CN106786570B - 一种含风电电力系统区间经济调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种含风电电力系统区间经济调度方法，包括以下步骤：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、系统负荷和风电功率的波动区间；根据系统支路电抗和节点支路关联关系，形成系统节点注入转移因子阵；结合发电机节点、负荷节点以及风电场节点位置情况，形成系统功率转移分布因子矩阵；给定系统频率偏差上下限值，将风电、负荷等不确定量以仿射算术形式表达；对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理，并进行约束缩减，然后采用双线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的常规发电机组各时段功率基点和参与因子。本发明对电力系统调频辅助服务定价起到指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体地说是一种用于电力系统短期运行调度的一种含风电电力系统区间经济调度方法。
背景技术
新形势下，电力系统中负荷形式多元化，电力需求侧的不确定性日益增加；风电大规模地接入电网，其具有固有的时变特性以及可预测性差等特点，使得发电侧的不确定性日渐突出，电力系统运行面临着发电侧和负荷侧不确定性增加的挑战。
专利号为ZL201210371334.0、专利名为“基于风电出力不确定性集合的电力系统调度方法”的中国专利，给出了一种基于风电出力不确定性集合的电力系统调度方法，通过计算风电出力不确定性的时间预计值和空间预计值构建风电处理的不确定性集合，并根据鲁棒调度方法给出各个常规机组的调度功率，但其并无涉及应对风电不确定性的系统备用响应机制，调度结果在实际执行过程中的有效性难以保证。专利号为ZL201410134744.2、专利名为“一种基于有效静态安全域的AGC机组实时调度方法”的中国专利，公开了一种基于有效静态安全域的自动发电控制机组实时调度方法，基于静态安全域分析构建了分别以系统平抑扰动能力最大化和以系统发电成本与备用成本最小化为优先级目标的实时调度模型，能够在保证不确定性下电网运行安全性前提下一定程度上提升电网运行的经济性，但该发明仅是针对单时段的静态调度，不确定性下实时调度的核心在于如何应对事变波动性问题，即适应机组调节的速率问题，其并没有涉及，因而具有一定的局限性。专利号为ZL201410133274.8、专利名为“一种考虑电力系统协同能力的经济调度方法”的中国专利，公开了一种考虑电力系统协同能力的经济调度方法，其基于电力系统运行中允许频率在一定范围内变动等前提条件，围绕频率变动给出了机组调度功率和备用容量关联的策略，有利于促进不确定性的消纳，但其并无考虑不确定性下系统备用响应机制以及电网安全约束，调度结果难以保证实际可行性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含风电电力系统区间经济调度方法，根据风电、负荷功率的波动情况，结合系统自动的频率调节以及常规发电机组的二次备用响应机制，实现调度与控制的有机衔接，适应于含大规模风电并网的电力系统经济调度。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种含风电电力系统区间经济调度方法，包括以下步骤：
(1)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、系统负荷和风电功率的波动区间参数；
(2)根据系统支路电抗和节点支路关联关系，形成系统节点注入转移因子阵；
(3)考虑系统对不确定性的响应机制，并结合发电机节点、负荷节点以及风电场节点位置情况，形成发电机组参与因子引导下的系统功率转移分布因子矩阵；
(4)给定系统频率偏差上下限值，将风电、负荷等不确定量以仿射算术形式表达，进行优化模型的构建，优化模型以系统发电成本和备用成本之和最小为目标并包括多个约束；
(5)对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理，并进行约束缩减，然后采用双线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的常规发电机组各时段功率基点和参与因子。
进一步地，所述节点注入转移因子阵表达式为：
ψ＝BLA(ATBLA)-1
