组织各网省公司通过落实提前制定的有序用电方案，控制工业负荷需求，保障民生用电，有效避免了大面积拉闸限电。

有序用电缺口指标的分配是指，将电力缺口指标分配给有序用电参与用户，指导其限电生产与工作的过程。对用户进行有序用电将不可避免地对用户的生产与工作造成影响，降低其经济效益。然而，对不同用户限电所带来的损失是不一样的，比如，通常对连续生产型工业用户限电造成的经济损失，就要比对可中断生产型工业用户的大。通过调整电力缺口指标的分配，实现这一指标在用户间的最优化分配，可以尽可能地降低有序用电工作对用户造成的影响，实现全社会的限电损失最小化。指标静态分配是否科学和最优，影响着有序用电工作的开展效果，是开展有序用电工作的核心过程。

影响有序用电的因素错综复杂，可以从源、网、荷三端进行分析，从源端来看，有序用电工作可能是由于峰荷期间发电侧可调发电能力不足造成的，也可能是由于负荷波动非常剧烈，发电侧调峰能力不足导致的。从网端来分析，网络结构的缺陷、输电能力的不足以及网络故障都有可能影响系统安全，进而需要进行有序用电工作。同样地，负荷侧的预测精度、负荷结构与限电避峰大小都会影响到有序用电工作。然而，目前的有序用电缺口指标分配方法，通常只考虑了用户限电的优先级，对于高耗能、环境污染大的用户优先限电，没有考虑到限电对于不同用户的经济损失差异，更没有从源、网、荷三端进行分析。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出了一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法，该方法通过对源、网、荷三端综合建模，形成了有序用电缺口指标的线性规划模型，采用最优化方法求解得到对用户和社会损失最小的有序用电缺口指标分配方案。

本发明采用如下技术方案：一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤SS1：建立用户等效虚拟机组；

步骤SS2：建立有序用电缺口指标分配模型的目标函数；

步骤SS3：建立有序用电缺口指标分配模型的源网荷三端约束条件；

步骤SS4：采用优化算法求解该模型，得到求解结果，分配缺口指标。

优选地，步骤SS1包括：进行有序用电时，通过对用户负荷的限电潜力评估，得到用户负荷能提供最大限电潜力；用户侧的限电可以等效看作发电侧的增加出力，同时可以将负荷的限电潜力转化为等效的虚拟机组，而负荷的限电损失即为虚拟机组的等效发电成本。

优选地，步骤SS2包括：电力系统进行有序用电时，产生的成本包含实际机组和虚拟机组的发电成本之和，而虚拟机组的发电成本对应的是用户的限电损失，目标函数为实际机组和虚拟机组的发电成本之和。

优选地，步骤SS3所述的源网荷三端约束条件包括：实际机组及虚拟机组容量约束、网络约束、负荷平衡约束。

优选地，实际机组及虚拟机组容量约束包括：实际机组和等效机组的出力必须大于0，小于其机组容量。

优选地，网络约束包括：线路潮流必须小于其线路容量。

优选地，负荷平衡约束包括：机组出力必须等于系统负荷。

优选地，步骤SS4包括：采用数学优化求解工具对所述模型进行求解，求解得到的虚拟机组出力即为应当分配给相应负荷的最优缺口指标。

本发明所达到的有益效果：(1)综合考虑了源网荷三端特性对有序用电工作的影响，采用严格的数学优化模型对源网荷三端特性进行建模；(2)将用户限电潜力转化为等效的虚拟机组，物理概念清晰，易于理解，计算方法简单；(3)模型属于线性规划模型，求解方法成熟高效，能够快速计算得到最优的缺口指标分配方案。

附图说明

图1是本发明的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法的总体实施流程框图。

图2所述的是本发明的一种实施例的有序用电缺口指标分配的示例系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示的是本发明的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法的总体实施流程框图，图2所述的是本发明的一种实施例的有序用电缺口指标分配的示例系统，系统中含有两台发电机G1、G2，三个负荷D1、D2、D3，以及一条传输线路L1，参数如下：

