CN105720610B - 一种电力系统机组组合配置方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统机组组合配置方法及装置，该方法包括获取机组组合配置数据，该机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；获取机组组合配置的约束条件，约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；根据机组组合配置数据和机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；根据机组组合配置模型配置电力系统中的机组。实现了通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。

Description

一种电力系统机组组合配置方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及电力系统机组组合配置方法及装置。

背景技术

随着电力系统结构的日趋复杂，为了适应电力系统发展的需要，现有电力系统通常采用机组组合作为编制发电计划的核心环节，以应对未来负荷的不确定性和新能源发电的波动性。

当前，电力系统的机组组合多采用单一类型的机组进行简单的组合，在用户用电需求及电网结构发生重大变化时，则会出现发电机组低于安全极限运行、关停机组过多而无法满足随后的高峰用电需求的现象，因此急需一种新的机组组合配置，以适应电力系统的波动，维持整个电力系统的安全运行、稳定运行和经济性运行。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电力系统机组组合配置方法及装置，实现通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。。

第一方面，本发明实施例提供了一种电力系统机组组合配置方法，所述方法包括：

获取机组组合配置数据，所述机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；

获取机组组合配置的约束条件，所述约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；

根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

根据所述机组组合配置模型配置电力系统中的机组。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述获取机组组合配置数据，包括：

获预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据；

获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据；

获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据；

根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型，包括：

根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组组合的决策变量；

根据所述决策变量和所述机组组合的运行特性数据确定所述决策变量的运行特性数据；

根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件；

根据所述决策变量、所述决策变量的运行特性数据和所述决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述方法还包括：

根据所述机组组合配置模型确定机组组合评价指标；

根据所述机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系；

根据所述机组组合评价指标体系，检测所述机组组合配置模型是否符合预设优化标准，若否，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对所述机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述方法还包括：

根据所述机组组合配置模型、所述机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据；

根据所述机组组合运行数据和所述评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率；

根据各项评价指标的变化率，确定影响所述机组组合配置的敏感指标；

建立预设时间段内所述敏感指标的变化趋势模型，根据所述变化趋势模型对所述机组组合配置模型进行优化。

第二方面，本发明实施例提供了一种电力系统机组组合配置装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取机组组合配置数据，所述机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；

第二获取模块，用于获取机组组合配置的约束条件，所述约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；

第一建立模块，用于根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

配置模块，用于根据所述机组组合配置模型配置电力系统中的机组。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式，其中，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据；

第二获取单元，用于获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据；

第三获取单元，用于获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据；

第四获取单元，用于根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第二种可能的实现方式，其中，所述第一建立模块包括：

第一确定单元，用于根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组组合的决策变量；

第二确定单元，用于根据所述决策变量和所述机组组合的运行特性数据确定所述决策变量的运行特性数据；

第三确定单元，用于根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件；

建立单元，用于根据所述决策变量、所述决策变量的运行特性数据和所述决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第三种可能的实现方式，其中，所述装置还包括：

第一确定模块，用于根据所述机组组合配置模型确定机组组合评价指标；

第二建立模块，用于根据所述机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系；

检测模块，用于根据所述机组组合评价指标体系，检测所述机组组合配置模型是否符合预设优化标准；

第一优化模块，用于在所述检测模块检测所述机组组合配置模型不符合预设优化标准时，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对所述机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

结合第二方面的第三种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第二方面的第四种可能的实现方式，其中，所述装置还包括：

第三获取模块，用于根据所述机组组合配置模型、所述机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据；

判断模块，用于根据所述机组组合运行数据和所述评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率；

第二确定模块，用于根据各项评价指标的变化率，确定影响所述机组组合配置的敏感指标；

第三建立模块，用于建立预设时间段内所述敏感指标的变化趋势模型，根据所述变化趋势模型对所述机组组合配置模型进行优化。

在本发明实施例提供的方法及装置中，包括获取机组组合配置数据，机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；获取机组组合配置的约束条件，约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；根据机组组合配置数据和机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；根据机组组合配置模型配置电力系统中的机组。实现了通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1所提供的电力系统机组组合配置方法的流程图；

图2示出了本发明实施例2所提供的电力系统机组组合配置装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有电力系统的机组组合配置，当在用户用电需求及电网结构发生重大变化时，则会出现发电机组低于安全极限运行、关停机组过多而无法满足随后的高峰用电需求的现象。基于此，本发明提供了一种电力系统机组组合配置方法及装置，实现通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例提供了一种电力系统机组组合配置方法。该机组组合配置方法包括以下S101-S104步骤。

