CN105005856A - 一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，首先确定一个初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量R_c，i，并取i＝i+1，计算当前电力系统发电裕度的概率分布；然后根据电力系统发电裕度的概率分布，计算增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i；接着计算分别从发电侧、负荷侧以及联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的成本，选取其最小值作为增加该段事故备用容量所增加的运行成本ΔC_i；最后比较ΔL_i和ΔC_i的大小，依次确定最优事故备用容量。本发明能够使系统的可靠性和经济性均得到优化，社会效益达到最大化。

Description

一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法。

背景技术

备用计划的制定是保证电力系统安全、稳定、可靠运行的重要手段之一，而事故备用容量的确定是其中的主要内容。事故备用容量的确定方法主要考虑两方面的因素：系统可靠性和经济性。

在现有技术中，系统事故备用容量的确定一般采取确定性方法，即按照系统内最大机组容量或系统高峰负荷的一定比例(一般为8％～10％)来确定。确定性方法虽然使系统可靠性维持在较高水平，但却忽略了系统可靠性和经济性之间的关系，所制定的事故备用计划往往是不经济的，特别是在制定大规模直流电力受入条件下的省网事故备用的时候，若按原有的确定性方法预留事故备用容量，由于直流受入电力规模较大，其值往往大于系统高峰负荷的8％～10％，此时一般是按直流受入电力规模作为标准来确定事故备用容量，虽然系统可保持较高的可靠性水平，但却在经济性上做出了较大的妥协。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，可以兼顾电力系统的可靠性和经济性，使备用的社会效益达到最佳。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，依次包括以下步骤：

(1)忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量R_c,i，下标i＝0,1,2……为迭代索引，下标c仅为区分作用，并非变量；

(2)取i＝i+1，计算当前电力系统发电裕度的概率分布；

(3)根据电力系统发电裕度的概率分布，计算增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i；

(4)计算分别从发电侧、负荷侧以及联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的成本，选取其最小值作为增加该段事故备用容量所增加的运行成本ΔC_i；

(5)比较ΔL_i和ΔC_i的大小，若ΔL_i≤ΔC_i，则进入步骤(7)；若ΔL_i>ΔC_i，则进入步骤(6)；

(6)以当前事故备用水平为基础计算系统新的事故备用需求R_c＝R_c,0+i·ΔR，以新的事故备用需求为基础，重新调整火电机组组合，进入步骤(2)，R_c,0表示第一次迭代时的事故备用容量，下标c仅为区分作用，并非变量；

(7)计算系统最优备用容量并记录i循环过程中每段备用容量ΔR的提供者，汇总各备用提供者的提供容量。

所述步骤(1)具体为

①选取次日00:00～24:00为决策周期T，即T＝24h，并设一天之内火电机组开停机状态保持不变；

②首先确定水电机组的发电计划和所能提供的负荷备用和事故备用容量，然后确定燃气机组的发电计划和所能提供的负荷备用和事故备用容量,将水电机组和燃气机组提供的事故备用容量相加，即为系统所能提供的初始事故备用容量R_c,i；

③考虑系统所需的负荷备用需求，用系统的负荷备用需求减去水电和燃气所能提供的负荷备用，即为制定火电机组组合时所需的初始负荷备用容量；

④以火电机组所需提供的负荷备用容量为约束，忽略事故备用容量确定次日火电机组的初始开停机方式与开机容量，即为初始的火电机组组合。

所述步骤(2)具体为

①选取容量步长ΔR；

②根据系统第i-1次增加备用之后的水电、燃气和火电开机情况及强迫停运率、交流联络线受电情况和直流联络线受电情况及相应的强迫停运率，以及预测的次日负荷曲线，基于容量步长ΔR,采用卷积的计算方法，计算系统发电裕度的概率分布P_m，i(M)，M＝{M₁,M₂,……M_H-1，M_H,M_H+1，……M_K}表示系统的各种发电裕度，其中，M₁～M_H-1小于0，M_H等于0，M_H+1大于0，相邻的两个发电裕度之间的步长为ΔR，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，下标m仅为区分作用，并非变量，下标H用于标记发电裕度为0的点在发电裕度中的位置；

所述步骤(3)具体为

①根据步骤(2)中计算得到的发电裕度概率密度P_m,i(M)，计算在第i-1次增加备用容量后系统当前运行方式下，再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值ΔEENS_i

