CN108197755A - 一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，涉及电力系统运行、优化调度领域。本发明为了提高受端电网接入的大量远端电源故障时的系统频率稳定性，在日前经济调度优化中考虑了电源和负荷的一次调频能力，加入了系统暂态过程的频率约束，依据机组出力水平等要素分别将向上和向下一次调频机组分为几类，并分别计算不同机组在不同工况下可以发挥的一次调频能力，同时根据实际系统运行实际考虑负荷的一次调频性能。本发明在现有留取旋转备用容量的基础上，可根据实际需要，增加一次调频备用容量，保证高比例受端电网在可能出现的较大功率缺额时系统频率不跌破安全限值，可以提高系统运行的安全性和可靠性。

Description

一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度 方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法。

背景技术

中国电力资源与经济发展呈现逆向分布的结构特征，西部电力资源丰富，东部沿海地区经济发展成都高，电力需求量大，因此建设了一批超高压、特高压远距离直流输电通道。对于受端电网来说，大容量区外电源的接入对发电经济性、环境保护等有积极作用，但同时输电通道故障势必会引起更大的系统安全稳定性问题。直流输电线路双极闭锁造成受端电网短时出现大量功率缺额，引起系统频率大幅下降，严重时可能引起系统频率崩溃等后果。在应对一般性机组失负荷时，通过为系统留取足够的旋转备用容量，来应对可能的频率跌落情况，增强系统的频率稳定性。为此，受端电网可以在旋转备用的基础上，采用留取应对事故的一次调频备用容量的方式，减少区外电源带来的频率稳定性问题。

现有的发电机有功经济调度模型中，对于负荷的固定比例的标准，留取系统的旋转备用容量。但这种留取旋转备用的方法，一是没有考虑到机组一次调频旋转容量有其固有的最大调节量限制，二是没有考虑在接入大规模外来直送电源时对旋转备用容量的额外需求。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于双层粒子群算法求解电力市场均衡的方法，采用粒子群算法搜索均衡解，规避了求解发电商双层优化构成的半光滑非线性方程组，在保证结果准确的前提下，以时间代价换取了算法的简化。

技术方案：本发明所述的考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法包括以下步骤：

(1)根据系统测试结果或电网要求，确定一次调频安全约束指标，其中，所述一次调频安全约束指标包括机组调差系数、允许的最大频率偏移、系统负荷的功-频调节系数、可能的故障功率缺额；

(2)根据机组出力水平和机组容量，将机组分为满出力机组、大出力机组和中出力机组，计算所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和；

(3)根据机组出力水平和机组最小出力限值，将机组再分为底出力机组、小出力机组和中出力机组，计算所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和；

(4)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段一次调频需求量，并根据机组提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束；

(5)依据基本日前机组调度模型，以电网经济性优化为目标，根据一次调频备用容量约束，建立计及大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度模型；

(6)根据计及一次调频性能的日前机组组合优化调度模型，配置发电机组出力和一次调频备用容量，实现机组的优化配置。

进一步的，步骤(2)中机组分类具体判据和过程如下：

a.满出力机组：一次调剂能力为0；

b.大出力机组：

c.中出力机组：

其中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

其中，步骤(2)中所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^up表示大出力机组数量，n^up表示向上中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

进一步的，步骤(3)中机组分类具体判据和过程如下：

a.底出力机组：一次调节能力为0；

b.小出力机组：

c.中出力机组：

其中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，为第k台机组的额定出力值，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

进一步的，步骤(3)中所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^down表示小出力机组数量，n^down表示向下中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

进一步的，步骤(4)具体包括：

(4-1)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段对发电机组一次调频需求量为：

式中，K_L*是电网调度部门掌握的数据参数，取值区间为1～3，分别是t时刻系统可能出现的最大功率缺额和最大功率超额，和为频率下降和上升的偏移量，P_L,t为t时刻负荷的功率值；

负荷的频率静态特性，以及在一次调频中的作用具体为：负荷的实际功率随系统频率变化可以表示为：ΔP_L＝K_LΔf＝K_L*Δf_*P_L，其中，ΔP_L为负荷在系统频率变化过程中可以提供的一次调节功率，K_L称为负荷的单位调节功率，K_L*是电网调度部门掌握的数据，在实际系统中，需经过试验求得，一般系统为1～3。当系统功率供小于求时，出现的较严重情况为失去大容量送端电源，系统频率下降，功率缺额当系统功率供大于求时，系统频率上升，功率缺额由此在两种情况下的，机组的一次调频备用需求量分别为：①.②.其中，和为频率下降和上升的偏移量，P_L,t为t时刻负荷的功率值。

