CN105186489A - 一种电力网络最大功率调节量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力网络最大功率调节量的计算方法，包括以下步骤：网络转换；建立约束条件；找可增路；求网络N中的最大功率调节量。本发明通过运用网络流理论，在电力网络的约束条件下，引导电力系统中控制区域共同消纳负荷波动，得到最大功率调节量。这种方法降低了整体备用，从而降低了电力系统备用成本。本发明把电力网络中各个区域转化为波动点、消纳点和中转点，通过约束每条联络线能够传输的下个点可以接收的功率容量，运用网络流理论中Ford-Fullkerson标号算法，反复进行标、查过程，直到人工消纳点未获得标号，但已没有已标未查顶点，此时当前的流量即为最大功率调节量，停止计算。

Description

一种电力网络最大功率调节量的计算方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统的调度技术，特别是一种电力网络最大功率调节量的计算方法。

背景技术

如今，我国电力系统的发展已经日益成熟，区域互动运行更加智能化是发展趋势。同时，对电能质量提出了更高的要求，而频率质量是其中考核的指标之一。我国电网运行的过程中要保证频率稳定在50Hz，但是由于发电和负荷的有功功率不平衡导致的频率波动，就需要通过调频来保证频率稳定。

电力系统大规模互动运行有个优势，当某区域自身调频不能满足要求时，可以通过互联电网联络线把功率波动转移到其他区域来进行调节。而对于多个区域的功率波动不能通过一次调频、二次调频进行有效调节的时候，会引起这些区域频率质量不合格，导致这些区域系统不稳定。所以这个时候就需要其他区域来帮忙进行消纳这些区域的功率波动。

但是由于区域备用容量的限制，每个区域可以接受的功率容量有限，导致波动的功率在电网传输过程中受到容量的限制，而不能完全地传输到理想的调频区域。所以需要一种方法，把电力系统中能消纳功率波动的区域整合起来，考虑每个区域可以接受的功率容量，然后计算这个电力系统中能消纳的功率波动的最大功率调节量。同时，针对这个最大功率调节量，对于整个电力系统来说，需要计算每条联络线要求传输的功率是多少。

现有的最大功率调节量计算方法有动态ACE(区域控制偏差)技术，但该技术只是用于电力系统扰动状态下的控制，不涉及电力系统正常运行状态。动态ACE技术，只能解决故障时的区域间传输功率，不能解决平时的电能功率波动跨区消纳。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种电力网络最大功率调节量的计算方法，不仅能够优化故障时的区域间传输功率，而且还可以解决正常情况下的功率波动跨区消纳，从而降低电力系统备用成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电力网络最大功率调节量的计算方法，包括以下步骤：

A、网络转换

对于一个电力网络来说，如果它的波动点集和消纳点集都只含有一个区域，那么称这个电力网络为单波单消网络。同时，任何一个电力网络，都能够转换为一个单波单消网络。转换步骤如下：

A1、给网络N添加两个新的区域s和t；

A2、对从s向x连一个联络线，其容量为∞；

A3、对从y向t连一个联络线，其容量为∞；

式中，添加的区域s和t分别称为人工波动点和人工消纳点；容量是指每个区域可以接受的最大功率容量；网络N中所有区域的集合为V；将网络N中需要调节功率波动的区域称为波动点x，所有波动点的集合称为波动点集X，每个波动点的入度为0。把网络N中能够消纳功率波动的区域称为消纳点y，所有消纳点的集合称为消纳点集Y，每个消纳点的出度为0。网络N中既没有波动又没有消纳的区域称为中转点。网络N中，每个区域都有可以接受功率的最大容量函数，当多条联络线指向这个区域，就需要按比例分配这个容量函数，该函数简称为容量C，它是定义在联络线集A上的非负函数，联络线集A是指网络中所有联络线的集合。

B、建立约束条件

定义网络N(V,X,Y,A,C)中的一个可行流f，是指在联络线集A上的一个整值函数：

B1、满足容量约束：对0≤f(a)≤c(a)；

B2、保证流量守恒：对f^-(v)＝f⁺(v)；

其中f^-(v)表示区域v处于入联络线上的功率之和，f⁺(v)表示区域v处于出联络线上的功率之和。

对于网络N(V,X,Y,A,C)中的一个可行流f，必有f⁺(X)＝f^-(Y)，f⁺(X)和f^-(Y)均为可行流f的功率调节量，记为Valf。网络N中功率调节量最大的可行流f称为网络N的最大功率调节量。

C、找可增路

对于网络N的可行流f，u是网络N中任意一个区域，P是网络N中一个x-u路。如果对路P上的任一个联络线a，都有：

(1)若联络线a是P的正向联络线，则c(a)-f(a)>0；

(2)若联络线a是P的反向联络线，则f(a)>0。

则称P是网络N中一个可行流f的可增x-u路。特别地，网络N中一个可行流f的可增x-y路简称为网络N的一个可行流f的可增路。对网络N中任一个可行流f可增路P和P上任一个联络线a，令