ΔEENS_i＝EENS_i-1-EENS_i

其中，EENS_i为增加备用后的电量不足期望值，EENS_i-1为增加备用前的电量不足期望值，二者的计算公式如下

${\mathrm{EENS}}_{i-1}=\underset{k=1}{\overset{L}{\Σ}}\left|M_k\right|P_m\left(M_k\right)T$

${\mathrm{EENS}}_i=\underset{k=1}{\overset{L-1}{\Σ}}\left(\right|M_k|-\mathrm{\Δ}R)P_m\left(M_k\right)T$

其中，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，T＝24h表示决策周期，下标L表示系统有L种发电裕度。

②设定系统的失负荷价值VOLL，根据步骤①得到的电量不足期望值ΔEENS_i和系统的失负荷价值VOLL，计算出增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i，

ΔL_i＝ΔEENS_i×VOLL

其中，ΔEENS_i为当前运行方式下增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值。

所述步骤(4)具体为

①计算由发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的成本ΔC_g，i，下标g仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

在当前火电机组组合下，一个决策周期T内，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_{i-1}\%=\frac{Q}{T\·G_{i-1}}\×100\%$

其中，α_i-1％表示火电机组的平均负荷率，Q表示火电机组在一个决策周期T内的发电量，G_i-1表示火电机组当前已开机的机组容量之和，在火电机组和燃气机组的发电计划确定的情况下，α_i-1％为定值。

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_i\%=\frac{Q}{T(G_{i-1}+\mathrm{\Δ}R)}\×100\%$

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率的变化量为：

Δα_i％＝α_i-1％-α_i％

Δα_i％表示第i台机组平均负荷率的变化量，α_i％表示第i台机组的平均负荷率，α_i-1％表示第i-1台机组的平均负荷率；

发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_g,i＝Δy_i·Q；

Δy_i表示机组的平均负荷率变化Δα_i％时，火电机组的发电平均成本的变化量，可由火电机组的发电平均成本曲线获得，ΔC_g，i即为发电侧发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本。

②计算由负荷侧发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_ILH，i,下标ILH仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

ΔC_ILH，i＝LOLP_i·VOLL_ILH·ΔR·T_p

其中，ΔLOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，VOLL_ILH表示负荷侧备用的失负荷价值，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标ILH和下标p均仅为区分作用，并非变量。

③计算由联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_T，i,下标T仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

ΔC_T，i＝LOLP_i·PRICE_T·ΔR·T_p

其中，LOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，PRICE_T表示为联络线提供事故备用的电量价格，，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标i为变量，i＝0，1,2……，下标T和下标p均仅为区分作用，并非变量

④比较ΔC_g，i、ΔC_ILH，i和ΔC_T，i的大小，取其最小值作为增加该段事故备用容量所需要的备用成本ΔC_i。

本发明通过逐步增加容量步长为ΔR的事故备用，并计算增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i和增加的成本ΔC_i，来确定最优事故备用容量，从而使系统的可靠性和经济性均得到优化，社会效益达到最大化。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为实施例一所述的电力系统发电裕度的概率分布图；

图3为实施例一所述的600MW火电机组的发电平均成本曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明的依次包括以下步骤：

(1)忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合以及初始事故备用容量R_c,i,下标i＝0,1,2……为迭代索引，下标c仅为区分作用，并非变量；

①选取次日00:00～24:00为决策周期T，即T＝24h，并假设次日火电机组开停机状态保持不变；

②按照《节能发电调度办法》的规定，先基于水电调峰运行方式确定水电机组在负荷曲线上的运行位置，然后确定其发电计划曲线和所能提供的备用，包括负荷和事故备用水平；再根据燃气机组的燃料计划，也是基于调峰运行方式，确定燃气机组的开机容量和启停时间，进而确定其发电计划及其所能提供的负荷备用和事故备用，将水电机组和燃气机组提供的事故备用容量相加，即为系统所能提供的初始事故备用容量R_c,i；

