CN106684932B - 一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法，它包括如下步骤：1)电网拆分；2)各分区电网计算初始化，给定各决策变量初始值，给定电压相角上下限值，设定最大允许开断输电支路个数，构建优化模型；3)各分区电网并行地进行考虑电网结构调整的经济调度；4)协调中心单元根据各分区电网计算的局部变量进行对全局变量为决策量的全局优化，更新联络线功率、边界节点相角；5)根据步骤3)决策的局部变量数值以及步骤4)决策的全局变量数值，并行地更新各区域电网的局部对偶变量；6)判断是否满足收敛条件；7)判断是否达到最大迭代次数；8)给出最优的互联电网调度方案。

Description

一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体地说是一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法。

背景技术

发电与用电在时域、地域上产生差异，同时又考虑资源互补、安全可靠的前提下，诞生了互联电网。多区域互联电网的经济调度能够实现规模经济效益和频率、电压等支撑能力互补合作，实现更大范围的资源优化配置。一直以来，在电力系统经济调度中，都是在电网结构不变下研究发电与负荷平衡的决策问题。与交通网络、计算机网络等相似，电网运行中也存在布雷斯悖论现象，即一个输配电元件从系统中缺省反而产生一个更优的系统状态。因此，固定电网结构将导致调度决策解的保守性。新形势下，随着主动可调节的化石能源发电逐步让位于不可控的风电等可再生能源发电以及常规负荷也呈现形式多元化发展，发电与负荷在时间、地域上的实时平衡面临考验，电网构架出现与发电符合平衡不相适应的输电阻塞问题，该问题仅靠改变发电方式已难以抑制。为有效缓解这一矛盾，在经济调度决策中有效计及电网拓扑优化势在必行，特别是在互联电网联网调度中可进一步提升规模经济效益。

专利号为CN201010581931.7的中国专利：“基于状态空间分割法的大型互联电网旋转备用风险评估”，公开了一种基于状态空间分割法的大型互联电网旋转备用风险评估方法，以状态空间分割法选择系统状态，以基于线性规划的负荷削减技术分析系统状态，较好地解决了旋转备用风险评估中面临的系统规模巨大和区域联络线传输容量约束的问题，实现了大型互联电网旋转备用风险指标的快速、精确计算。专利号为CN201310124597.6的中国专利：“一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法”，公开了一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法，通过计算各区域电网承担的平均功率和联络线功率以及协议电量计划功率，最终获得满足调峰需求的总联络线计划出力，实现了充分利用联络线上的水电调峰能力，提高区域互联电网电力资源优化配置能力。专利申请号为201510617577.1的中国专利：“基于潮流、灵敏度及约束一致性等值的互联电网最优潮流计算方法”，公开了一种基于潮流、灵敏度及约束一致性等值的互联电网最优潮流计算方法，采用优化潮流方法计算外网边界节点及边界截面的可用容量，基于等值前后可用容量一致性推导等值约束条件，有效提高等值约束计算的准确性。以上专利所述互联电网经济调度均为各区域电网网架结构不变的条件下发电跟踪负荷的经济决策，而实际上现代智能电网拓扑具有灵活可控特性，具有一定的优化空间，调度决策中忽略这一特点势必会造成调度决策的保守性，不利于实现互联电网经济效益最大化，特别是在新形势下发电和负荷平衡与电网间矛盾日益突出，输电阻塞问题时常发生，在此背景下若仍沿用传统的固定电网结构下的调度决策方法，无调度可行解的情况在所难免。专利申请号为201510213805.9的中国专利：“一种计及电网拓扑优化的电力系统经济调度方法”，给出了计及电网拓扑优化的电力系统经济调度方法，该方法实现发电机组有功功率和电网元件运行状态的联合决策，有利于挖掘提升调度经济效益的潜在因素，但其是在孤立电网中实现的，并无涉及互联电网的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法，用于在各区域电网调度中心和互联电网协调中心对互联电网进行联网经济调度的分解协调计算，超前决策各区域电网中发电机组有功出力和电网输电元件状态，从而对发电机组和电网拓扑进行预先安排，以在更大系统范围内提升互联电网发电负荷功率平衡能力，为互联电力系统以及能源互联网调度的智能化、精益化发展提供技术支撑。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法，其特征是，它包括如下步骤：

1)电网拆分，以N标记互联电网各子系统个数，区域电网数据的读入与预处理，即给定常规发电机组成本系数及出力上下限，输电支路电抗值及最大传输容量，系统负荷功率，可再生能源发电功率计算参数；

2)各分区电网计算初始化，给定各决策变量初始值，给定电压相角上下限值，设定最大允许开断输电支路个数，构建优化模型；

3)各分区电网并行地进行考虑电网结构调整的经济调度，更新局部变量；

4)协调中心单元根据各分区电网计算的局部变量进行对全局变量为决策量的全局优化，更新联络线功率、边界节点相角；

5)根据步骤3)决策的局部变量数值以及步骤4)决策的全局变量数值，并行地更新各区域电网的局部对偶变量；

6)判断是否满足收敛条件，若否，继续至步骤7)，否则转至步骤8)；

7)判断是否达到最大迭代次数，若是，继续至步骤8)，否则转至步骤3)；

8)给出最优的互联电网调度方案，即给出区域电网中发电机组有功功率和电网输电元件运行状态以及联络线传输有功功率。

本发明的有益效果是：本发明可用于互联电力系统短期运行调度的发电功率和电网结构的联合决策，其考虑电网拓扑调整以缓解区域电网内的输电阻塞，可在更大范围内实现资源优化配置，以提高互联电网的规模经济效益，从而为互联电网调度的智能化发展提供技术支撑；

