CN107359649A - 一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,包括:建立基于供给曲线的输电网子优化模型,利用输电网子优化模型,得到考虑网损修正后的输电网供给曲线SCtran;建立基于需求曲线的多配电网子优化模型,利用多配电网子优化模型,得到各配电网需求曲线SCdis;建立考虑多配网接入的输配一体化优化调度算法模型,结合输电网子优化模型得到的供给曲线,以及多配电网子优化模型得到的需求曲线,通过输配网之间的相互优化迭代,得到输配一体化优化调度全局优化结果。本发明对整个系统资源进行优化配置,从而降低系统成本,提高资源可用率,提高系统运行安全性。
Description
技术领域
本发明属于输、配网优化调度技术领域,更具体地,涉及一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法。
背景技术
近年来,随着电网智能化的发展,输配电网功能将进一步融合。坚持输配电一体化管理能够在最大程度上降低运营成本、提高经营效率,同时也能够减少重复建设与资源浪费,降低整个社会的成本,并满足电能消费的合理需求。在传统的输配网调度问题中,通常将配电网等效为联络母线上的固定功率节点,在输电网侧进行优化求解。而配电网优化则通常考虑上级电网电价,对配电网内部资源进行优化。这种输配分离的优化方式,容易导致联络母线上的功率不平衡并产生不必要的电网阻塞,进而产生一系列的系统调度技术问题并增加额外的运行成本。同时,输配分离调度模式还可能导致电网资源利用不充分,无法保证调度结果在整体上的最优性。因此,实现大电网全局资源优化配置的工作仍然较为薄弱,输配网之间的一体化交互机理还需要进一步挖掘。
现阶段关于输配网的调度方法研究,大都以主网电价确定、馈线交换功率可以任意取用为基本假设,忽略了配电网运行策略对主网运行经济性和安全性的影响,也忽略了主网对配电网运行策略的限制,未考虑输配网之间的协调交互。少量研究工作对输配一体化调度方法进行了探索,但对于多配网接入情形下,同时考虑经济和安全目标的输配一体化调度策略研究还不够深入。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其目的在于将一体化优化问题分解为基于供给曲线的输电网子优化问题和基于需求曲线的多配电网子优化问题,通过子优化模型得到的“供需曲线”作为输配网交互量进行交叉迭代,以求得输配一体化调度的全局优化结果,以此解决传统输配分离优化调度时电网资源利用不充分、输配电网无交互,并由此产生的一系列系统经济、安全性问题。同时相比于单一配电网,多配电网接入时可控子系统增加,系统间各部分的协调优化更充分,可进一步优化系统成本。
为实现上述目的,本发明提供了一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,包括:
(1)建立基于供给曲线的输电网子优化模型,包括以输电网发电成本最低为目标建立输电网子优化目标函数,获得输电网子优化目标函数的约束条件包括:输电网功率平衡约束,输电网线路传输功率约束,输电网潮流约束,输电网机组出力约束;
(2)利用输电网子优化模型,求解一个调度周期T内,考虑网损修正后的每个时段各输配联络节点处的边际电价进而得到考虑网损修正后的输电网供给曲线SCtran;
(3)建立基于需求曲线的多配电网子优化模型,包括以各配电网供电成本最低为目标建立配电网子优化目标函数,获得配电网优化目标函数的约束条件包括:配电网功率平衡约束,配电网潮流约束,分布式电源出力约束,配电网支路传输功率约束,配电网节点电压约束;
(4)利用多配电网子优化模型,求解一个调度周期T内,每个时段各配电网需要从输电网购电的功率大小进而得到各配电网需求曲线SCdis;
(5)建立考虑多配网接入的输配一体化优化调度算法模型,结合输电网子优化模型得到的供给曲线,以及多配电网子优化模型得到的需求曲线,通过输配网之间的相互优化迭代,得到输配一体化优化调度全局优化结果。