③考虑系统所需的负荷备用需求，用系统的负荷备用需求减去水电和燃气所能提供的负荷备用，即为制定火电机组组合时所需的初始负荷备用容量；

④忽略系统事故备用需求，根据《节能发电调度办法》的规定，并考虑其他因素，如年度电量计划等，确定次日火电机组的初始开停机方式与开机容量，即为初始的火电机组组合。开机顺序中，冬季供暖期供热机组优先开机，平衡时其可调出力要按照核定的供热状态的最大出力进行平衡。

按以上步骤即可忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量R_c,i，下标i＝0,1,2……为迭代索引，以上方法为现有技术，不再赘述。

(2)计算电力系统发电裕度的概率分布；

①取i＝i+1，并根据经验选取容量步长ΔR，ΔR一般取5MW或10MW。

②基于系统第i-1次增加备用之后的水电机组、燃气机组和火电机组的开机情况及强迫停运率，交流联络线受电情况、直流联络线受电情况及故障停运率，并基于容量步长ΔR,采用卷积的计算方法，计算系统运行容量的概率密度分布。

假定发电侧已开机组的台数为n，并将交流联络线和直流联络线视为等值发电机组，则发电侧停运容量的概率密度为：

P_n(X_j)＝(1-r_n)P_n-1(X_j)+r_nP_n-1(X_j-C_n)

其中，P_n(X_j)为开机台数为n台时系统停运容量为X_j的确切概率，X_j表示系统的j种停运容量，j＝1,2，……，J，表示有J种状态的停运离散分布，r_n表示第n台机组的强迫停运概率，P_n-1(X_j)表示开机台数为n-1台时系统停运容量为X_j的确切概率，C_n表示第n台机组的容量，下标n＝1,2，……，N，表示系统共N台机组，P_n-1(X_j-C_n)表示开机台数为n-1时系统停运容量为X_j-C_n的确切概率。

对于已开的n台机组系统而言，停运容量为X_j时必然唯一对应一个运行容量g_j，即故根据发电侧停运容量的概率密度，可得到发电机组运行容量的概率密度分布P_G＝P_G(g_i)＝P_n(X_j)，发电机组运行容量的概率密度分布P_G为一离散的随机分布。

③基于预测的当前系统的次日的发电负荷曲线，计算负荷容量的分布概率密度P_L(L＝Y_l)：

$P_L=P_L\left(Y_l\right)=\frac{T_l}{T}$

其中，Y_l表示次日的负荷水平，P_L(Y_l)表示负荷容量为Y_l时的确切概率，T_l表示次日失负荷容量为Y_l的时间之和，可由系统的发电负荷曲线直接获得，T表示次日系统总运行时间，T＝24h，下标l和L均表示负荷，并非变量。

④根据步骤②和步骤③的计算出的发电机组运行容量的概率密度分布P_G及负荷容量的分布概率密度P_L，采用卷积的计算方法，计算系统发电裕度的概率密度分布P_m,i(M)：

$P_{m,i}\left(M\right)=P_{m,i}(M_k=g_j-Y_l)=\underset{Y_l=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\underset{g_j=-\mathrm{\∞}}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{P}_G\left(g_j\right)P_L\left(Y_l\right)$

其中，M＝{M₁,M₂,……M_H-1，M_H,M_H+1，……M_K}表示系统的各种发电裕度，其中，M₁～M_H-1小于0，M_H等于0，M_H+1大于0，相邻的两个发电裕度之间的步长为ΔR，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，P_m,i(M_k)表示第i次迭代过程中，裕度为M_k时的确切概率，下标m仅为区分作用，并非变量，下标H用于标记发电裕度为0的点在发电裕度中的位置，下标i表示第i次迭代。

⑤根据步骤④中计算的结果，以发电裕度为横坐标，以发电裕度所对应的确切概率为纵坐标，画出电力系统的发电裕度图，即为电力系统发电裕度的概率分布。

以上方法为现有技术，在此不再赘述。

(3)根据电力系统发电裕度的概率分布，计算增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i；

①根据步骤(2)中计算得到的发电裕度概率密度分布P_m,i(M)，计算在第i-1次增加备用后系统当前运行方式下再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值ΔEENS_i:

ΔEENS_i＝EENS_i-1-EENS_i

其中，EENS_i为增加备用后的电量不足期望值，EENS_i-1为增加备用前的电量不足期望值，二者的计算公式如下

${\mathrm{EENS}}_{i-1}=\underset{k=1}{\overset{L}{\Σ}}\left|M_k\right|P_m\left(M_k\right)T$

