CN107482689A - 一种精益化调频备用容量优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精益化调频备用容量优化方法，方法将发电机组根据自身特性AGC机组、缓冲机组和计划机组三类控制模式，以调度周期内系统负荷曲线为研究对象建立优化求解模型，优化AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量计划，通过优化计算与安全校核的迭代，逐步把起作用约束加入优化模型中，获得最终获得最优的发电计划结果。本发明可实现系统可调容量在不同类型机组间进行动态转移，同时通过在缓冲机组和AGC机组与之间进行控制模式的动态转换结合联合优化模型计算，达到可调容量合理分布的效果，并形成实时发电计划优化与AGC之间的双向信息交互，实现二者整体协调控制，提高发电计划闭环控制的精准性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统调度自动化技术领域，特别是一种精益化调频备用容量优化方法。
背景技术
电力系统频率调整是保证电力系统安全稳定运行的重要任务，也是辅助服务的重要部分之一。
实时计划优化编制主要以短期计划为主，根据超短期负荷预测进行发电计划调整后交给自动发电控制(AGC)执行。由于实时计划周期与AGC控制周期重合且时间很短，二者的控制调整过程息息相关，控制对象相互影响。实时计划若未充分考虑AGC调频性能的要求，将增大AGC控制压力，导致机组频繁调整，也会影响实时计划的执行效果。
此外，为实现任意时刻电能的供需平衡，系统中必须留有一定的AGC机组调频备用容量用以补偿各种随机事件引起的发电与负荷之间的实时偏差，但由于不同的AGC机组响应速率不一，从经济性和安全性的角度考虑，参与调整的机组也非多多益善。随着我国特高压的建设，电网规模已跃居世界第一位，但是由于我国地域、源网结构、经济发展等因素的差异，各网省电力系统调频备用运行方式也有不同，另外，大规模风电接入增加了系统的不稳定性，电网运行日益复杂，电网实时运行变化加大，电网调峰调频压力日渐增大，不同类型、不同控制目标机组运行模式转换频繁，如何根据电网的不同实时运行状态，发挥有AGC调频能力的机组和无AGC调频能力机组的作用，组织各类机组实现控制角色和调频备用容量的优化调控，是提高电网实时计划控制质量的关键。
发明内容
本发明的目的是，提供一种精益化调频备用容量优化方法，以在发电机组间合理分布可调容量，同时将实时发电计划与AGC调频备用容量进行整体协调优化，形成实时发电计划优化与AGC之间的双向信息交互，实现二者整体协调控制，提高发电计划闭环控制的精准性和有效性。
本发明采取的技术方案为：一种精益化调频备用容量优化方法，包括：
S1，根据发电机组的AGC调节能力对发电机组进行分类，分为具备AGC调节能力、承担调整功率的AGC机组，具备AGC调节能力、可承担调整功率、按照计划曲线承担基本功率的缓冲机组，以及不具备AGC调节能力、仅按照计划曲线承担基本功率的计划机组；
S2，确定进行AGC调频备用容量优化的调度周期；
S3，从能量管理系统EMS中，获取调度周期内各类发电机组的优化参数，获取系统负荷预测曲线以及母线负荷预测曲线，获取调度周期内线路检修计划和联络线计划；
S4，根据实际电网的电网模型，建立以全系统综合成本最小为目标的发电计划与调频备用容量联合优化模型；
定义时间T为调度周期内单次优化的逻辑时段，AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数为：
其中，F为全系统综合成本，D为调度周期内单次优化逻辑时段的数量，N为系统中参与调度的发电机组数目；Ci,t为发电机组i在第t个时段的发电成本；Ai,t为发电机组i在第t个时段的AGC调频备用成本；
S5，基于S3获取的数据，利用S4建立的联合优化模型的目标函数对相应调度周期内的发电计划与AGC调频备用容量进行联合优化计算，求解得到相应调度周期内的AGC机组、缓冲机组与计划机组各自的出力数据；
S6，基于求解得到的各类发电机组的出力数据，考虑全部网络监视元件，对调度周期内各个优化逻辑时段进行安全校核，判断是否满足所有安全约束：若满足，则转至步骤S8；若不满足，则转至步骤S7；
S7，对潮流越限的网络监视元件进行灵敏度信息的计算，并转至步骤S4，将灵敏度信息的计算结果以线性化约束形式加入联合优化目标函数的求解中，重复S4至S7，直至优化求解满足所有安全约束，转至步骤S8；