进一步地,步骤(1)的具体实现方式为:
建立基于供给曲线的输电网子优化模型,包括以输电网发电成本最低为目标建立输电网子优化目标函数:其中,ftran表示输电网发电成本,Ci(Pi)表示输电网母线节点i处的发电成本,表示输电网母线节点;所述输电网功率平衡约束为其中,PGg表示输电网发电机组g的出力,Loadd表示输电网母线负荷d的功率值,Ploss,l表示输电网线路l的网损,Ntran表示输电网线路集合;所述输电网线路传输功率约束为其中,表示流经输电网线路l的功率,表示输电网线路l的最大功率限值;所述输电网潮流约束为其中,PGk和PLk分别表示发电机组和输电网负荷注入节点k的有功功率,Vk和Vj分别表示节点k和节点j的电压幅值,δkj表示支路kj两端节点的相角差,Gkj和Bkj分别表示支路kj导纳的实部和虚部,其中节点j和k均为输电网节点;所述输电网机组出力约束为其中,为输电网发电机g实际出力,和分别表示发电机g的最大和最小出力限值。
进一步地,步骤(2)中考虑网损修正后的输电网供给曲线的求解步骤具体为:
(2.1)计算输电网交流潮流,求得支路网损;
(2.2)将支路网损作为直流潮流模型中支路首端节点的固定负荷,在直流潮流模型下求解得到考虑网损修正后的时段t下节点d的节点边际电价为:其中表示直流潮流模型时段t下节点d处的节点边际电价,λ″t和μ″t分别表示直流潮流模型时段t下等式和不等式约束的拉格朗日乘子,表示时段t下节点d针对支路l的转移因子,进而得到时段t下输配网联络线节点conn处的边际电价为:
(2.3)一个调度周期T内,对于某一配电网而言,输电网供给曲线表示为若有M个配电网接入输电网,则输电网总的供给曲线可表示为:SCtran=[LMPconn1,LMPconn2,…LMPconnM],其中,表示时段1下输配网联络线节点conn处的边际电价,表示时段2下输配网联络线节点conn处的边际电价,表示时段T下输配网联络线节点conn处的边际电价,LMPconn1表示输电网侧的输配网联络节点1处的输电网供给曲线,LMPconn2表示输电网侧的输配网联络节点2处的输电网供给曲线,LMPconnM表示输电网侧的输配网联络节点M处的输电网供给曲线。
进一步地,步骤(3)的具体实现方式为:
对某一配电网而言,以配电网供电成本最小为目标的优化函数为:minfdis=min(CB+CDG+CLoss);其中fdis表示配电网供电成本,CB表示购电成本,CDG表示配电网母线节点上分布式电源的总发电成本,CLoss表示配电网线路损耗成本;建立基于需求曲线的多配电网子优化模型,以各配电网供电成本最低为目标建立配电网子优化目标函数为:min Fdis=[min fdis1,min fdis2,…min fdism,…min fdisM];其中min fdism表示第m个配电网的目标函数,1≤m≤M;对于某一配电网而言,所述配电网功率平衡约束为:其中Pbuy表示配电网购电功率,表示配电网分布式电源总出力,表示配电网总负荷,表示配电网总网损;所述配电网潮流约束为其中PDGp和PLp分别表示分布式电源和负荷注入节点p的有功功率,Vp和Vq分别表示节点p和节点q的电压幅值,δpq表示支路pq两端节点的相角差,Gpq和Bpq分别表示支路pq导纳的实部和虚部;所述分布式电源出力约束为:其中PDG,g′表示分布式电源g′出力,和分别表示分布式电源g′的最小和最大允许出力;所述配电网支路传输功率约束为:其中表示流经配电网线路l′的功率,表示线路l′的最大允许功率;所述配电网节点电压约束为:其中Vh表示配电网实际节点电压,表示配电网额定电压。
进一步地,步骤(4)包括:
(4.1)利用多配电网子优化模型,得到满足供电成本最小时,每个时段配电网m需要从输电网购买的功率
(4.2)由(4.1)可得在一个调度周期T内,配电网m的需求曲线为:则对于M个配电网而言,配电网需求曲线
进一步地,步骤(5)包括:
(5.1)利用历史相似数据初始化各配电网需求曲线;
(5.2)求解输电网子优化模型,得到输电网供给曲线;
(5.3)利用输电网供给曲线,各配电网求解各自的优化模型,得到各配电网需求曲线;
(5.4)将步骤(5.3)得到的各配电网需求曲线与历史相似数据进行比较,若误差绝对值小于设定值,则收敛;否则将步骤(5.3)得到的各配电网需求曲线作为输入量,执行步骤(5.2)继续迭代,直至收敛;收敛后的输出结果为输配一体化优化调度全局优化结果。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明采用输配一体化调度方法,可以解决传统输配分离优化调度时电网资源利用不充分、输配电网无交互的问题。其可以对整个系统资源进行优化配置,从而降低系统成本,提高资源可用率。同时通过输配网之间的交互,还可以解决输配网联络线处可能出现的阻塞问题,提高系统运行安全性。
(2)本发明为多配网接入情形提供了一种输配一体化调度的可行方法其更加符合实际电网结构。多配电网接入时可控子系统增加,控制更加复杂,通过本发明的提出输配一体化优化调度算法,可充分反映系统间各部分的协调优化作用,进一步降低系统成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的输配一体化优化调度基本框架图;
图2是本发明实施例提供的输配一体化优化算法框图;
图3是本发明实施例1提供的含两配电网接入的6节点测试系统图;
图4是本发明实施例1提供的各情景下输电网供给曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提出的输电网供给曲线是指,一个调度周期内,每个时段各输配联络节点处的边际电价曲线;本发明实施例提出的配电网需求曲线是指,一个调度周期内,每个时段各配电网需要从输电网购电的功率大小曲线,本发明实施例所提输配一体化优化调度方法的基本框架如图1所示。
本发明实施例的考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法包括如下步骤:
(1)建立基于供给曲线的输电网子优化模型目标函数。
S1:建立以输电网发电成本最低为目标的目标函数:
式中,ftran表示输电网发电成本,Ci(Pi)表示输电网母线节点i处的发电成本,表示输电网母线节点。
(2)建立基于供给曲线的输电网子优化模型的约束条件,包括:输电网功率平衡约束,输电网线路传输功率约束,输电网潮流约束,输电网机组出力约束。
S2:建立输电网功率平衡约束:
式中,PGg表示输电网发电机组g的出力,Loadd表示输电网母线负荷d的功率值,Ploss,l表示输电网线路l的网损。
S3:建立输电网线路传输功率约束:
式中,表示流经输电网线路l的功率,表示输电网线路l的最大功率限值。
S4:建立输电网潮流约束:
式中,PGk和PLk分别表示发电机组和输电网负荷注入节点k的有功功率,Vk和Vj分别表示节点k和节点j的电压幅值,δkj表示支路kj两端节点的相角差,Gkj和Bkj分别表示支路kj导纳的实部和虚部,其中节点j和k均为输电网节点。
S5:建立输电网机组出力约束:
式中,为输电网发电机g实际出力,和分别表示发电机g的最大和最小出力限值。
(3)求解考虑网损修正后的输电网供给曲线。
S6:对电网做交流潮流计算,并求解电网网损PLoss,将该网损带入式(2),得到含固定网损的输电网功率平衡约束为:
S7:利用式(1)、式(3)、式(6),得到含网损修正的拉格朗日增广函数为:
式中,λ和μ分别为等式约束和不等式约束的拉格朗日乘子。
S8:求解直流模型下电网发电机和负荷的转移因子:
式中,表示时段t下节点d针对支路l的转移因子,i,j分别为线路l的首端和末端节点,Xid和Xjd分别为节点阻抗矩阵中对应的电抗值,xij为线路l实际电抗值;当d为发电机节点时,等式取正,当d为负荷节点时,等式取负。