步骤S101：获取机组组合配置数据，机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据。

上述获取机组组合配置数据可通过以下过程来获取。

获预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据。

在本发明实施例中，按照用电时间是否可中断，将上述负荷划分为可中断负荷和不可中断负荷。其中，可中断负荷作为需求侧响应的重要激励方式之一，能够充分利用用户的用电弹性，缓解峰荷时段的电力供应紧张状况，提高电力系统运行的经济性，保障系统安全运行。可中断负荷可以根据供需双方的合同约定，在电网高峰时段由电网向用户发出中断请求信号，经用户响应后中断部分供电，或者电力公司根据远程监测到的电力运行状况来中断部分用电设备，并给予用户一定的经济补偿，如果经济补偿适当，则能激发各种类型用户在系统高峰时减少用电，降低系统运营成本。当负荷高于负荷阈值或者备用小于备用阈值时，此时需要进行负荷中断判断。在允许的时间内削减部分负荷，减少系统功率缺额，也就相当于向系统提供了备用服务，对保证系统安全运行具有重要作用。因此，在双侧开放的市场环境下，发电侧备用容量和需求侧可中断负荷都可作为系统的备用容量。因此，可中断负荷对机组组合的配置起到两种关键作用，第一种：减轻机组调峰负担，在电力建设初期，由用户侧参与经济调度规划，其中的可中断负荷充当了调峰角色；当预测的高峰期到来时，调用可中断负荷来削减用电高峰；第二种：减少用电低谷时段机组调动，在只有发电侧开放的电力系统中，可中断负荷相当于电力公司在用电高峰时增加机组数量或机组出力，在低谷时相应地撤离部分机组并减少出力，从而在用电低谷时段，减少了机组调动的频率，保障了电力系统运行的安全性、经济性和稳定性。

机组的频繁调动容易带来三方面的影响：一是启停时间限制了应对措施的及时性和安全性；二是机组忽冷忽热影响使用寿命；三是每一次机组状态的改变都会造成热量的损失和资源的浪费。采用可中断负荷的调控策略控制负荷高峰期的额外机组参与，就会减少低谷期的停机和下一次高峰期的启机，从而避免机组的频繁调动产生的影响，维持负荷侧较小的高峰和低谷相对差值，全面提高电力系统运行的经济性、可靠性、稳定性和安全性。

上述预设时间段按照时间长短可分为超短期、短期、中期和长期。其中，超短期主要用于电能质量控制、安全监视、预防和紧急控制等；短期主要用于机组组合优化、经济潮流控制、水火电协调等；中期主要用于水库调度、燃料计划及机组维修等；长期主要是对电网的改建、系统的远景规划、新电厂的投建等。

在获取预测负荷特性数据时，首先对电力系统的用电进行分析，确定预设时间段内用电负荷数、总用电量、每个负荷的用电情况。其中，用电情况包括用电量、用电时间及用电时长。然后根据确定的预设时间段内用电负荷数、总用电量、每个负荷的用电情况绘制负荷曲线，根据负荷曲线的负荷率和现有机组组合的容量确定预设时间段内机组组合的调峰容量，该调峰容量包括最大调峰容量、平稳调峰容量和最小调峰容量。当确定出预设时间段内的调峰容量后，根据该调峰容量将该预设时间段划分为峰、平、谷时段。

对于不可中断负荷，预测该峰、平、谷时段内的负荷特性数据，以及预测该峰、平、谷时段内负荷特性数据的误差值，该负荷特性数据包括负荷数量、每个负荷的用电量、每个负荷的用电时间和用电时长。

对于可中断负荷，统计电力系统中预设时间段内可中断负荷，获取该预设时间段的峰、平、谷时段内可中断负荷特性数据，其中，可中断负荷特性数据包括可中断负荷的数量、每个负荷的用电量、每个负荷的中断时间和时长。获取上述可中断负荷特性数据，为机组组合中的备用机组提供设计依据，通过备用机组来减少常规火电机组的调峰压力，以及减少常规机组的启停。

上述负荷基准值，是根据电力系统实际运行确定出的负荷参考值。

负荷曲线对机组组合的影响包括两个层面：一是负荷需求存在峰、平、谷时段的差异，因此各时段启动机组的出力和停机机组的出力之和必须满足相应时段的负荷需求；二是机组存在最小技术出力约束、爬坡约束和最小启停时间约束，因此各时段之间的机组运行状态存在耦合关系；在配置机组组合时无法简单的分时段配置，必须进行统一配置，尽量减少因峰谷差所带来的机组启停，提高电力系统发电侧的经济效益和环境效益。