其中，BL为支路电纳对角阵，A为节点-支路关联矩阵，上标“T”标记矩阵的转置；注入转移因子阵ψ中元素ψl,i表示支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子。
进一步地，所述发电机组参与因子引导下的系统功率转移分布因子表达式为：
其中，NB为节点集合；NG,j表示节点j上的常规发电机集合；表示实际中在发电机组参与因子引导下支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子；βg为常规发电机组g参与因子。
进一步地，所述将风电、负荷等不确定量以仿射算术形式表达，是指将其表示成期望值和波动范围的形式：
其中，和ΔPd分别为负荷d功率预测期望值和不确定性区间宽度；和ΔPw分别为风电场w预测功率期望值和不确定性区间宽度；NW和ND分别为风电场集合、负荷集合。
进一步地，所述优化模型中目标函数表达式为：
其中，NT为时段集合；为常规机组g在时段t输出功率基点；Cg(·)为机组g的发电成本二次特性函数，表达式为其中ag、bg和cg为成本系数；和分别为机组g在时段t上调、下调二次调节备用容量，为其成本特性函数，表达式为 为机组g二次调节备用容量成本系数。
进一步地，优化模型中多个约束具体包括以下八个约束：
1)输出功率基点的潮流约束
其中，为时段t基点运行模式下的支路l的传输功率；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NW,i和ND,i分别表示节点i上的风电场集合和负荷集合；
2)电力系统旋转备用范围约束
其中，和分别为时段t系统运行时频率变化的向上、向下偏移量；式表示最大向上旋转备用应不小于负荷与风电的最大向上波动量；式表示最大向下旋转备用应不小于负荷与风电的最大向下波动量；表示系统的一次频率效应特性系数，其表达式为
其中，表示常规发电机组g的一次频率响应特性系数；表示负荷d在时段t的一次频率响应特性系数；
3)常规发电机组参与因子范围约束：
其中，为常规发电机组g在时段t的二次备用响应参与因子；
4)常规发电机组备用范围约束：
5)常规发电机组有功功率范围约束：
其中，和分别为常规发电机组g有功功率上下限；
6)常规发电机组功率爬坡约束：
其中，rg为机组输出功率最大调整速率，Δτ为时段长度；表示初始时段发电机组g的输出有功功率；
7)电网功率传输安全约束
其中：
其中，Pl max为输电支路l的最大传输容量；为t时段支路l上传输功率对节点i注入功率波动的灵敏度因子，表示时段t支路l上传输功率对系统频率变化的灵敏度因子；
8)系统频率允许范围约束
其中，Δfmin和Δfmax分别为系统运行允许的最小、最大频率偏差。
进一步地，所述对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理是指引入辅助变量和将电网功率传输安全约束转换为以下形式：
进一步地，所述约束缩减的方法是指根据运行经验缩减待考查的支路数，或者是通过查找功率传输分布因子符号独立于常规发电机组参与因子的情况。
本发明的有益效果是：(1)本发明可用于电力系统短期运行调度的常规发电机组基点和参与因子的联合决策，本发明与传统的调度方法相比，能够增大对节点注入风电、负荷等注入不确定性的消纳，提高系统运行的经济性；(2)本发明还对电力系统调频辅助服务定价起到指导作用。
附图说明
图1为本发明的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种含风电电力系统区间经济调度方法，包括如下五个步骤：
(1)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、风电功率的波动区间参数；
(2)根据系统支路电抗和节点支路关联关系，形成系统节点注入转移因子阵，节点注入转移因子阵表达式为
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (1)
其中，BL为支路电纳对角阵，A为节点-支路关联矩阵，上标“T”标记矩阵的转置，注入转移因子阵ψ中元素ψl,i表示支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子；
(3)考虑系统对不确定性的响应机制，并结合发电机节点、负荷节点以及风电场节点位置情况，形成发电机组参与因子引导下的系统功率转移分布因子矩阵，其表达式为：