S8，相应调度周期的联合优化计算结束，生成相应调度周期的AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划和AGC调频备用容量计划。
进一步的，本发明步骤S4中，机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数，在求解时的约束条件包括：
其中，k为AGC机组和缓冲机组集合索引；pk,t为机组k在t时段的出力；与分别为机组k在t时段提供的AGC上调容量与下调容量；Pk,amax与Pk,amin分别为机组k的AGC调节容量上限与下限；uk,t为0/1量，表示机组开停状态；ek,t为0/1量，表示机组k是否参与AGC调节(即对于AGC机组，ek,t＝1；对于缓冲机组，ek,t＝0)；τ为给定允许的响应时间；与分别为机组k的上调速率和下调速率；与分别为系统在t时段所需的AGC最小上调容量与最小下调容量；与分别为系统在t时段所需的AGC最大上调容量与最大下调容量；Lt为系统在t时段的负荷需求。
进一步的，步骤S3还包括：获取用于联合优化的网络断面，并根据调度周期对应的检修计划，生成调度周期内各优化逻辑时段的网络拓扑，并计算各优化逻辑时段的灵敏度系数。
优选的，步骤S7中，潮流越限的网络监视元件的灵敏度信息计算结果以线性化约束形式加入AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的求解中，约束表达式为：
其中，M为与支路(i,j)相关的所有发电机组的集合数量；pi,t为节点i在t时段的注入功率；li,t为节点i的负荷功率，Si,j,t为节点i的注入功率对支路(i,j)的灵敏度；Pi,j,min和Pi,j,max分别为支路(i,j)的最小功率和最大功率。
优选的，步骤S5进行联合优化计算时：
当AGC机组发生连续同向调节导致可调容量不足时，通过调整计划机组与缓冲机组的出力计划，引导AGC机组的出力向相反调节方向回归，从而释放AGC机组的可调容量；
当AGC机组可调容量大于系统可调容量最大需求时，通过将部分AGC机组转换为缓冲机组，减小系统的可调备用容量。即本发明可在实时发电计划编制过程中考虑AGC调节性能需求，合理调用AGC机组资源，可以有效减缓AGC调节压力，改善实时计划执行效果，进一步提高电网控制能力。
优选的，本发明进行AGC调频备用容量优化的调度周期为24小时。
优选的，步骤S4中，调度周期内单次优化的逻辑时段T为15分钟。
有益效果
本发明将参与优化调度的机组根据其自身特性分为不同发电控制模式，系统可调容量在不同类型机组之间可进行动态转移，同时可进行不同类型机组发电控制模式的动态转换，进而可实现对机组的发电计划与AGC调频备用容量进行联合优化，形成实时发电计划优化与AGC之间的双向信息交互，实现二者整体协调控制，提高发电计划闭环控制的精准性和有效性，不断改善电网的供电质量，提高电网的整体效益。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
如图1所示，本发明的精益化调频备用容量优化方法，包括：
S1，根据发电机组的AGC调节能力对发电机组进行分类，分为具备AGC调节能力、承担调整功率的AGC机组，具备AGC调节能力、可承担调整功率、按照计划曲线承担基本功率的缓冲机组，以及不具备AGC调节能力、仅按照计划曲线承担基本功率的计划机组；
S2，确定进行AGC调频备用容量优化的调度周期；
S3，从能量管理系统EMS中，获取调度周期内各类发电机组的优化参数，获取系统负荷预测曲线以及母线负荷预测曲线，获取调度周期内线路检修计划和联络线计划；
S4，根据实际电网的电网模型，建立以全系统综合成本最小为目标的发电计划与调频备用容量联合优化模型；
定义时间T为调度周期内单次优化的逻辑时段，AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数为：
其中，F为全系统综合成本，D为调度周期内单次优化逻辑时段的数量，N为系统中参与调度的发电机组数目；Ci,t为发电机组i在第t个时段的发电成本；Ai,t为发电机组i在第t个时段的AGC调频备用成本；
S5，基于S3获取的数据，利用S4建立的联合优化模型的目标函数对相应调度周期内的发电计划与AGC调频备用容量进行联合优化计算，求解得到相应调度周期内的AGC机组、缓冲机组与计划机组各自的出力数据；
S6，基于求解得到的各类发电机组的出力数据，考虑全部网络监视元件，对调度周期内各个优化逻辑时段进行安全校核，判断是否满足所有安全约束：若满足，则转至步骤S8；若不满足，则转至步骤S7；