其中，负荷率作为评判负荷特性的重要指标，它集中反映了电网中各类用户不同用电特性叠加的总体情况，负荷率高意味着负荷曲线比较平缓，峰谷差较小，电网需要的发电机组调峰容量小，从而可以提高发电设备的利用率；负荷率低，峰谷差大，发电机组利用小时数下降，发电耗能增加，最终造成发电成本上升，且电网调峰困难，供电可靠性下降。因此，用电需求侧负荷率的高低深入影响着机组组合的配置，是电力系统调度的关键点之一。

获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据。

在获取上述电源数据时，首先需要对各类电源进行定性分析，针对不同类型的机组，需要分析各个类型机组的特性，在本发明实施例中，主要通过对燃煤机组、燃气机组、水电机组、核电机组、光伏发电机组、风力发电机组和储能发电机组等类型的机组进行定性分析，以确定出各个类型的机组的特性，其中包括机组的出力范围、调节性能、启停特性和经济特性等特性。根据分析结果建立机组定性分析表，根据机组定性分析表确定机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量。机组定性分析表示意性地如下表1所示。

从下述定性分析表中可知，根据各个类型机组的出力是否可控、发电效率和出力范围可以确定出出力可控类型的机组的最大出力、额定出力和最小出力；根据各个类型机组的最大出力、额定出力、最小出力、调节速率、启动时间和在机组组合中的定位确定出各个类型机组的装机比例；根据各个类型机组的装机比例、机组的最大出力、额定出力和最小出力确定出机组组合的装机容量。

表1

获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据。

由于电能是通过电网向用户传输的，所以发电计划影响到电网的安全性和稳定性。常规的机组组合问题是将网络部分虚拟等效成一个电气节点，所有机组都连接在这个电气节点上，忽略了考虑线路的传输容量极限，据此制定出的发电计划经常是不可行的，所以引出考虑网络安全约束机组组合问题。

完全意义的网络安全约束是指系统满足静态和动态的各种稳定要求，包括传输线路潮流约束、系统电压约束、系统的无功平衡约束，机组的无功出力上下限约束及变压器分接头约束等等。在本发明实施例中，机组组合中的网络安全约束通常仅考虑输电元件的静态传输容量约束，从而确定机组组合配置的电网数据中的节点导纳矩阵，通过该节点导纳矩阵对机组组合进行制约，避免出现成本低的机组停机和成本高的机组开机的现象，以最小的代价实现考虑网络安全约束的机组组合。

在确定机组组合配置的电网数据中的线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值时，根据系统装机容量的差异和各类型机组装机比例的差异来确定。

根据机组组合总装机容量的差异，事先定义系统装机容量基准值，并根据系统实际装机容量与系统装机容量基准值之间的倍数关系确定线路容量标幺值；根据各个类型机组装机比例的差异，事先定义基准类型机组，并将该基准类型机组的装机比例值设定为“1”，通过计算其它类型机组的装机容量与该基准类型机组的装机容量的倍数关系，确定其他机组的装机比例，根据确定的机组装机比例和线路容量标幺值来确定机组组合的线路容量扩大系数。

根据负荷数据、电源数据和电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

上述备用机组特性数据包括备用机组类型、数量和容量。其中，备用机组类型、数量和容量根据可中断负荷特性数据进行确定。系统备用按备用响应时间可分为瞬时备用、旋转备用、慢速备用和冷态备用。如果可中断负荷用户具有一定的负荷弹性和快速调节能力，紧急情况下能够在短时间内切除部分负荷，相当于向系统提供了旋转备用。如此，不会造成由于调控产生的负荷曲线大幅度忽高忽低，提高系统运行的可靠性和经济性。

此外，用户进入旋转备用容量市场后，在满足系统对旋转备用容量需求的同时，发电侧的备用容量购买量减少。这样一来，全系统的运营效益有很大提高，各节点上的电价和系统备用容量价格降低，发电商对旋转备用容量市场的操控力被减弱，而电力用户作为系统备用容量的新供应者，将会享有较低的电价或相应的其他补助。

步骤S102：获取机组组合配置的约束条件，约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束。

根据机组类型获取各个类型的机组的出力变化图，根据出力变化图中的最大出力确定机组组合的额定出力，根据出力变化图中的最小出力、机组类型、机组性能和所述额定出力确定机组组合的最小出力；根据最大出力、额定出力和最小出力确定机组的出力范围，确定机组的出力约束和爬坡约束。