本发明还可用于大规模系统中考虑电网结构调整的经济调度的分布式计算，将大系统基于不可控支路或基于一定规则进行分区，然后基于区域划分实现调度决策的分布式并行分解协调计算以提高大规模系统应用求解的计算效率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为电网分区示意图之一；

图3为电网分区示意图之二；

具体实施方式

如图1所示，一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法，其具体包括如下步骤：

1)电网拆分，以N标记互联电网各子系统个数，区域电网数据的读入与预处理，即给定常规发电机组成本系数及出力上下限，输电支路电抗值及最大传输容量，系统负荷功率，可再生能源发电功率计算参数；

2)各分区电网计算初始化，给定各决策变量初始值，给定电压相角上下限值，设定最大允许开断输电支路个数，构建优化模型；

3)各分区电网并行地进行考虑电网结构调整的经济调度，更新局部变量；

4)协调中心单元根据各分区电网计算的局部变量进行对全局变量为决策量的全局优化，更新联络线功率、边界节点相角；

5)根据步骤3)决策的局部变量数值以及步骤4)决策的全局变量数值，并行地更新各区域电网的局部对偶变量；

6)判断是否满足收敛条件，若否，继续至步骤7)，否则转至步骤8)；

7)判断是否达到最大迭代次数，若是，继续至步骤8)，否则转至步骤3)；

8)给出最优的互联电网调度方案，即给出区域电网中发电机组有功功率和电网输电元件运行状态以及联络线传输有功功率。

如图2所示的某实际互联电网接线示意图，首先进行电网拆分，如图3所示，然后构建优化模型，优化模型中目标为：

其中，上标A标记区域A中的局部变量或参数；为区域A中常规发电机组集合；为常规机组g输出有功功率，C_g()为常规机组g发电成本特性函数。

优化模型中包括以下六个约束：

1)常规发电机组有功功率范围约束：

其中，和分别为区域A中常规发电机组g有功功率的上下限。

2)电网安全范围约束

其中，为区域A中支路集合；为非常大的常数，表示区域A中支路l的电纳；表示区域A中支路l的传输容量上限；表示区域A中支路l的运行状态，其为二进制变量，表示区域A中支路l停运，表示支路运行；表示区域A中支路l的有功功率，其首、末端节点分别为节点i、j，和分别为其电压相角；为区域A中允许的最大开断输电元件数。

3)节点功率平衡约束：

其中，为区域A中节点集合；和分别为区域A中节点i上的常规发电机组集合和负荷集合；和分别为区域A中以节点i为首、末端节点的输电支路集合；需说明的是，模型中将可再生能源发电归入负荷集合，即将风电等不可调度的可再生能源发电功率当作“负的负荷”。

4)电压相角范围约束：

式(9)为提高计算效率而添加的电压相角范围约束，因为实际上参考电压相角为0时，系统电压相角通常在[-π/4,π/4]范围内，由此引入式(9)可一定程度上缩小问题寻优范围，从而提高计算效率。

5)联络线约束：

其中，Δ^A表示区域A的相邻区域集合；Γ^A,B表示连接区域A和区域B的联络线结合，(i,j)∈Γ^A,B表示连接区域A和区域B的联络线首末节点分别为区域A的节点i和区域B的节点j。和P_ij分别为联络线功率在A区域中计算的局部变量形式和全局变量形式。和θ_ij分别为联络线功率在A区域中计算的局部变量形式和全局变量形式。

6)参考节点电压相角约束：

θ_n＝0 (12)

其中，n为互联电网电压参考节点节点号。

互联电网经济调度的分解协调求解方法，具体如下：

首先构建所提模型的增广拉格朗日函数形式，即目标函数为

其中，表示区域A的局部增广拉格朗日函数形式，分别表示式(10)和式(11)的拉格朗日乘子。约束条件包括式(2)～式(9)。

然后给出其基于交替方向乘子法迭代求解的高斯-赛德尔形式，具体如下：

1)并行地更新各区域的局部原变量，即

2)更新以联络线功率，边界节点相角等全局变量，即

3)并行地更新各区域的局部对偶变量，即

4)判断是否满足收敛标准，即

其中，ε为设定的收敛精度；P_k和d_k分别表示为：

Claims (1)

1.一种考虑电网结构调整的互联电网经济调度方法，其特征是，它包括如下步骤：

1)电网拆分，以N标记互联电网各子系统个数，区域电网数据的读入与预处理，即给定常规发电机组成本系数及出力上下限，输电支路电抗值及最大传输容量，系统负荷功率，可再生能源发电功率计算参数；

2)各分区电网计算初始化，给定各决策变量初始值，给定电压相角上下限值，设定最大允许开断输电支路个数，构建优化模型，所述优化模型的增广拉格朗日函数形式，即目标函数为

其中，表示区域A的局部增广拉格朗日函数形式，表示拉格朗日乘子；

3)各分区电网并行地进行考虑电网结构调整的经济调度，更新局部变量，即

4)协调中心单元根据各分区电网计算的局部变量进行对全局变量为决策量的全局优化，更新联络线功率、边界节点相角，即

5)根据步骤3)决策的局部变量数值以及步骤4)决策的全局变量数值，并行地更新各区域电网的局部对偶变量，即

6)判断是否满足收敛条件，若否，继续至步骤7)，否则转至步骤8)；

7)判断是否达到最大迭代次数，若是，继续至步骤8)，否则转至步骤3)；

8)给出最优的互联电网调度方案，即给出区域电网中发电机组有功功率和电网输电元件运行状态以及联络线传输有功功率。