S7，对潮流越限的网络监视元件进行灵敏度信息的计算，并转至步骤S4，将灵敏度信息的计算结果以线性化约束形式加入联合优化目标函数的求解中，重复S4至S7，直至优化求解满足所有安全约束，转至步骤S8；
S8，相应调度周期的联合优化计算结束，生成相应调度周期的AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划和AGC调频备用容量计划。
实施例1
步骤S2中，进行AGC调频备用容量优化的调度周期为24小时。
步骤S3还包括：获取用于联合优化的网络断面，并根据调度周期对应的检修计划，生成调度周期内各优化逻辑时段的网络拓扑，并计算各优化逻辑时段的灵敏度系数。
步骤S4中，调度周期内单次优化的逻辑时段T为15分钟。
在AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量联合发电计划编制过程中，需要结合系统负荷预测曲线、母线负荷预测曲线和各常规机组的可用状态，考虑负荷平衡约束、机组运行约束、电网安全约束等因素，考虑发电计划与调频备用容量综合成本最低，编制发电计划与调频备用容量计划。具体的：
步骤S4中，机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数，在求解时的约束条件包括：
其中，k为AGC机组和缓冲机组集合索引；pk,t为机组k在t时段的出力；与分别为机组k在t时段提供的AGC上调容量与下调容量；Pk,amax与Pk,amin分别为机组k的AGC调节容量上限与下限；uk,t为0/1量，表示机组开停状态；ek,t为0/1量，表示机组k是否参与AGC调节(即对于AGC机组，ek,t＝1；对于缓冲机组，ek,t＝0)；τ为给定允许的响应时间；与分别为机组k的上调速率和下调速率；与分别为系统在t时段所需的AGC最小上调容量与最小下调容量；与分别为系统在t时段所需的AGC最大上调容量与最大下调容量；Lt为系统在t时段的负荷需求。
步骤S4还包括分别对各类不同控制模式的发电机组在各优化逻辑时段的发电成本和调频备用成本分别进行建模，建模所涉及的参数即步骤S3中已获取的调度周期内各类发电机组的优化参数等，具体的建模方法可采用现有技术。
在进行步骤S5的联合优化求解时，对目标函数中发电机组i在第t个时段的发电成本Ci,t，以及发电机组i在第t个时段的AGC调频备用成本Ai,t的计算分别可采用现有技术，同样可基于本发明前述对不同控制模式的各类发电机组的建模进行求解。
对不同控制模式的发电机组分别建模，为后续AGC机组与缓冲机组控制模式的动态转换，以及系统可调容量在不同类型机组间进行动态转移，奠定了基础。
步骤S5进行联合优化计算时：
当AGC机组发生连续同向调节导致可调容量不足时，通过调整计划机组与缓冲机组的出力计划，引导AGC机组的出力向相反调节方向回归，从而释放AGC机组的可调容量；
当AGC机组可调容量大于系统可调容量最大需求时，通过将部分AGC机组转换为缓冲机组，减小系统的可调备用容量。即本发明可在实时发电计划编制过程中考虑AGC调节性能需求，合理调用AGC机组资源，可以有效减缓AGC调节压力，改善实时计划执行效果，进一步提高电网控制能力。
步骤S7中，潮流越限的网络监视元件的灵敏度信息计算结果以线性化约束形式加入AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的求解中，约束表达式为：
其中，M为与支路(i,j)相关的所有发电机组的集合数量；pi,t为节点i在t时段的注入功率；li,t为节点i的负荷功率，Si,j,t为节点i的注入功率对支路(i,j)的灵敏度；Pi,j,min和Pi,j,max分别为支路(i,j)的最小功率和最大功率。
实施例2
图1所示的实施例步骤为：
1)确定需要进行AGC调频备用容量优化的调度周期，并对参与优化调度的各类机组进行分类：AGC机组，该类机组具备AGC调节能力，承担调整功率；缓冲机组，该类机组具备AGC调节能力，但并未承担调节功率，只按照计划曲线承担基本功率，该类机组与AGC机组可相互转换；计划机组，该类机组不具备AGC调节能力，其出力由计划曲线决定，只承担基本功率。获取调度周期内各类机组的优化参数、系统负荷预测曲线、母线负荷预测曲线，获取周期内线路检修计划、联络线计划，获取周期内常规火电机组的可用状态、减出力计划，以确定发电计划与AGC调频备用容量的优化空间；