S9:求解拉格朗日增广函数,得到直流模型下考虑网损修正后的时段t下节点d的节点边际电价为:
式中,为直流模型时段t下节点d处的节点边际电价,λt和μt分别为时段t下等式和不等式约束的拉格朗日乘子。
S10:获取输电网供给曲线。由以上讨论,可得到时段t下输配网联络线节点处的边际电价为:
式中,conn为输电网侧的输配网联络节点。则一个调度周期T内,对于某一配电网而言,输电网供给曲线可表示为:
若有M个配电网接入输电网,则输电网总的供给曲线可表示为:
SCtran=[LMPconn1,LMPconn2,…LMPconnM] (12)
(4)建立基于需求曲线的多配电网子优化模型目标函数。
S11:对某一配电网而言,建立以配电网供电成本最小为目标的目标函数:
min fdis=min(CB+CDG+CLoss) (13)
式中,fdis表示配电网供电成本,CB表示购电成本,CDG表示配电网母线节点上分布式电源的总发电成本,CLoss表示配电网线路损耗成本。
S12:建立所有配电网的目标函数:
式中,fdism表示第m个配电网的目标函数。
(5)建立基于需求曲线的多配电网子优化模型的约束条件,包括:配电网功率平衡约束,配电网潮流约束,分布式电源出力约束,配电网线路传输功率约束,配电网节点电压约束。
S13:建立配电网功率平衡约束:
式中,Pbuy表示配电网购电功率,表示配电网分布式电源总出力,表示配电网总负荷,表示配电网总网损。
S14:建立配电网潮流约束:
式中,PDGp和PLp分别表示分布式电源和负荷注入节点p的有功功率,Vp和Vq分别表示节点p和节点q的电压幅值,δpq表示支路pq两端节点的相角差,Gpq和Bpq分别表示支路pq导纳的实部和虚部。
S15:建立分布式电源出力约束:
式中,PDG,g′表示分布式电源g′出力,和分别表示分布式电源g′的最小和最大允许出力。
S16:建立配电网线路传输功率约束:
式中,表示流经配电网线路l′的功率,表示线路l′的最大允许功率
S17:建立配电网节点电压约束:
式中,Vh表示配电网实际节点电压,表示配电网额定电压。
(6)获取配电网需求曲线。
S18:求解上述配电网模型,得到满足供电成本最小时,每个时段需要从输电网购买的功率,记作则在一个调度周期T内,该配电网的需求曲线为:
S19:得到M个配电网的需求曲线为:
(7)建立考虑多配网接入的输配一体化优化调度算法模型,算法流程如图2所示,利用所提算法求解输配一体化调度结果。
S20:利用历史相似数据初始化各配电网需求曲线,将其代入到输电网子优化模型中,求解输电网子优化模型,以得到输电网供给曲线;
S21:利用S20中各自对应的输电网供给曲线,各配电网求解各自的优化模型,得到相应的配电网需求曲线;
S22:将求解得到的配电网需求曲线与之前的数据进行比较,若其误差绝对值小于某一设定值,则收敛。若所有配电网的优化结果均收敛,则一体化优化结束,输出结果;若否,则将S21得到的各配电网需求曲线作为输入量,转S20继续迭代,直至收敛。
由以上步骤可以得到考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度结果。在本发明实施例中,为验证所提出优化调度方法的有效性,将提出的方法应用于含多配网的输电网系统优化调度的计算。
实施例1
为简便计,以两个配电网接入输电网为例,采用如图3所示的6节点输电网系统。以24小时为一个调度周期,输电网发电机参数、线路参数如表1、表2所示,配电网发电机参数及线路参数如表3、表4所示,系统24小时各时段总负荷见如表5所示。在本发明实施例1中,仅考虑配电网向输电网购电,不考虑配电网向输电网反向传输功率。
表1 输电网发电机参数
表2 输电网网络参数
表3 配电网发电机参数
表4 配电网线路参数
表5 系统各时段总负荷
为了体现多配网接入情形下输配一体化调度的特性,考虑以下三种运行情况:
1)情景1:输配分离调度,即输配联络线断开,各系统仅进行内部优化运行;在输电网子系统中,配电网等效为固定负荷节点,其负荷大小为原配电网总负荷。而在配电网等效系统中,输电网等效为发电节点,其发电价格为输电网子系统中得到的固定节点边际电价。
2)情景2:单一配电网接入时的输配一体化调度;配电网一等效为固定负荷节点,仅配电网二接入输电网,输配一体化调度在单一输电网和单一配电网之间进行。
3)情景3:多配网接入时的输配一体化调度;输电网供给曲线和两个配电网的需求曲线相互迭代优化,直至达到整体最优。
利用CPLEX和MATLAB编程实现输配一体化模型求解。如图4所示,本发明实施例1结果如下:
情景1下,输电网24小时发电总成本为64431$,配电网一的供电成本为12885$,配电网二的供电成本为36869$;情景2下,输电网24小时发电总成本为64062$,配电网二的供电成本为36789$;情景3下,输电网24小时发电总成本为63892$,配电网一的供电成本为12656$,配电网二的供电成本为35857$。由上述数据可知,随着多配电网接入输电网,输电网发电成本逐渐减小,同时配电网供电成本也逐渐降低。
因此,由本发明实施例1可以看出,采用本发明实施例提出的输配一体化调度策略,通过输、配电网之间的相互优化协调,可有效降低输电网发电成本和配电网购电成本,提高系统经济性;同时,系统中某一配电网的运行情况将通过功率反馈影响到输电网,进而影响到其他配电网。相比于单一配电网,多配电网接入时可控子系统增加,系统间各部分的协调优化更充分,可进一步降低系统成本。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,包括:
(1)建立基于供给曲线的输电网子优化模型,包括以输电网发电成本最低为目标建立输电网子优化目标函数,获得输电网子优化目标函数的约束条件包括:输电网功率平衡约束,输电网线路传输功率约束,输电网潮流约束,输电网机组出力约束;
(2)利用输电网子优化模型,求解一个调度周期T内,考虑网损修正后的每个时段各输配联络节点处的边际电价进而得到考虑网损修正后的输电网供给曲线SCtran;
(3)建立基于需求曲线的多配电网子优化模型,包括以各配电网供电成本最低为目标建立配电网子优化目标函数,获得配电网优化目标函数的约束条件包括:配电网功率平衡约束,配电网潮流约束,分布式电源出力约束,配电网支路传输功率约束,配电网节点电压约束;
(4)利用多配电网子优化模型,求解一个调度周期T内,每个时段各配电网需要从输电网购电的功率大小进而得到各配电网需求曲线SCdis;
(5)建立考虑多配网接入的输配一体化优化调度算法模型,结合输电网子优化模型得到的供给曲线,以及多配电网子优化模型得到的需求曲线,通过输配网之间的相互优化迭代,得到输配一体化优化调度全局优化结果。
2.如权利要求1所述的一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,所述步骤(1)的具体实现方式为:
建立基于供给曲线的输电网子优化模型,包括以输电网发电成本最低为目标建立输电网子优化目标函数:其中,ftran表示输电网发电成本,Ci(Pi)表示输电网母线节点i处的发电成本,表示输电网母线节点;所述输电网功率平衡约束为其中,PGg表示输电网发电机组g的出力,Loadd表示输电网母线负荷d的功率值,Ploss,l表示输电网线路l的网损,Ntran表示输电网线路集合;所述输电网线路传输功率约束为其中,表示流经输电网线路l的功率,表示输电网线路l的最大功率限值;所述输电网潮流约束为其中,PGk和PLk分别表示发电机组和输电网负荷注入节点k的有功功率,Vk和Vj分别表示节点k和节点j的电压幅值,δkj表示支路kj两端节点的相角差,Gkj和Bkj分别表示支路kj导纳的实部和虚部,其中节点j和k均为输电网节点;所述输电网机组出力约束为其中,为输电网发电机g实际出力,和分别表示发电机g的最大和最小出力限值。
3.如权利要求1或2所述的一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,所述步骤(2)中考虑网损修正后的输电网供给曲线的求解步骤具体为:
(2.1)计算输电网交流潮流,求得支路网损;
(2.2)将支路网损作为直流潮流模型中支路首端节点的固定负荷,在直流潮流模型下求解得到考虑网损修正后的时段t下节点d的节点边际电价为:其中表示直流潮流模型时段t下节点d处的节点边际电价,λ″t和μ″t分别表示直流潮流模型时段t下等式和不等式约束的拉格朗日乘子,表示时段t下节点d针对支路,的转移因子,进而得到时段t下输配网联络线节点conn处的边际电价为:
(2.3)一个调度周期T内,对于某一配电网而言,输电网供给曲线表示为若有M个配电网接入输电网,则输电网总的供给曲线可表示为:SCtran=[LMPconn1,LMPconn2,…LMPconnM],其中,表示时段1下输配网联络线节点conn处的边际电价,表示时段2下输配网联络线节点conn处的边际电价,表示时段T下输配网联络线节点conn处的边际电价,上MPconn1表示输电网侧的输配网联络节点1处的输电网供给曲线,LMPconn2表示输电网侧的输配网联络节点2处的输电网供给曲线,LMPconnM表示输电网侧的输配网联络节点M处的输电网供给曲线。
4.如权利要求3所述的一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,所述步骤(3)的具体实现方式为:
对某一配电网而言,以配电网供电成本最小为目标的优化函数为:minfdis=min(CB+CDG+CLoss);其中fdis表示配电网供电成本,CB表示购电成本,CDG表示配电网母线节点上分布式电源的总发电成本,CLoss表示配电网线路损耗成本;建立基于需求曲线的多配电网子优化模型,以各配电网供电成本最低为目标建立配电网子优化目标函数为:min Fdis=[min fdis1,minfdis2,…min fdism,…min fdisM];其中min fdism表示第m个配电网的目标函数,1≤m≤M;对于某一配电网而言,所述配电网功率平衡约束为:其中Pbuy表示配电网购电功率,表示配电网分布式电源总出力,表示配电网总负荷,表示配电网总网损;所述配电网潮流约束为其中PDGp和PLp分别表示分布式电源和负荷注入节点p的有功功率,Vp和Vq分别表示节点p和节点q的电压幅值,δpq表示支路pq两端节点的相角差,Gpq和Bpq分别表示支路pq导纳的实部和虚部;所述分布式电源出力约束为:其中PDG,g′表示分布式电源g′出力,和分别表示分布式电源g′的最小和最大允许出力;所述配电网支路传输功率约束为:其中表示流经配电网线路l′的功率,表示线路l′的最大允许功率;所述配电网节点电压约束为:其中Vh表示配电网实际节点电压,表示配电网额定电压。
5.如权利要求4所述的一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,所述步骤(4)包括:
(4.1)利用多配电网子优化模型,得到满足供电成本最小时,每个时段配电网m需要从输电网购买的功率
(4.2)由(4.1)可得在一个调度周期T内,配电网m的需求曲线为:则对于M个配电网而言,配电网需求曲线
6.如权利要求1或5所述的一种考虑多配网接入情形下的输配一体化优化调度方法,其特征在于,所述步骤(5)包括:
(5.1)利用历史相似数据初始化各配电网需求曲线;
(5.2)求解输电网子优化模型,得到输电网供给曲线;
(5.3)利用输电网供给曲线,各配电网求解各自的优化模型,得到各配电网需求曲线;
(5.4)将步骤(5.3)得到的各配电网需求曲线与历史相似数据进行比较,若误差绝对值小于设定值,则收敛;否则将步骤(5.3)得到的各配电网需求曲线作为输入量,执行步骤(5.2)继续迭代,直至收敛;收敛后的输出结果为输配一体化优化调度全局优化结果。
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