其中，NB为节点集合；NG,j表示节点j上的常规发电机集合；表示实际中在发电机组参与因子引导下支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子；βg为常规发电机组g参与因子；
(4)给定系统频率偏差上下限值，将风电、负荷等不确定量以仿射算术形式表达，进行优化模型的构建，优化模型以系统发电成本和备用成本之和最小为目标并包括多个约束；
将风电、负荷等不确定量以仿射算术形式表达，是指将其表示成期望值和波动范围的形式：
其中，和ΔPd分别为负荷d功率预测期望值和不确定性区间宽度；和ΔPw分别为风电场w预测功率期望值和不确定性区间宽度；NW和ND分别为风电场集合、负荷集合；
优化模型中目标函数表达式为：
其中，NT为时段集合；为常规机组g在时段t输出功率基点；Cg(·)为机组g的发电成本二次特性函数，表达式为其中ag、bg和cg为成本系数；和分别为机组g在时段t上调、下调二次调节备用容量，为其成本特性函数，表达式为 为机组g二次调节备用容量成本系数；
优化模型中具体包括以下八个约束：
1)输出功率基点的潮流约束
其中，为时段t基点运行模式下的支路l的传输功率；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NW,i和ND,i分别表示节点i上的风电场集合和负荷集合；
2)电力系统旋转备用范围约束
其中，和分别为时段t系统运行时频率变化的向上、向下偏移量；式(7)表示最大向上旋转备用应不小于负荷与风电的最大向上波动量；式(8)表示最大向下旋转备用应不小于负荷与风电的最大向下波动量；表示系统的一次频率效应特性系数，其表达式为
其中，表示常规发电机组g的一次频率响应特性系数；表示负荷d在时段t的一次频率响应特性系数；
3)常规发电机组参与因子范围约束：
其中，为常规发电机组g在时段t的二次备用响应参与因子；
4)常规发电机组备用范围约束：
5)常规发电机组有功功率范围约束：
其中，和分别为常规发电机组g有功功率上下限；
6)常规发电机组功率爬坡约束：
其中，rg为机组输出功率最大调整速率，Δτ为时段长度；表示初始时段发电机组g的输出有功功率；
7)电网功率传输安全约束
其中：
其中，Pl max为输电支路l的最大传输容量；为t时段支路l上传输功率对节点i注入功率波动的灵敏度因子，表示时段t支路l上传输功率对系统频率变化的灵敏度因子；
8)系统频率允许范围约束
其中，Δfmin和Δfmax分别为系统运行允许的最小、最大频率偏差；
所述步骤(5)中，对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理是指引入辅助变量和将电网功率传输安全约束转换为以下形式：
约束缩减的方法是指根据运行经验缩减待考查的支路数，或者是通过查找功率传输分布因子符号独立于常规发电机组参与因子的情况。
本发明公开了一种含风电电力系统区间经济调度方法，既考虑风电、负荷功率的波动情况，又能考虑系统自动的频率调节以及常规发电机组的二次备用响应机制，将系统运行时允许的频率波动范围纳入电网经济调度，在保证不确定性下电网安全约束前提下决策常规发电机组基点功率和参与因子，实现调度与控制的有机衔接。本发明可用于电力系统短期运行调度的常规发电机组基点功率和参与因子的联合决策，本发明与传统的调度方法相比，能够在保证电网运行安全的前提下增强对节点注入风电、负荷等注入不确定性的消纳，提高电力系统运行的经济效益。本发明为含风电的电力系统优化调度的智能化、精益化发展提供技术支撑。
Claims (7)
1.一种含风电电力系统区间经济调度方法，包括以下步骤：
(1)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、系统负荷和风电功率的波动区间参数；
(2)根据系统支路电抗和节点支路关联关系，形成系统节点注入转移因子阵；
(3)考虑系统对不确定性的响应机制，并结合发电机节点、负荷节点以及风电场节点位置情况，形成发电机组参与因子引导下的系统功率转移分布因子矩阵；
(4)给定系统频率偏差上下限值，将风电、负荷以仿射算术形式表达，进行优化模型的构建，优化模型以系统发电成本和备用成本之和最小为目标并包括多个约束；
(5)对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理，并进行约束缩减，然后采用双线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的常规发电机组各时段功率基点和参与因子；
所述优化模型中多个约束具体包括以下八个约束：