${\mathrm{EENS}}_i=\underset{k=1}{\overset{L-1}{\Σ}}\left(\right|M_k|-\mathrm{\Δ}R)P_m\left(M_k\right)T$

其中，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，T＝24h表示决策周期，下标L表示系统有L种发电裕度。

②设定系统的失负荷价值VOLL，根据步骤①得到的电量不足期望值ΔEENS_i和系统的失负荷价值VOLL，计算出增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i，

ΔL_i＝ΔEENS_i×VOLL

其中，ΔEENS_i为当前运行方式下增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值。

(4)计算分别从发电侧、负荷侧以及联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的备用成本，选取三者最小值作为系统增加该段事故备用容量所需的备用成本ΔC_i；

①计算发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的成本ΔC_g，i，下标g仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

由于在制定初始机组组合时已经完全考虑了水电和燃气机组所能提供的事故备用容量，所以发电侧新增事故备用容量ΔR由火电机组提供。发电侧火电机组提供事故备用容量的成本主要是火电机组由于增加旋转备用而造成负荷率降低所导致的耗煤率增加所造成的发电成本。

在当前火电机组组合下，一个决策周期T内，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_{i-1}\%=\frac{Q}{T\·G_{i-1}}\×100\%$

其中，α_i-1％表示火电机组的平均负荷率，Q表示火电机组在一个决策周期T内的发电量，G_i-1表示火电机组当前已开机的机组容量之和，在火电机组和燃气机组的发电计划确定的情况下，α_i-1％为定值。

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_i\%=\frac{Q}{T(G_{i-1}+\mathrm{\Δ}R)}\×100\%$

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率的变化量为：

Δα_i％＝α_i-1％-α_i％

Δα_i％表示第i台机组平均负荷率的变化量，α_i％表示第i台机组的平均负荷率，α_i-1％表示第i-1台机组的平均负荷率；

由于我国电力系统当前基本采用均衡调度模式，在调度时所有已开机组的平均负荷率相同，故增加备用后，每台已开机组的平均负荷率的变化量相同，均为Δα_i％。

发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_g,i＝Δy_i·Q；

Δy_i表示机组的平均负荷率变化Δα_i％时，火电机组的发电平均成本的变化量，可由火电机组的发电平均成本曲线获得，ΔC_g，i即为发电侧增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本。

②计算负荷侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_ILH，i,下标ILH仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

负荷侧备用只在调用时才产生费用，因此，其备用成本可由调用时对可中断负荷造成的失负荷损失来确定，

ΔC_ILH，i＝LOLP_i·VOLL_ILH·ΔR·T_p

其中，ΔLOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，VOLL_ILH表示负荷侧备用的失负荷价值，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标ILH和下标p均仅为区分作用，并非变量。

③计算联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_T，i,下标T仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

当省网发生事故时，与之相连的外网通过联络线对本省网进行支援，

ΔC_T，i＝LOLP_i·PRICE_T·ΔR·T_p

其中，LOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，PRICE_T表示为联络线提供事故备用的电量价格，，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标T和下标p均仅为区分作用，并非变量

④比较ΔC_g，i、ΔC_ILH，i和ΔC_T，i的大小，取其最小值作为增加该段事故备用容量所需要的备用成本ΔC_i。

(5)比较ΔL_i和ΔC_i的大小，若ΔL_i≤ΔC_i，则增加该段备用所需的成本已高于其所能避免的失负荷损失，备用无价值，进入步骤(7)；若ΔL_i>ΔC_i，说明此时留取的事故备用有社会价值，则进入步骤(6)；

(6)以当前事故备用水平为基础计算系统新的事故备用需求R_c＝R_c,0+i·ΔR，并以新的事故备用需求为基础，重新调整火电机组组合，进入步骤(2),R_c,0表示第一次迭代时的事故备用容量，下标c仅为区分作用，并非变量；

(7)计算系统最优备用容量并记录i循环过程中每段备用容量ΔR的提供者，汇总各备用提供者的提供容量。至此，完成备用容量的确定和配置任务。

在本文中，所有的下标i均为迭代索引，i＝0,1,2，……。

实施例一：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，现以某省网某年夏季最大日负荷时为例对本发明专利进行进一步的详细描述。