根据机组类型和各个机组类型的启停特性确定机组的启停特性约束。

根据机组类型和各个机组类型的经济特性确定机组的经济特性约束。

根据电力系统的网架结构和线路传输容量确定机组的电网安全约束。

步骤S103：根据机组组合配置数据和机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

其中，根据机组组合配置数据和机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型，可以通过以下S1031-S1034步骤完成。

步骤S1031：根据负荷数据、电源数据和电网数据确定机组组合的决策变量。

从机组启停特性上考虑，上述决策变量主要是指电力系统中的开停机状态变量和出力变量。从经济特性上考虑，对于调度方式为计划管理模式下，上述决策变量主要指燃煤、燃气等火电机组的燃料成本、启停成本和环境成本；对于在发电侧竞价上网的市场模式下，上述决策变量为购电成本。

步骤S1032：根据决策变量和机组组合的运行特性数据确定决策变量的运行特性数据。

上述决策变量的运行特性数据包括最贴近需求的机组启停特性和最小经济成本的机组运行特性数据。

步骤S1033：根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件。

步骤S1034：根据决策变量、决策变量的运行特性数据和决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

上述在建立机组组合配置模型时，首先根据决策变量和决策变量的运行特性数据建立机组组合配置的目标函数f(x)，然后根据上述决策变量的约束条件对f(x)中的决策变量进行范围约束。

步骤S104：根据机组组合配置模型配置电力系统中的机组。

在本发明实施例中，根据上述建立的机组组合配置模型，可以对电力系统中机组组合中的常规机组和备用机组进行设置；其中，包括机组的类型、每个类型的机组的数量、每个类型的机组的容量、每个类型的机组的启停时间、每个类型的机组的出力范围以及每个类型的机组的发电成本。上述常规机组为除备用机组外的机组，是电力系统无波动运行时需要配置的机组，上述备用机组为电力系统运行发生波动，需要进行电力资源调度时应调配的机组。配置的机组组合能适应电力系统的波动，并能安全、经济和稳定地运行。

当电力系统需要调整时，上述建立的机组组合配置模型通过实践检验后不一定为最优的机组组合配置模型，还需要根据电力系统的实际需求和运行数据对上述机组组合配置模型进行优化，以得到最优的机组组合配置模型，满足系统安全性、稳定性和经济性要求。其中，优化的方法包括以下两种方法。

第一种优化方法包括以下S201-S203步骤。

步骤S201：根据机组组合配置模型确定机组组合评价指标。

确定上述机组组合评价指标时，首先需要确定影响机组组合配置模型中机组配置的因素。其中，包括确定因素和不确定因素。

确定影响机组组合配置模型中机组配置的确定因素和不确定因素后，从系统整体运行经济性、机组运行经济性、网络利用率、可再生能源消纳和系统可靠性方面，对上述确定因素和不确定因素进行分类，将分类后的确定因素和不确定因素作为机组组合评价指标。

步骤S202：根据机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系。

上述预设评价标准包括系统整体运行经济性标准、机组运行经济性标准、网络利用率标准、可再生能源消纳标准和系统可靠性标准等五个方面的标准。根据上述预设评价标准对上述机组组合评价指标进行评价，将符合预设评价标准的评价指标进行保留，根据保留下来的评价指标建立机组组合评价指标体系，机组组合评价指标体系示意性地如下表2所示。

表2

上述系统整体运行经济性评价指标，主要反映机组组合方案对电力系统整体运行的经济性影响，其中，总发电燃料成本主要指燃煤、燃气等化石燃料成本；系统平均发电燃料成本＝系统总发电燃料成本/总上网电量；系统平均购电成本＝系统总购电成本/总上网电量。

上述机组运行经济性评价指标，主要反映机组组合方案对各类机组运行经济性的影响，其中，各类机组主要包括不同功率的燃煤机组和燃气机组。

上述网络利用率评价指标，主要反映机组组合方案对网络的使用情况，同时反映电网约束对机组组合结果的限制，其中，网络综合利用率为各条线路利用率的加权平均；阻塞线路容量占比为受阻线路容量占线路总容量的百分比。

上述可再生能源消纳评价指标，主要反映机组组合方案对风电、光伏和水电能可再生能源消纳的影响指标。

上述系统可靠性评价指标，主要反映机组组合方案对系统运行可靠性的影响，包括失负荷概率和停电量期望值。

步骤S203：根据机组组合评价指标体系，检测机组组合配置模型是否符合预设优化标准，若否，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

