CN106920012A - 一种含潮流控制设备的参考电网评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，它包括以下步骤：给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选输电支路方案；对移相器和可控串联补偿装置的潮流控制方式进行建模；进行含潮流控制设备的参考电网优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之和为目标并包括多个约束；对优化模型进行简化处理，如果系统中仅含移相器一种潮流控制设备。本发明可用于含潮流控制设备的现状电网在前瞻时间尺度内负荷水平下的适应性评估，明确现状电网薄弱环节，明确投资重点，是实现电网科学精准投资的重要手段。
Description
技术领域
本发明涉及电网评价技术领域，具体地说是一种含潮流控制设备的参考电网评价方法。
背景技术
电网作为源荷间的传输载体，承担着转换的功能，这一功能对源荷间安全、可靠的平衡尤为重要。随着电网中源荷时空分布日趋不均衡，电网发展也将不均衡，如何看待电网发展对源荷平衡的适应性以及如何使电网规划适应源荷平衡的发展，无疑是一个十分重要的问题。在电力电子技术的基础上发展起来的柔性交流输电技术能够实现提高电网的输送能力、实现电网运行的可控性。作为电力系统稳态潮流控制的重要手段，移相器和可控串联补偿装置在电力系统中得到越来越广泛的应用。含有移相器和可控串联补偿装置等潮流控制的电网在发电与负荷平衡过程中起着重要的支撑作用。该平衡的能力和裕度与电网特性有关。如何对其进行评价和量化以指导电网规划具有重要意义。
参考电网提供了一套能够对现状电网或规划电网进行客观评估的标准。通过对参考网络的最优投资成本和最优阻塞成本进行量化，可将其与现状电网的投资和阻塞成本进行比较。参考网络是实现电网科学精准投资的重要手段，其不限于对某一条或多条新建线路进行优化，它的优化目标是整个输电系统，包括全部新建线路和已有线路，为电网资源的科学合理配置提供辅助决策支撑。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，能够考虑现状电网实际情况，又能考虑移相器和可控串联补偿装置等潮流控制设备运行方式优化以及事故情况下的电网校正控制情况，提高规划决策的精准性，避免冗余投资，适应于电网发展专业规划决策。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，它包括以下步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选输电支路方案；
(2)对移相器和可控串联补偿装置的潮流控制方式进行建模；
(3)进行含潮流控制设备的参考电网优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之和为目标并包括多个约束；
(4)对优化模型进行简化处理，如果系统中仅含移相器一种潮流控制设备，则由补偿法构建移相器注入形式的潮流模型，并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，进行优化模型变量缩减处理以提高计算效率；如果系统中含可控串联补偿装置，则将优化模型中的非线性约束进行处理，将其转换为线性规划模型，并采用线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
进一步地，所述步骤(2)中，移相器的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为移相器支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为移相器支路l电纳；θi为节点i电压相角；为移相器控制的支路l的相角偏移量，和分别为其上下限；NPS表示移相器支路集合。
进一步地，所述步骤(2)中，可控串联补偿装置的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为含可控串联补偿装置的支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为含可控串联补偿装置的支路l电纳；θi为节点i电压相角；αl为可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数，和分别为其上下限；NTC表示含可控串联补偿装置的支路集合。
进一步地，所述步骤(3)中，含潮流控制设备的参考电网优化模型中目标函数表达式为：
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；为现状电网支路容量值；Tl为线路l待决策的传输容量，
进一步地，所述步骤(3)中，优化模型中多个约束具体包括以下七类约束：
1)节点功率平衡约束
其中，NB为节点集合；为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；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和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合。
2)发电机组有功功率上下限约束
其中，和分别为发电机组g有功功率上下限。
3)输电支路传输容量约束
其中，NTL为常规输电支路集合，NL为所有输电支路集合，即NL＝{NTL∪NPS∪NTC}；Bl为输电支路l电纳；为负荷时段t节点i电压相角；为负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数。
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
NS为预想事件集合；上标(s)标记事故运行状态s，下同。
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率。
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角；为预想事故s下负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为预想事故s下负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数。
进一步地，式(1)～式(10)即构成了含潮流控制设备的参考电网评价模型，其在数学上为非线性优化模型，具有较大的求解复杂度。对此，所述步骤(4)中由补偿法构建移相器注入形式的潮流模型的处理方式如附图所示，将式(9)和式(10)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(18)和式(19)转换为以下表达形式：
进一步地，所述步骤(4)中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，其表达式为：
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (30)
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，所述步骤(4)中进行优化模型变量缩减处理是指借助节点注入转移因子阵，将支路功率表示成关于节点注入功率的线性函数，即：
PL＝ψPI (31)
式中，PL表示支路有功功率向量，PI表示节点注入有功功率向量。由此通过消去节点电压相角变量以提高计算效率。
进一步地，所述步骤(4)中当系统中含可控串联补偿装置，则将优化模型中的非线性约束进行处理是指将式(11)和式(12)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(20)和式(21)转换为以下表达形式：
本发明的有益效果为：
(1)本发明可用于含潮流控制设备的现状电网在前瞻时间尺度内负荷水平下的适应性评估，明确现状电网薄弱环节，明确投资重点，是实现电网科学精准投资的重要手段；
(2)能够考虑现状电网实际情况，又能考虑移相器和可控串联补偿装置等潮流控制设备运行方式优化以及事故情况下的电网校正控制情况，将其用于电网规划方案优选，提高规划决策的精准性，避免冗余投资，实现电网发展专业精益化管理。
(3)本发明还可用于含移相器和可控串联补偿装置等潮流控制设备的现状电网可用输电能力评估。
附图说明
图1为本发明的流程图。
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，一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其具体包括如下四个步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选支路方案；
(2)对移相器和可控串联补偿装置的潮流控制方式进行建模；
移相器的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为移相器支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为移相器支路l电纳；θi为节点i电压相角；为移相器控制的支路l的相角偏移量，和分别为其上下限；NPS表示移相器支路集合。
可控串联补偿装置的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为含可控串联补偿装置的支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为含可控串联补偿装置的支路l电纳；θi为节点i电压相角；αl为可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数，和分别为其上下限；NTC表示含可控串联补偿装置的支路集合。