某年某省网日最大负荷59500MW，纯凝火电机组总装机40785MW，包括8台1000MW机组、12台660MW机组、5台630MW机组、20台600MW机组、4台350MW机组、4台320MW机组、2台310MW机组、15台300MW机组、2台220MW机组、2台140MW机组、7台135MW机组、2台125MW机组；热电机组总装机11145MW，包括1台350MW机组、6台330MW机组、14台300MW机组、10台210MW机组、5台200MW机组、2台165MW机组、2台150MW机组、6台135MW机组、1台75MW机组；水电机组总装机2350MW，包括6台300MW机组、3台70MW机组、4台50MW机组、4台35MW机组；抽水蓄能机组总装机1320MW，包括4台300MW机组、1台120MW机组；风电总装机155.625MW；燃气电厂总装机1560MW，包括4台390MW机组；自备电厂总装机4910MW，包括2台660MW机组、1台600MW机组、1台350MW机组、7台300MW机组、4台135MW机组；低热值电厂总装机270MW，包括2台135MW机组。省网特高压直流受入功率7500MW，约占该省网年最大负荷的12.6％；省网通过一条直流背靠背线路受入外网直流功率3110MW，约占年最大负荷的5.23％；省网通过4条交流联络线共受入外网交流功率2000MW，约占年最大负荷的3.36％。

各类电源强迫停运率数据根据中电联发布的上一年相关统计数据确定，取一天为决策时间尺度，即T＝24h,容量步长ΔR取5MW，VOLL取20元/kWh，VOLL_ILH取1.658元/kWh，PRICE_T取0.8元/kWh，火电机组的发电平均成本曲线以600MW火电机组的为基准进行计算。

事故备用容量确定过程如下：

(1)忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量；

取一天为决策时间尺度，即T＝24h，按照本发明专利所介绍的方法进行相应的分析计算，忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合之后，可得该省网某年夏季最大负荷日各类电源的开机数据。其中纯凝火电机组总开机27780MW，约占年最大负荷的46.69％，包括8台1000MW机组、12台660MW机组、5台630MW机组、14台600MW机组、1台310MW机组；热电机组总开机11145MW，约占年最大负荷的18.73％，包括1台350MW机组、6台330MW机组、14台300MW机组、10台210MW机组、5台200MW机组、2台165MW机组、2台150MW机组、6台135MW机组、1台75MW机组；自备机组总开机4910MW，约占年最大负荷的8.25％，包括2台660MW机组、1台600MW机组、1台350MW机组、7台300MW机组、4台135MW机组；燃气机组总开机1560MW，约占年最大负荷的2.62％，包括4台390MW机组；水电机组总开机1500MW，约占年最大负荷的2.52％，包括5台300MW机组；省网特高压直流受入功率7500MW，约占该省网年最大负荷的12.6％；省网通过一条直流背靠背线路受入外网直流功率3110MW，约占年最大负荷的5.23％；省网通过4条交流联络线共受入外网交流功率2000MW，约占年最大负荷的3.36％。

经计算可得，省网由水电和抽水蓄能机组提供2170MW的初始事故备用容量。

初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量的确定方法为现有技术，不再赘述。

(2)计算电力系统发电裕度的概率分布；

取一天为决策时间尺度，即T＝24h，选取容量步长ΔR为5MW，计算得电力系统发电裕度的概率分布图如图2所示。

(3)计算增加容量步长ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失

取一天为决策时间尺度，即T＝24h，选取容量步长ΔR为5MW，失负荷价值VOLL取20元/kWh，按照本发明专利所介绍的方法进行相应的分析计算，可得增加容量步长ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i。

例如，当i＝1时，ΔL_i＝4463.921元，ΔL_i即为预留该段事故备用所能减少的期望失负荷损失。

(4)计算分别从发电侧、负荷侧以及联络线侧提供容量步长ΔR的事故备用容量所需要的备用成本，选取其最小值作为增加该段事故备用容量所需要的备用成本ΔC_i；

取一天为决策时间尺度，即T＝24h，选取容量步长ΔR为5MW，VOLL取20元/kWh，VOLL_ILH取1.658元/kWh，PRICE_T取0.8元/kWh，火电机组的发电平均成本曲线以600MW火电机组的为基准进行计算，其图像如图3所示。