上述预设优化标准为上述机组组合评价指标体系中各个评价指标的指标值范围。当机组组合配置模型的各个评价指标值不在预设优化标准中各个评价指标的指标值范围内时，判断机组组合配置模型不符合预设优化标准，需要通过上述优化函数和优化约束条件对机组组合配置模型进行优化，直至机组组合配置模型符合预设优化标准，将符合预设优化标准的机组组合配置模型确定为电力系统的机组组合配置模型。

第二种优化方法包括以下S301-S304步骤。

步骤S301：根据机组组合配置模型、机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据。

步骤S302：根据机组组合运行数据和评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率。

上述评价指标的变化率可以用Si来表示，其中，

上述ΔXi为单位参量Xi的相对变化量，ΔVi为评价指标的变化量。敏感系数Si的符号反映了评价指标对参量的敏感方向。

步骤S303：根据各项评价指标的变化率，确定影响机组组合配置的敏感指标。

在本发明实施例中，将上述敏感指标的敏感程度通过敏感系数Si来体现，其中，敏感系数Si近似地可用上述评价指标变化率来表示，主要是指经济评价指标的指标值对不确定评价指标变化的敏感程度，当某一评价指标的变化率小于经济评价指标的变化率时，就将某一评价指标确定为敏感指标，反之，将某一评价指标确定为不敏感指标。

上述敏感系数可根据各项评价指标的变化率和敏感指标判定方法来进行确定。其中，敏感指标判定方法包括相对测定法和绝对测定法。相对测定法，是指设定要分析的因素均从确定性经济分析中所采用的数值开始变动，且各因素每次变动的幅度相同，比较在同一变动幅度下各因素的变动对经济效果指标的影响，据此判断机组组合配置模型的经济效果对各因素变动的敏感程度。绝对测定法，是指设定各因素均朝着对方案不利的方向变动，并取其有可能出现的对方案最不利的数值，据此计算方案的经济效果，看其是否能使方案达到无法被接受的程度。如果某个因素可能出现的最不利数值能使机组组合配置模型变得不可接受，则表明该因素是机组组合配置模型的敏感因素。机组组合配置模型能否接受的判断依据是各经济效果指标能否达到临界值。

步骤S304：建立预设时间段内敏感指标的变化趋势模型，根据变化趋势模型对机组组合配置模型进行优化。

上述敏感指标的变化趋势模型可以用敏感性趋势分析图或敏感性交叉分析图。其中，敏感性趋势分析图，反映敏感指标变化的总趋势；敏感性交叉分析图，是以某一敏感指标的基准值作为参考点，当每一个敏感指标按照一定的幅度变化时，基准值也相应变化，把该某一敏感指标的数值连成曲线或直线，成交叉状态。当每一项指标变化幅度在正常数值范围内时，不需要对机组组合配置模型进行优化，当某一项指标变化幅度超出正常数值范围时，需要对机组组合配置模型进行优化。上述敏感指标的变化趋势模型可以供决策者参考是否提高可再生能源比例、新增输电线路、扩建线路容量和进行需求侧管理等。

在本发明实施例提供的方法中，实现了通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。

实施例2

参见图2，本发明实施例提供了一种电力系统机组组合配置装置，该装置包括第一获取模块1、第一获取模块2、第一建立模块3和配置模块4。

第一获取模块1，用于获取机组组合配置数据，机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；

第一获取模块2，用于获取机组组合配置的约束条件，约束条件包括发电机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；

第一建立模块3，用于根据机组组合配置数据和机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

配置模块4，用于根据机组组合配置模型配置电力系统中的机组。

上述第一获取模块1获取机组组合配置数据时，可通过以下第一获取单元获取负荷数据，通过以下第二获取单元获取电源数据，通过以下第三获取单元获取电网数据，通过以下第四获取单元获取机组组合运行特性数据。

上述第一获取模块1包括第一获取单元、第二获取单元、第三获取单元和第四获取单元。

第一获取单元，用于获取预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据。

在本发明实施例中，按照用电时间是否可中断，将上述负荷划分为可中断负荷和不可中断负荷。对于不可中断负荷，上述第一获取单元通过预测该峰、平、谷时段内的负荷特性数据，以及预测该述峰、平、谷时段内负荷特性数据的误差值，获取负荷特性数据和负荷特性数据的误差值。该负荷特性数据包括负荷数量、每个负荷的用电量、每个负荷的用电时间和用电时长。

对于可中断负荷，上述第一获取单元通过统计电力系统中预设时间段内可中断负荷，获取该预设时间段的峰、平、谷时段内可中断负荷特性数据，其中，可中断负荷特性数据包括可中断负荷的数量、每个负荷的用电量、每个负荷的中断时间和时长。获取上述可中断负荷特性数据，为机组组合中的备用机组提供设计依据，通过备用机组来减少常规火电机组的调峰压力，以及减少常规机组的启停。