则沿路P可增加的流量为

$\mathrm{\Δ}f\left(P\right)=\underset{a\∈P}{\min }\mathrm{\Δ}f\left(a\right),$

Δf(P)称为可行流f可增路P上的可增量。

对于网络N中的一个可行流f，采用Ford-Fulkerson标号法来寻找可行流f的可增路或者判断可行流f的可增路不存在，标号过程包括以下步骤：

从波动点x开始，首先给x标上∞，即波动点x的容量l(x)＝∞，式中，x称为已标未查区域，其他区域称为未标未查区域。

C1、任选一已标未查区域u；

C2、检查其所有尚未标号的邻接区域；

C3、任选一尚未标号的邻接区域；

C4、如果尚未标号的邻接区域为出邻接区域v，转步骤C5；如果尚未标号的邻接区域为入邻接区域v，转步骤C6；

C5、对区域u的尚未标号的出邻接区域v，即<u,v>∈A，若c(u,v)＞f(u,v)，则给区域v标号：l(v)＝min{l(u),c(u,v)-f(u,v)}，v称为已标未查区域；转步骤C7；

C6、对区域u的尚未标号的入邻接区域v，即<v,u>∈A，若f(u,v)＞0，则给区域v标号：l(v)＝min{l(u),f(u,v)}，v称为已标未查区域；

C7、否则不给v标号。当检查完区域u的所有邻接区域以后，将区域u称为已标已查区域。转步骤C8，否则选择另一个尚未标号的邻接区域，返回步骤C4；

C8、如果已标未查区域全部检查完毕，则转步骤D，否则，选择另一已标未查区域u，转步骤C2；

D、求网络N中的最大功率调节量

D1、完成上述标、查过程后，检查消纳点y是否获得标号，如果消纳点y获得标号，此时已得到可行流f的可增路，则沿着该路增流。

D2、由可增路的概念，对网络N中一个可行流f，如果找不出可增路则停止，转步骤D3。如果能找到网络N中一个可行流f的可增x-y路P，则沿着P修改流的值，得到一个流量更大的可行流修改步骤如下：

修改后可行流的流量为然后重新标号并返回步骤C1。

反复寻找网络N中的可增路，沿可增路将流量扩大，直到找不出可增路为止。也就是说如果消纳点y点未获得标号，但已没有已标未查顶点，停止计算；

D3、当前的可行流f对应的流量即为最大功率调节量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果

1、本发明通过运用网络流理论，在电力网络的约束条件下，引导电力系统中控制区域共同消纳负荷波动，得到最大功率调节量。这种方法降低了整体备用，从而降低了电力系统备用成本。

2、本发明把电力网络中各个区域转化为波动点、消纳点和中转点，通过约束每条联络线能够传输的下个点可以接收的功率容量，运用网络流理论中Ford-Fullkerson标号算法，反复进行标、查过程，直到人工消纳点未获得标号，但已没有已标未查顶点，此时当前的流量即为最大功率调节量，停止计算。最终就可以得到这个网络中能消纳的功率波动的最大功率调节量以及相对应的每条联络线分配的功率情况。

3、本发明能够很好地应对由于约束每条联络线能够传输的下个点可以接收的功率容量，更具有现实意义。

4、本发明由于流程简单方便，可以通过计算机编程实现，适用于现代电力系统。

附图说明

本发明共有附图6张，其中：

图1是本发明的流程图。

图2是单波单消网络示意图。

图3是零值流标号示意图。

图4是第一次增流后标号示意图。

图5是第二次增流后标号示意图。

图6是第三次增流后标号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。本发明的流程图如图1所示，步骤A中的单波单消网络如图2所示，下面重点描述步骤C中的找可增路过程。对如图2所示的一个网络从零值流开始，利用Ford-Fulkerson标号算法进行3次增流，得到最大功率调节量的过程。在每条联络线上，括号里的数字表示容量，括号外的数字表示流值。每个顶点的三元标号中，每三个符号是一个数字，表示该顶点的标号值；第一个符号表示当前该点的标号值是通过哪个点(称为标号的前一点)获得的；第二个符号的正或负表示标号的前一点到当前点是通过正向联络线还是反向联络线连接的。第一个符号用于最后反向追踪可增路，第二个符号标识在增流时是在联络线的原有基础上加还是减流值，标号值表示从波动点x到该点通过当前找到的可增路可以增加的流值。

在图3中，标号结束后消纳点y获得了标号(v₄，+，7)，根据标号的第一项逐步反向追踪获得可增路xv₂v₄y，由第三项的值可知沿该可增路可以增加7个单位的流量，增流后网络成为图2。在图4中，标号结束后消纳点y获得了标号(v₃，+，5)，根据标号的第一项逐步反向追踪获得可增路xv₁v₃y，由第三项的值可知沿该可增路可以增加5个单位的流量，增流后网络成为图5。注意图2中顶点v₄未获得标号，这是因为在给v₄标号之前消纳点y已获得标号，可增路已找到，没有必要继续给v₄标号了。在图6中，对x、v₁、v₂、v₃进行“标”、“查”过程后，已没有已标未查区域，而消纳点y尚未获得标号，因而此时不再有可增路，当前的网络流对应的流量即是最大功率调节量。