当i＝1时，发电侧事故备用容量成本的变化量ΔC_g，i＝843.206元，负荷侧事故备用容量成本的变化量ΔC_ILH，i＝378.024元，联络线侧事故备用容量成本的变化量ΔC_T，i＝182.4元，选取最小值作为增加该段事故备用容量所增加的运行成本ΔC_i，即ΔC_i＝182.4元。

(5)比较预留容量步长ΔR的事故备用的ΔL_i和ΔC_i，确定是否预留该段事故备用容量；

当i＝1时，计算得ΔC_i＝182.4元，ΔL_i＝4463.921元，此时ΔL_i大于ΔC_i，说明此时留取的事故备用有社会价值，则选取其所对应的备用源，即联络线侧，提供第i段ΔR的事故备用容量。

(6)以当前事故备用水平为基础计算系统新的事故备用需求R_c＝R_c,0+i·ΔR，并以新的事故备用需求为基础，重新调整火电机组组合以及重新计算电力系统发电裕度的概率分布后，继续增加容量步长ΔR的事故备用容量，直至ΔL_i小于等于ΔC_i，则已预留的事故备用容量即为最优值，即可确定最优事故备用容量，计算得到的最优事故备用容量如表1所示：

表1

本发明所述的省网事故备用容量确定方法与传统省网事故备用容量确定方法的备用容量大小比较如表2所示，本发明所述的省网事故备用容量确定方法与传统省网事故备用容量确定方法的可靠性和经济性的比较如表3所示，其中，方案1为本发明所述方法，方案2为现有技术。

表2

表3

根据表1、表2和表3可知，方案1比方案2少预留了3100MW的事故备用容量，导致了方案1的失负荷概率产生了一定的提高，约比方案2提高了0.034859％，由此引发的期望失负荷损失比方案2增加了约21.15587万元，但事故备用总成本却节约了69.79万元，净节约48.63413万元，因此，综合考虑可靠性和经济性指标，方案1优于方案2，即相对于传统确定性的事故备用容量确定方法而言，本发明专利提出的一种大规模直流电力受入条件下的省网事故备用容量确定方法可以兼顾电力系统的可靠性和经济性，是一种从可靠性和经济性两方面综合最优的方法。

Claims (5)

1.一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(1)忽略系统事故备用需求确定一个初始的火电机组组合以及初始的事故备用容量R_c,i，下标i＝0,1,2……为迭代索引，下标c仅为区分作用，并非变量；

(2)取i＝i+1，计算当前电力系统发电裕度的概率分布；

(3)根据电力系统发电裕度的概率分布，计算增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i；

(4)计算分别从发电侧、负荷侧以及联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的成本，选取其最小值作为增加该段事故备用容量所增加的运行成本ΔC_i；

(5)比较ΔL_i和ΔC_i的大小，若ΔL_i≤ΔC_i，则进入步骤(7)；若ΔL_i>ΔC_i，则进入步骤(6)；

(6)以当前事故备用水平为基础计算系统新的事故备用需求R_c＝R_c,0+i·ΔR，以新的事故备用需求为基础，重新调整火电机组组合，进入步骤(2)，R_c,0表示第一次迭代时的事故备用容量，下标c仅为区分作用，并非变量；

(7)计算系统最优备用容量并记录i循环过程中每段备用容量ΔR的提供者，汇总各备用提供者的提供容量。

2.如权利要求1所述的一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为

①选取次日00:00～24:00为决策周期T，即T＝24h，并设一天之内火电机组开停机状态保持不变；

②首先确定水电机组的发电计划和所能提供的负荷备用和事故备用容量，然后确定燃气机组的发电计划和所能提供的负荷备用和事故备用容量,将水电机组和燃气机组提供的事故备用容量相加，即为系统所能提供的初始事故备用容量R_c,i；