上述第一获取单元根据电力系统实际运行确定出的负荷参考值，将该负荷参考值作为获取到的负荷基准值。

第二获取单元，用于获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据。

上述第二获取单元获取上述电源数据时，首先需要根据上述实施例1提供的方法建立机组定性分析表，根据机组定性分析表确定机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量。

第三获取单元，用于获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据。

由于电能是通过电网向用户传输的，所以发电计划影响到电网的安全性和稳定性。常规的机组组合问题是将网络部分虚拟等效成一个电气节点，所有机组都连接在这个电气节点上，忽略了考虑线路的传输容量极限，据此制定出的发电计划经常是不可行的，所以引出考虑网络安全约束机组组合问题。

在本发明实施例中，机组组合中的网络安全约束通常仅考虑输电元件的静态传输容量约束，上述第三获取单元通过输电元件的静态传输容量约束，确定机组组合配置的电网数据中的节点导纳矩阵，通过该节点导纳矩阵对机组组合进行制约，避免出现成本低的机组停机和成本高的机组开机的现象，以最小的代价实现考虑网络安全约束的机组组合。

在确定机组组合配置的电网数据中的线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值时，上述第三获取单元根据系统装机容量的差异和各类型机组装机比例的差异来确定。

根据机组组合总装机容量的差异，事先定义系统装机容量基准值，并根据系统实际装机容量与系统装机容量基准值之间的倍数关系确定线路容量标幺值；根据各个类型机组装机比例的差异，事先定义基准类型机组，并将该基准类型机组的装机比例值设定为“1”，通过计算其它类型机组的装机容量与该基准类型机组的装机容量的倍数关系，确定其他机组的装机比例，根据确定的机组装机比例和线路容量标幺值来确定机组组合的线路容量扩大系数。

第四获取单元，用于根据负荷数据、电源数据和电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

上述备用机组特性数据包括备用机组类型、数量和容量。其中，备用机组类型、数量和容量根据可中断负荷特性数据进行确定。系统备用按备用响应时间可分为瞬时备用、旋转备用、慢速备用和冷态备用。如果可中断负荷用户具有一定的负荷弹性和快速调节能力，紧急情况下能够在短时间内切除部分负荷，相当于向系统提供了旋转备用。这样，可中断负荷作为备用，具有较高响应速度，不会造成由于调控产生的负荷曲线大幅度忽高忽低，避免或减少昂贵的旋转备用容量，提高系统运行的可靠性和经济性，实现资源的优化配置和电力工业的可持续发展。

上述第一获取模块2根据机组类型获取各个类型的机组的出力变化图，根据出力变化图中的最大出力确定机组组合的额定出力，根据出力变化图中的最小出力、机组类型、机组性能和所述额定出力确定机组组合的最小出力；根据最大出力、额定出力和最小出力确定机组的出力范围，确定机组的出力约束和爬坡约束。

上述第一获取模块2根据机组类型和各个机组类型的启停特性确定机组的启停特性约束。

上述第一获取模块2根据机组类型和各个机组类型的经济特性确定机组的经济特性约束。

上述第一获取模块2根据电力系统的网架结构和线路传输容量确定机组的电网安全约束。

上述第一建立模块3建立机组组合配置模型可通过以下第一确定单元、第二确定单元、第三确定单元和建立单元来建立。

上述第一建立模块3包括第一确定单元、第二确定单元、第三确定单元和建立单元。

第一确定单元，用于根据负荷数据、电源数据和电网数据确定机组组合的决策变量。

从机组启停特性上考虑，上述第一确定单元将电力系统中的开停机状态变量和出力变量确定为机组组合的决策变量。从经济特性上考虑，对于调度方式为计划管理模式下，上述第一确定单元将燃煤、燃气等火电机组的燃料成本、启停成本和环境成本确定为机组组合的决策变量；对于在发电侧竞价上网的市场模式下，上述第一确定单元将购电成本确定为机组组合的决策变量。

第二确定单元，用于根据决策变量和机组组合的运行特性数据确定决策变量的运行特性数据。

上述第二确定单元将最贴近需求的机组启停特性和最小经济成本的机组运行特性数据确定为决策变量的运行特性数据。

第三确定单元，用于根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件。

建立单元，用于根据决策变量、决策变量的运行特性数据和决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

上述建立单元在建立机组组合配置模型时，首先根据决策变量和决策变量的运行特性数据建立机组组合配置的目标函数f(x)，然后通过上述第三确定单元根据上述决策变量的约束条件对f(x)中的决策变量进行范围约束。