G1、G2发电机：额定容量100MW

D1、D2、D3负荷：120MW，50MW*2负荷

L1线路：传输容量250MW

在该实施例中，系统提供的最大可调发电能力为200MW，而负荷为220MW，发电能力无法满足负荷需求，源端发电能力受限，因此需要进行有序用电。本发明提出一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配算法包括以下步骤：

1)建立等效虚拟机组；

进行有序用电时，通过对D1～D3负荷的限电潜力评估，得到D1能提供最大20MW的限电潜力，而D2、D3各能提供10MW的限电潜力。实际上，用户侧的限电可以等效看作发电侧的增加出力，因此，可以将负荷的限电潜力转化为等效的虚拟机组，而负荷的限电损失即为虚拟机组的等效发电成本。X1～X3代表等效虚拟机组，分别对应D1～D3，其额定容量分别为20MW、10MW、10MW，分别代表D1～D3的限电潜力。

2)建立有序用电缺口指标分配模型的目标函数；

对于电力系统而言，进行有序用电时，产生的成本包含实际机组和虚拟机组的发电成本之和，而虚拟机组的发电成本对应的是用电的限电损失，因此目标函数如式(1)所示：

min{c1g1+c2g2+b1x1+b2x2+b3x3} (1)

其中：

g1，g2：实际机组G1、G2出力值，属于决策变量；

c1，c2：实际机组的发电成本；

x1，x2，x3：等效虚拟机组出力值，属于决策变量；

b1，b2，b3：等效虚拟机组的发电成本，即原负荷的单位限电损失；

3)建立有序用电缺口指标分配模型的源网荷三端约束条件；

约束条件中考虑了源网荷三端受限的影响，共含有三类不同的约束条件，分别为实际及虚拟机组容量约束、网络约束、负荷平衡约束，如式(2)～(5)所示：

实际机组容量约束0<g1，g2<100 (2)

等效机组容量约束0<x1<20，0<x2，x3<10 (3)

网络约束g1+g2<250 (4)

负荷平衡约束g1+g2+x1+x2+x3＝220 (5)

网络约束中，实际机组和等效机组的出力必须大于0，小于其机组容量；网络约束中，线路潮流必须小于其线路容量；负荷平衡约束中，机组出力必须等于系统负荷。

4)采用优化算法求解该模型，得到求解结果，分配缺口指标；

采用数学优化求解工具如CLPEX等，对该模型进行求解，求解得到的虚拟机组出力x1，x2，x3即为应当分配给D1～D3负荷的缺口指标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤SS1建立用户等效虚拟机组；所述步骤SS1包括：进行有序用电时，通过对用户负荷的限电潜力评估，得到用户负荷能提供的最大限电潜力；用户侧的限电等效看作发电侧的增加出力，同时将负荷的限电潜力转化为等效的虚拟机组，而负荷的限电损失即为虚拟机组的等效发电成本；

步骤SS2建立有序用电缺口指标分配模型的目标函数；

步骤SS3建立有序用电缺口指标分配模型的源网荷三端约束条件；

步骤SS4采用优化算法求解该模型，得到求解结果，分配缺口指标。

2.根据权利要求1所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，所述步骤SS2包括：电力系统进行有序用电时，产生的成本包含实际机组和虚拟机组的发电成本之和，而虚拟机组的发电成本对应的是用户的限电损失，目标函数为实际机组和虚拟机组的发电成本之和。

3.根据权利要求1所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，所述步骤SS3所述的源网荷三端约束条件包括：实际机组及虚拟机组容量约束、网络约束、负荷平衡约束。

4.根据权利要求3所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，所述实际机组及虚拟机组容量约束包括：实际机组和等效机组的出力大于0，小于其机组容量。

5.根据权利要求4所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，所述网络约束包括：线路潮流小于其线路容量。

6.根据权利要求5所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，负荷平衡约束包括：机组出力等于系统负荷。

7.根据权利要求1所述的一种考虑源网荷三端特性的有序用电缺口指标分配方法，其特征在于，所述步骤SS4包括：采用数学优化求解工具对所述模型进行求解，求解得到的虚拟机组出力即为应当分配给相应负荷的最优缺口指标。