③考虑系统所需的负荷备用需求，用系统的负荷备用需求减去水电和燃气所能提供的负荷备用，即为制定火电机组组合时所需的初始负荷备用容量；

④以火电机组所需提供的负荷备用容量为约束，忽略事故备用容量确定次日火电机组的初始开停机方式与开机容量，即为初始的火电机组组合。

3.如权利要求1或2所述的一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为

①选取容量步长ΔR；

②根据系统第i-1次增加备用之后的水电、燃气和火电开机情况及强迫停运率、交流联络线受电情况和直流联络线受电情况及相应的强迫停运率，以及预测的次日负荷曲线，基于容量步长ΔR,采用卷积的计算方法，计算系统发电裕度的概率分布P_m，i(M)，M＝{M₁,M₂,……M_H-1，M_H,M_H+1，……M_K}表示系统的各种发电裕度，其中，M₁～M_H-1小于0，M_H等于0，M_H+1大于0，相邻的两个发电裕度之间的步长为ΔR，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，下标m仅为区分作用，并非变量，下标H用于标记发电裕度为0的点在发电裕度中的位置；

4.如权利要求1或3所述的一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为

①根据步骤(2)中计算得到的发电裕度概率密度P_m,i(M)，计算在第i-1次增加备用容量后系统当前运行方式下，再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值ΔEENS_i

ΔEENS_i＝EENS_i-1-EENS_i

其中，EENS_i为增加备用后的电量不足期望值，EENS_i-1为增加备用前的电量不足期望值，二者的计算公式如下

${\mathrm{EENS}}_{i-1}=\underset{k=1}{\overset{L}{\Σ}}\left|M_k\right|P_m\left(M_k\right)T$

${\mathrm{EENS}}_i=\underset{k=1}{\overset{L-1}{\Σ}}\left(\right|M_k|-\mathrm{\Δ}R)P_m\left(M_k\right)T$

其中，P_m(M_k)表示裕度为M_k时的确切概率，T＝24h表示决策周期，下标L表示系统有L种发电裕度。

②设定系统的失负荷价值VOLL，根据步骤①得到的电量不足期望值ΔEENS_i和系统的失负荷价值VOLL，计算出增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的期望失负荷损失ΔL_i，

ΔL_i＝ΔEENS_i×VOLL

其中，ΔEENS_i为当前运行方式下增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所能减少的电量不足期望值。

5.如权利要求1或4所述的一种大规模直流电力受入条件下的省网次日事故备用容量配置方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为

①计算由发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需的成本ΔC_g，i，下标g仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

在当前火电机组组合下，一个决策周期T内，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_{i-1}\%=\frac{Q}{T\·G_{i-1}}\×100\%$

其中，α_i-1％表示火电机组的平均负荷率，Q表示火电机组在一个决策周期T内的发电量，G_i-1表示火电机组当前已开机的机组容量之和，在火电机组和燃气机组的发电计划确定的情况下，α_i-1％为定值。

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率

${\mathrm{\α}}_i\%=\frac{Q}{T(G_{i-1}+\mathrm{\Δ}R)}\×100\%$

在当前运行方式下，火电机组再增加第i个容量步长为ΔR的事故备用容量后，火电机组的平均负荷率的变化量为：

Δα_i％＝α_i-1％-α_i％

Δα_i％表示第i台机组平均负荷率的变化量，α_i％表示第i台机组的平均负荷率，α_i-1％表示第i-1台机组的平均负荷率；

发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_g,i＝Δy_i·Q；

Δy_i表示机组的平均负荷率变化Δα_i％时，火电机组的发电平均成本的变化量，可由火电机组的发电平均成本曲线获得，ΔC_g，i即为发电侧发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本。

②计算由负荷侧发电侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_ILH，i,下标ILH仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

ΔC_ILH，i＝LOLP_i·VOLL_ILH·ΔR·T_p

其中，ΔLOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，VOLL_ILH表示负荷侧备用的失负荷价值，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标ILH和下标p均仅为区分作用，并非变量。

③计算由联络线侧提供第i个容量步长为ΔR的事故备用容量所需要的发电成本ΔC_T，i,下标T仅为区分作用，并非变量，下标i＝0,1,2……为迭代索引；

ΔC_T，i＝LOLP_i·PRICE_T·ΔR·T_p

其中，LOLP_i表示第i-1次增加备用后系统的失负荷概率，PRICE_T表示为联络线提供事故备用的电量价格，，ΔR表示容量步长，T_p表示负荷侧备用的调用时间，下标i为变量，i＝0，1,2……，下标T和下标p均仅为区分作用，并非变量

④比较ΔC_g，i、ΔC_ILH，i和ΔC_T，i的大小，取其最小值作为增加该段事故备用容量所需要的备用成本ΔC_i。