上述第一建立模块3建立的机组组合配置模型后，上述配置模块4根据上述建立模块建立的机组组合配置模型，对电力系统中机组组合中的常规机组和备用机组进行设置；其中，包括机组的类型、每个类型的机组的数量、每个类型的机组的容量、每个类型的机组的启停时间、每个类型的机组的出力范围以及每个类型的机组的发电成本。上述常规机组为除备用机组外的机组，是电力系统无波动运行时需要配置的机组，上述备用机组为电力系统运行发生波动，需要进行电力资源调度时应调配的机组。通过上述机组组合配置模型配置机组组合中的机组，在电力系统运行发生波动时，配置的机组组合能适应电力系统的波动，并能安全、经济和稳定地运行。

由于新能源的出现以及电力系统的发展，整个电力系统需要及时调整，以满足负荷、电源和电网之间的需求平衡。因此，上述第一建立模块3建立的机组组合配置模型通过实践检验后不一定为最优的机组组合配置模型，还需要根据电力系统的实际需求和运行数据对上述机组组合配置模型进行优化，以得到最优的机组组合配置模型，满足系统安全性、稳定性和经济性要求。其中，可以通过以下第一确定模块、第二建立模块、检测模块和第一优化模块进行优化。

在本发明实施例中，该装置还包括第一确定模块、第二建立模块、检测模块和第一优化模块。

第一确定模块，用于根据机组组合配置模型确定机组组合评价指标。

上述第一确定模块确定机组组合评价指标时，首先需要确定影响机组组合配置模型中机组配置的因素。其中，包括确定因素和不确定因素。

上述第一确定模块确定影响机组组合配置模型中机组配置的确定因素和不确定因素后，从系统整体运行经济性、机组运行经济性、网络利用率、可再生能源消纳和系统可靠性方面对上述确定因素和不确定因素进行分类，将分类后的确定因素和不确定因素作为机组组合评价指标。

第二建立模块，用于根据机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系。

上述预设评价标准包括系统整体运行经济性标准、机组运行经济性标准、网络利用率标准、可再生能源消纳标准和系统可靠性标准等五个方面的标准。上述第二建立模块根据上述预设评价标准对上述机组组合评价指标进行评价，将符合预设评价标准的评价指标进行保留，根据保留下来的评价指标建立上述实施例1中的机组组合评价指标体系。

检测模块，用于根据机组组合评价指标体系，检测机组组合配置模型是否符合预设优化标准。

第一优化模块，用于在检测模块检测机组组合配置模型不符合预设优化标准时，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

上述预设优化标准为上述机组组合评价指标体系中各个评价指标的指标值范围。当上述检测模块检测到机组组合配置模型的各个评价指标值不在预设优化标准中各个评价指标的指标值范围内时，上述检测模块判断机组组合配置模型不符合预设优化标准，需要通过上述以下第一优化模块机组组合配置模型进行优化，直至机组组合配置模型符合预设优化标准，将符合预设优化标准的机组组合配置模型确定为电力系统的机组组合配置模型。

对机组组合的优化还可可以通过以下第三获取模块、判断模块、第二确定模块和第三建立模块进行优化。

在本发明实施例中，该装置还包括第三获取模块、判断模块、第二确定模块和第三建立模块。

第三获取模块，用于根据机组组合配置模型、机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据；

判断模块，用于根据机组组合运行数据和评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率；

第二确定模块，用于根据各项评价指标的变化率，确定影响机组组合配置的敏感指标。

在本发明实施例中，判断模块判断评价指标的变化率，可以通过上述实施例1提供的评价指标的变化率Si的判断方法来判断。当某一评价指标的变化率小于经济评价指标的变化率时，上述确定模块就将某一评价指标确定为敏感指标，反之，将某一评价指标确定为不敏感指标。上述敏感系数可根据各项评价指标的变化率和敏感指标判定方法来进行确定。其中，敏感指标判定方法包括相对测定法和绝对测定法。

第三建立模块，用于建立预设时间段内敏感指标的变化趋势模型，根据变化趋势模型对机组组合配置模型进行优化。

上述第三建立模块建立的敏感指标的变化趋势模型可以用敏感性趋势分析图或敏感性交叉分析图。

上述敏感指标的变化趋势模型可以供决策者参考是否提高可再生能源比例、新增输电线路、扩建线路容量和进行需求侧管理等。

在本发明实施例提供的装置中，实现了通过建立的机组组合配置模型和提供的机组组合配置模型优化方法配置机组组合，降低了电力系统的投资成本和运营成本，配置的机组组合能够根据电网的波动自适应调节，提高了电力系统运行的安全性和稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.电力系统机组组合配置方法，其特征在于，所述方法包括：