1)输出功率基点的潮流约束
其中，为时段t基点运行模式下的支路l的传输功率；为常规机组g在时段t输出功率基点；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NG，i表示节点i上的常规发电机集合；NW,i和ND,i分别表示节点i上的风电场集合和负荷集合；
2)电力系统旋转备用范围约束
其中，和分别为机组g在时段t上调、下调二次调节备用容量，和分别为时段t负荷与风电的最大波动量，和分别为时段t系统运行时频率变化的向上、向下偏移量；式表示最大向上旋转备用应不小于负荷与风电的最大向上波动量；式表示最大向下旋转备用应不小于负荷与风电的最大向下波动量；表示系统的一次频率效应特性系数，其表达式为
其中，表示常规发电机组g的一次频率响应特性系数；表示负荷d在时段t的一次频率响应特性系数；
3)常规发电机组参与因子范围约束：
其中，为常规发电机组g在时段t的二次备用响应参与因子；
4)常规发电机组备用范围约束：
5)常规发电机组有功功率范围约束：
其中，和分别为常规发电机组g有功功率上下限；
6)常规发电机组功率爬坡约束：
其中，rg为机组输出功率最大调整速率，Δτ为时段长度；表示初始时段发电机组g的输出有功功率；
7)电网功率传输安全约束
其中：
其中，Pl max为输电支路l的最大传输容量；为以仿射算术形式表达的t时段支路l上的传输功率；为t时段支路l上传输功率对节点i注入功率波动的灵敏度因子，表示时段t支路l上传输功率对系统频率变化的灵敏度因子；
8)系统频率允许范围约束
其中，Δfmin和Δfmax分别为系统运行允许的最小、最大频率偏差。
2.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述节点注入转移因子阵表达式为：
ψ＝BLA(ATBLA)-1
其中，BL为支路电纳对角阵，A为节点-支路关联矩阵，上标“T”标记矩阵的转置；注入转移因子阵ψ中元素ψl,i表示支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子。
3.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述发电机组参与因子引导下的系统功率转移分布因子表达式为：
其中，NB为节点集合；NG,j表示节点j上的常规发电机集合；表示实际中在发电机组参与因子引导下支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子；βg为常规发电机组g参与因子；ψl,i表示支路l传输功率对节点i注入功率的灵敏度因子，ψl,j表示支路l传输功率对节点j注入功率的灵敏度因子。
4.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述将风电、负荷以仿射算术形式表达，是指将其表示成期望值和波动范围的形式：
其中，和ΔPd分别为负荷d功率预测期望值和不确定性区间宽度；和ΔPw分别为风电场w预测功率期望值和不确定性区间宽度；NW和ND分别为风电场集合、负荷集合。
5.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述优化模型中目标函数表达式为：
其中，NT为时段集合；为常规机组g在时段t输出功率基点；Cg(·)为机组g的发电成本二次特性函数，表达式为其中ag、bg和cg为成本系数；和分别为机组g在时段t上调、下调二次调节备用容量，为其成本特性函数，表达式为 为机组g二次调节备用容量成本系数。
6.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述对优化模型中仿射区间形式的潮流约束进行处理是指引入辅助变量和将电网功率传输安全约束转换为以下形式：
其中，NB为节点集合；NW,i和ND,i分别表示节点i上的风电场集合和负荷集合。
7.根据权利要求1所述的一种含风电电力系统区间经济调度方法，其特征是，所述约束缩减的方法是指根据运行经验缩减待考查的支路数，或者是通过查找功率传输分布因子符号独立于常规发电机组参与因子的情况。
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| 电力系统运行协同的区间有功优化潮流;孙东磊等;《电力自动化设备》;20160131;第36卷(第1期);98-103 |
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