2)根据实际电网的电网模型建立以全系统综合成本最小为目标的发电计划与调频备用容量联合优化模型；以T分钟作为一个优化的逻辑时段，以调度周期内系统负荷曲线为研究对象，优化AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量，优化目标为系统内可调度机组的发电成本与AGC调频备用成本最小；
3)根据优化求解获得的AGC机组、缓冲机组与计划机组出力，考虑全部网络监视元件，对调度周期内的各个时段进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则进入步骤4)，否则计算新增越限监视元件的灵敏度信息，进入步骤2)；
4)迭代结束，生成AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划AGC调频备用容量计划，优化结束。
本发明的精益化调频备用容量优化方法，是将机组分为自动发电控制AGC机组、缓冲机组和计划机组三种控制模式，分别对不同控制模式的机组进行建模，可实现自动发电控制机组与缓冲机组控制模式的动态转换，同时将系统可调容量在不同类型机组间进行动态转移，达到可调容量的合理分布的效果。同时将实时发电计划与调频辅助服务AGC容量进行整体协调优化，形成实时发电计划优化与AGC之间的双向信息交互，实现二者整体协调控制，提高发电计划闭环控制的精准性和有效性，不断改善电网的供电质量。
本发明方法具有以下特点和功能：
1、根据机组承担基本功率和承担调频的不同模式，将机组分为AGC机组、缓冲机组与计划机组三类。通过机组控制目标和约束条件的设置，将可调容量在非AGC机组和AGC机组之间以及AGC机组内部进行动态转移，实现可调容量的最优分布，保证在线控制具有更多优质调节资源。当AGC机组发生连续同向调节导致可调容量不足时，实时发电计划模块通过调整非AGC机组的出力计划，引导AGC机组的出力向相反方向回归，从而释放AGC机组的可调容量；
2、若现有的AGC机组不满足系统可调容量最小需求，或现有AGC机组大于系统可调容量最大需求，则实时发电计划模块在缓冲机组和AGC机组与之间实现控制模式的动态转换，确定合适的AGC机组范围。当AGC机组可调容量不足时，实时发电计划模块会调整计划机组和缓冲机组的出力计划，将缓冲机组的基点功率调整至合适的水平，并将其控制模式转换为AGC机组，补充系统的可调容量水平。反之，当AGC机组可调容量过大时，实时发电计划模块会将部分AGC机组转换为缓冲机组，以维持系统可调备用容量在合理的水平；
3、通过优化计算和安全校核两个子问题的交互迭代求解，获得了满足网络安全的AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量计划，保证了发电计划的可执行性。
本发明的技术方案经在某省电网调度计划系统中进行实验应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明能够在满足系统平衡约束、机组运行约束、电网安全约束和环保约束等各类约束的前提下，满足发电计划与调频备用容量综合费用最低，制定AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量计划。
本发明在实际电网数据下开展的发电计划优化的研究和尝试，摸索出AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划与调频备用容量联合发电计划优化方法。本发明以系统发电计划与调频备用容量综合费用最小为目标，综合考虑AGC机组、缓冲机组与计划机组的运行特性进行联合调度，考虑各类约束条件优化计算机组发电计划与调频备用容量，保证了调频备用容量满足系统需求，有助于提高发电调度的智能化水平和决策能力。同时，该方法具有计算强度低、适应性强的特点，适合在我国各网省调度机构推广应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种精益化调频备用容量优化方法，其特征是，包括：
S1，根据发电机组的AGC调节能力对发电机组进行分类，分为具备AGC调节能力、承担调整功率的AGC机组，具备AGC调节能力、可承担调整功率、按照计划曲线承担基本功率的缓冲机组，以及不具备AGC调节能力、仅按照计划曲线承担基本功率的计划机组；
S2，确定进行AGC调频备用容量优化的调度周期；
S3，从能量管理系统EMS中，获取调度周期内各类发电机组的优化参数，获取系统负荷预测曲线以及母线负荷预测曲线，获取调度周期内线路检修计划和联络线计划；