获取机组组合配置数据，所述机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；

获取机组组合配置的约束条件，所述约束条件包括机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；

根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

根据所述机组组合配置模型配置电力系统中的机组；

其中，在获取机组组合配置数据时，获预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据；获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据；获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据；根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型，包括：

根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组组合的决策变量；

根据所述决策变量和所述机组组合的运行特性数据确定所述决策变量的运行特性数据；

根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件；

根据所述决策变量、所述决策变量的运行特性数据和所述决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述机组组合配置模型确定机组组合评价指标；

根据所述机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系；

根据所述机组组合评价指标体系，检测所述机组组合配置模型是否符合预设优化标准，若否，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对所述机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述机组组合配置模型、所述机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据；

根据所述机组组合运行数据和所述评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率；

根据各项评价指标的变化率，确定影响所述机组组合配置的敏感指标；

建立预设时间段内所述敏感指标的变化趋势模型，根据所述变化趋势模型对所述机组组合配置模型进行优化。

5.电力系统机组组合配置装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取机组组合配置数据，所述机组组合配置数据包括负荷数据、电源数据、电网数据、备用机组特性数据和机组组合的运行特性数据；

第二获取模块，用于获取机组组合配置的约束条件，所述约束条件包括机组的启停特性约束、经济性约束、机组的出力约束、爬坡约束和电网安全约束；

第一建立模块，用于根据所述机组组合配置数据和所述机组组合配置的约束条件建立机组组合配置模型；

配置模块，用于根据所述机组组合配置模型配置电力系统中的机组；其中，所述第一获取模块包括：第一获取单元，用于获预设时间段内的峰、平、谷时段的预测负荷特性数据、预测负荷特性数据的误差值、可中断负荷特性数据和电力负荷基准值，组成负荷数据；第二获取单元，用于获取机组组合的最大出力、额定出力和最小出力，各个类型机组的装机比例、系统装机容量和系统装机容量基准值，组成电源数据；第三获取单元，用于获取网路节点导纳矩阵、线路容量标幺值、线路容量扩大系数和线路容量基准值，组成电网数据；第四获取单元，用于根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组类型、型号、单机容量、机组的启停时间、启停所需的能量和备用机组特性数据，组成机组组合运行特性数据。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一建立模块包括：

第一确定单元，用于根据所述负荷数据、所述电源数据和所述电网数据确定机组组合的决策变量；

第二确定单元，用于根据所述决策变量和所述机组组合的运行特性数据确定所述决策变量的运行特性数据；

第三确定单元，用于根据决策变量的运行特性数据、电力系统的网络结构和线路传输容量确定决策变量的约束条件；

建立单元，用于根据所述决策变量、所述决策变量的运行特性数据和所述决策变量的约束条件建立电力系统的机组组合配置模型。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一确定模块，用于根据所述机组组合配置模型确定机组组合评价指标；

第二建立模块，用于根据所述机组组合评价指标和预设评价标准建立机组组合评价指标体系；

检测模块，用于根据所述机组组合评价指标体系，检测所述机组组合配置模型是否符合预设优化标准；

第一优化模块，用于在所述检测模块检测所述机组组合配置模型不符合预设优化标准时，通过公式(1)所示的优化函数和公式(2)所示的优化约束条件对所述机组组合配置模型进行优化；

Min F＝minf(x)-----------(1)

其中，在公式(1)和(2)中，在调度方式为计划管理的模式下，F为系统总运行成本；在发电侧竞价上网的市场模式下，F为总购电费用；x为机组组合中的决策变量，f(x)为机组组合配置模型；h(x)为系统功率平衡约束，g(x)为爬坡率约束、机组出力上下限约束、机组最小启停时间约束、系统备用约束和网络传输约束。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第三获取模块，用于根据所述机组组合配置模型、所述机组组合评价指标体系和预设指标数据配置机组，按照预设运行条件运行配置后的机组组合，得到机组组合运行数据；

判断模块，用于根据所述机组组合运行数据和所述评价指标体系包括的各项评价指标基准值，判断各项评价指标的变化率；

第二确定模块，用于根据各项评价指标的变化率，确定影响所述机组组合配置的敏感指标；

第三建立模块，用于建立预设时间段内所述敏感指标的变化趋势模型，根据所述变化趋势模型对所述机组组合配置模型进行优化。