Claims (1)

1.一种电力网络最大功率调节量的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、网络转换

对于一个电力网络来说，如果它的波动点集和消纳点集都只含有一个区域，那么称这个电力网络为单波单消网络；同时，任何一个电力网络，都能够转换为一个单波单消网络；转换步骤如下：

A1、给网络N添加两个新的区域s和t；

A2、对从s向x连一个联络线，其容量为∞；

A3、对从y向t连一个联络线，其容量为∞；

式中，添加的区域s和t分别称为人工波动点和人工消纳点；容量是指每个区域可以接受的最大功率容量；网络N中所有区域的集合为V；将网络N中需要调节功率波动的区域称为波动点x，所有波动点的集合称为波动点集X，每个波动点的入度为0；把网络N中能够消纳功率波动的区域称为消纳点y，所有消纳点的集合称为消纳点集Y，每个消纳点的出度为0；网络N中既没有波动又没有消纳的区域称为中转点；网络N中，每个区域都有可以接受功率的最大容量函数，当多条联络线指向这个区域，就需要按比例分配这个容量函数，该函数简称为容量C，它是定义在联络线集A上的非负函数，联络线集A是指网络中所有联络线的集合；

B、建立约束条件

定义网络N(V,X,Y,A,C)中的一个可行流f，是指在联络线集A上的一个整值函数：

B1、满足容量约束：对0≤f(a)≤c(a)；

B2、保证流量守恒：对f^-(v)＝f⁺(v)；

其中f^-(v)表示区域v处于入联络线上的功率之和，f⁺(v)表示区域v处于出联络线上的功率之和；

对于网络N(V,X,Y,A,C)中的一个可行流f，必有f⁺(X)＝f^-(Y)，f⁺(X)和f^-(Y)均为可行流f的功率调节量，记为Valf；网络N中功率调节量最大的可行流f称为网络N的最大功率调节量；

C、找可增路

对于网络N的可行流f，u是网络N中任意一个区域，P是网络N中一个x-u路；如果对路P上的任一个联络线a，都有：

(1)若联络线a是P的正向联络线，则c(a)-f(a)>0；

(2)若联络线a是P的反向联络线，则f(a)>0；

则称P是网络N中一个可行流f的可增x-u路；特别地，网络N中一个可行流f的可增x-y路简称为网络N的一个可行流f的可增路；对网络N中任一个可行流f可增路P和P上任一个联络线a，令

则沿路P可增加的流量为

$\mathrm{\&Delta;}f\left(P\right)=\underset{a\&Element;P}{\min }\mathrm{\&Delta;}f\left(a\right),$

Δf(P)称为可行流f可增路P上的可增量；

对于网络N中的一个可行流f，采用Ford-Fulkerson标号法来寻找可行流f的可增路或者判断可行流f的可增路不存在，标号过程包括以下步骤：

从波动点x开始，首先给x标上∞，即波动点x的容量l(x)＝∞，式中，x称为已标未查区域，其他区域称为未标未查区域；

C1、任选一已标未查区域u；

C2、检查其所有尚未标号的邻接区域；

C3、任选一尚未标号的邻接区域；

C4、如果尚未标号的邻接区域为出邻接区域v，转步骤C5；如果尚未标号的邻接区域为入邻接区域v，转步骤C6；

C5、对区域u的尚未标号的出邻接区域v，即<u,v>∈A，若c(u,v)＞f(u,v)，则给区域v标号：l(v)＝min{l(u),c(u,v)-f(u,v)}，v称为已标未查区域；转步骤C7；

C6、对区域u的尚未标号的入邻接区域v，即<v,u>∈A，若f(u,v)＞0，则给区域v标号：l(v)＝min{l(u),f(u,v)}，v称为已标未查区域；

C7、否则不给v标号；当检查完区域u的所有邻接区域以后，将区域u称为已标已查区域；转步骤C8，否则选择另一个尚未标号的邻接区域，返回步骤C4；

C8、如果已标未查区域全部检查完毕，则转步骤D，否则，选择另一已标未查区域u，转步骤C2；

D、求网络N中的最大功率调节量

D1、完成上述标、查过程后，检查消纳点y是否获得标号，如果消纳点y获得标号，此时已得到可行流f的可增路，则沿着该路增流；

D2、由可增路的概念，对网络N中一个可行流f，如果找不出可增路则停止，转步骤D3；如果能找到网络N中一个可行流f的可增x-y路P，则沿着P修改流的值，得到一个流量更大的可行流修改步骤如下：

修改后可行流的流量为然后重新标号并返回步骤C1；

反复寻找网络N中的可增路，沿可增路将流量扩大，直到找不出可增路为止；也就是说如果消纳点y点未获得标号，但已没有已标未查顶点，停止计算；

D3、当前的可行流f对应的流量即为最大功率调节量。