(3)进行含潮流控制设备的参考电网优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之为目标并包括多个约束；
含潮流控制设备的参考电网优化模型中目标函数表达式为：
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；为现状电网支路容量值；Tl为线路l待决策的传输容量，
所述步骤(3)中，优化模型包括以下七类约束：
1)节点功率平衡约束
其中，NB为节点集合；为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；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和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合。
2)发电机组有功功率上下限约束
其中，和分别为发电机组g有功功率上下限。
3)输电支路传输容量约束
其中，NTL为常规输电支路集合，NL为所有输电支路集合，即NL＝{NTL∪NPT∪NTC}；Bl为输电支路l电纳；为负荷时段t节点i电压相角；为负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数。
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
NS为预想事件集合；上标(s)标记事故运行状态s，下同。
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率。
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角；为预想事故s下负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为预想事故s下负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数。
(4)对优化模型进行简化处理，将其转换为线性规划模型，并采用线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
如果系统中仅含移相器一种潮流控制设备，由补偿法构建移相器注入形式的潮流模型的处理方式如附图所示，将式(9)和式(10)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(18)和式(19)转换为以下表达形式：
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，其表达式为：
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (30)
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。
然后借助节点注入转移因子阵，将支路功率表示成关于节点注入功率的线性函数，即：
PL＝ψPI (31)
式中，PL表示支路有功功率向量，PI表示节点注入有功功率向量。由此通过消去节点电压相角变量进行优化模型变量缩减处理以提高计算效率。
当系统中含可控串联补偿装置，则将优化模型中的非线性约束进行处理，即将式(11)和式(12)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(20)和式(21)转换为以下表达形式：
Claims (9)
1.一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，它包括以下步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选输电支路方案；
(2)对移相器和可控串联补偿装置的潮流控制方式进行建模；
(3)进行含潮流控制设备的参考电网优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之和为目标并包括多个约束；
(4)对优化模型进行简化处理，如果系统中仅含移相器一种潮流控制设备，则由补偿法构建移相器注入形式的潮流模型，并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，进行优化模型变量缩减处理以提高计算效率；如果系统中含可控串联补偿装置，则将优化模型中的非线性约束进行处理，将其转换为线性规划模型，并采用线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
2.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(2)中，移相器的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为移相器支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为移相器支路l电纳；θi为节点i电压相角；为移相器控制的支路l的相角偏移量，和分别为其上下限；NPS表示移相器支路集合。
3.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(2)中，可控串联补偿装置的潮流控制方式可表示为：
式中，Pl,ij为含可控串联补偿装置的支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；Bl为含可控串联补偿装置的支路l电纳；θi为节点i电压相角；αl为可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数，和分别为其上下限；NTC表示含可控串联补偿装置的支路集合。
4.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(3)中，含潮流控制设备的参考电网优化模型中目标函数表达式为：
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；为现状电网支路容量值；Tl为线路l待决策的传输容量，
5.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(3)中，优化模型中多个约束具体包括以下七类约束：
1)节点功率平衡约束
其中，NB为节点集合；为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；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和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合；
2)发电机组有功功率上下限约束
其中，和分别为发电机组g有功功率上下限；
3)输电支路传输容量约束
其中，NTL为常规输电支路集合，NL为所有输电支路集合，即NL＝{NTL∪NPS∪NTC}；Bl为输电支路l电纳；为负荷时段t节点i电压相角；为负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数；
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
NS为预想事件集合；上标(s)标记事故运行状态s，下同；
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率；
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
其中，为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角；为预想事故s下负荷时段t移相器控制的支路l的相角偏移量；为预想事故s下负荷时段t可控串联补偿装置控制的支路l的电纳变化比例系数。
6.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(4)中由补偿法构建移相器注入形式的潮流模型的处理方式，将式(9)和式(10)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(18)和式(19)转换为以下表达形式：
。
7.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(4)中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，其表达式为：
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (30)
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。
8.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(4)中进行优化模型变量缩减处理是指借助节点注入转移因子阵，将支路功率表示成关于节点注入功率的线性函数，即：
PL＝ψPI (31)
式中，PL表示支路有功功率向量，PI表示节点注入有功功率向量；由此通过消去节点电压相角变量以提高计算效率。
9.根据权利要求1所述的一种含潮流控制设备的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(4)中当系统中含可控串联补偿装置，则将优化模型中的非线性约束进行处理是指将式(11)和式(12)转换为以下表达形式：
类似地，在预想事故情况下将式(20)和式(21)转换为以下表达形式：
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