S4，根据实际电网的电网模型，建立以全系统综合成本最小为目标的发电计划与调频备用容量联合优化模型；
定义时间T为调度周期内单次优化的逻辑时段，AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数为：
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其中，F为全系统综合成本，D为调度周期内单次优化逻辑时段的数量，N为系统中参与调度的发电机组数目；Ci,t为发电机组i在第t个时段的发电成本；Ai,t为发电机组i在第t个时段的AGC调频备用成本；
S5，基于S3获取的数据，利用S4建立的联合优化模型的目标函数对相应调度周期内的发电计划与AGC调频备用容量进行联合优化计算，求解得到相应调度周期内的AGC机组、缓冲机组与计划机组各自的出力数据；
S6，基于求解得到的各类发电机组的出力数据，考虑全部网络监视元件，对调度周期内各个优化逻辑时段进行安全校核，判断是否满足所有安全约束：若满足，则转至步骤S8；若不满足，则转至步骤S7；
S7，对潮流越限的网络监视元件进行灵敏度信息的计算，并转至步骤S4，将灵敏度信息的计算结果以线性化约束形式加入联合优化目标函数的求解中，重复S4至S7，直至优化求解满足所有安全约束，转至步骤S8；
S8，相应调度周期的联合优化计算结束，生成相应调度周期的AGC机组、缓冲机组与计划机组的发电计划和AGC调频备用容量计划。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤S4中，机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的目标函数，在求解时的约束条件包括：
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其中，k为AGC机组和缓冲机组集合索引；pk,t为机组k在t时段的出力；与分别为机组k在t时段提供的AGC上调容量与下调容量；Pk,amax与Pk,amin分别为机组k的AGC调节容量上限与下限；uk,t为0/1量，表示机组开停状态；ek,t为0/1量，表示机组k是否参与AGC调节；τ为给定允许的响应时间；与分别为机组k的上调速率和下调速率；与分别为系统在t时段所需的AGC最小上调容量与最小下调容量；与分别为系统在t时段所需的AGC最大上调容量与最大下调容量；Lt为系统在t时段的负荷需求。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，步骤S3还包括：获取用于联合优化的网络断面，并根据调度周期对应的检修计划，生成调度周期内各优化逻辑时段的网络拓扑，并计算各优化逻辑时段的灵敏度系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，步骤S7中，潮流越限的网络监视元件的灵敏度信息计算结果以线性化约束形式加入AGC机组、缓冲机组与计划机组发电计划与AGC调频备用容量计划联合优化模型的求解中，约束表达式为：
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其中，M为与支路(i,j)相关的所有发电机组的集合数量；pi,t为节点i在t时段的注入功率；li,t为节点i的负荷功率，Si,j,t为节点i的注入功率对支路(i,j)的灵敏度；Pi,j,min和Pi,j,max分别为支路(i,j)的最小功率和最大功率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，步骤S5进行联合优化计算时：
当AGC机组发生连续同向调节导致可调容量不足时，通过调整计划机组与缓冲机组的出力计划，引导AGC机组的出力向相反调节方向回归，从而释放AGC机组的可调容量；
当AGC机组可调容量大于系统可调容量最大需求时，通过将部分AGC机组转换为缓冲机组，减小系统的可调备用容量。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征是，步骤S2中，进行AGC调频备用容量优化的调度周期为24小时。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，步骤S4中，调度周期内单次优化的逻辑时段T为15分钟。
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