(4-2)根据各机组在限定频率偏移量内可提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束为：

式中，为所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和，为所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和。

发电机组的功-频静特性为：对于配置了调速系统的发电机组，其实际出力随系统频率变化量可表示为：其中，ΔP_G为发电机组在系统频率变化为Δf时可以提供的一次调节能力，K_G称为发电机的单位调节功率，发电机单位调节功率标幺值的倒数σ_*＝1/K_G*称为发电机组的调差系数，发电机的调差系数或单位调节功率是可以整定的，一般整定为σ*＝(3～5)％，各机组可不完全相同。对机组进行分类后，功率缺额为正时，机组的最大一次调节功率为功率缺额为负时，机组的最大一次调剂额功率为即可得到大受端电网一次调频备用容量约束。

进一步的，步骤(5)中日前基本机组调度模型如下：包括目标函数、功率平衡约束、旋转备用容量约束、发电机出力约束、机组启停爬坡约束、区外三段式出力约束。具体分别为：

5.1目标函数

以发电成本最小为优化目标，目标函数包含本地机组可变运行成本C_Gk和启停成本C_out、区外电源的电量成本S_Gk，以及极端情况下的弃风C_cutwind、切负荷成本C_cutload：

min∑F＝min∑(C_Gk+C_out)+∑S_Gk+C_cutwind+C_cutload

5.2系统功率平衡约束：

Y_Gk,t、P_Gk,t分别为第k台本地机组的开机状态和优化出力，P_out,t为区外机组的模拟出力，P_nu,t、P_wind,t分别为核电出力和风电预测出力，P_L,t为t时段的系统负荷，P_cutwind,t、P_cutload,t分别为系统弃风、切负荷容量。

5.3系统旋转备用容量约束：

R_Gk,t为本地机组的旋转备用容量，λ为旋转备用率，P_L,t为t时段系统负荷。

5.4发电机出力和旋转备用容量约束：

P_Gk,t≥Y_Gk,tP_Gk,min

P_Gk,t+R_Gk,t≤Y_Gk,tP_Gk,max

R_Gk,t≥0

P_Gk,max、P_Gk,min分别为机组的最大、最小技术出力。

5.5机组爬坡约束：

-V_f≤P_f,t-P_f,t-1≤V_f

爬坡速率V_f单位MW/h。

5.6机组启停时间约束：

T_ON为机组最小开机时间；T_OFF为机组最小关机时间。

5.7区外三段式出力约束：

式中，P_out,t、为某区外来电的出力、最大出力、最小出力，为该区外来电的日平均出力。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明在日前经济调度优化中考虑了电源和负荷的一次调频能力，加入了系统暂态过程的频率约束。既能在一般的机组组合优化中考虑机组旋转备用容量的可用性，也能在区外大容量电源接入时，保证系统在出现大的功率缺额时系统频率不跌破安全限值，可以提高系统运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明方法的总流程图；

图2为考虑大受端电网一次调频性能前后的日前机组组合优化调度结果。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法包括以下步骤：

(1)根据系统测试结果或电网要求，确定一次调频安全约束指标，其中，所述一次调频安全约束指标包括机组调差系数、允许的最大频率偏移、系统负荷的功-频调节系数、可能的故障功率缺额。

其中，K_L*是电网调度部门掌握的数据，在实际系统中，需经过试验求得，一般系统为1～3，本实例中取K_L*＝1.8；根据电网一次调频运行管理规定，发电机组的调差系数一般整定为σ_*＝(3～5)％，但由于实际系统中并不是所有机组都参与一次调频，且部分机组实际运行不能很好发挥调频能力，本实例取σ_*＝5％；在《全国互联电网调度管理规定》中，要求频率不得超过50±0.2Hz，在投入AGC的情况下，频率得控制在50±0.1Hz，本实例取最大频率偏移Δf＝0.2Hz；最后，各时段的功率缺额取为该时段特高压外来电源的最大通道输送功率。

本实例根据某省级电网设计，其机组信息和系统负荷等均较符合实际。受端电网机组信息见表1，区外电源信息见表2。

表1受端电网各机组参数

表2区外电源参数

(2)根据机组出力水平和机组容量，将机组分为满出力机组、大出力机组和中出力机组，计算所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和。

其中，机组分类具体判据和过程如下：

a.满出力机组：一次调剂能力为0；

b.大出力机组：

c.中出力机组：

式中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

其中，所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^up表示大出力机组数量，n^up表示向上中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

(3)根据机组出力水平和机组最小出力限值，将机组再分为底出力机组、小出力机组和中出力机组，计算所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和。

其中，机组分类具体判据和过程如下：

a.底出力机组：一次调节能力为0；

b.小出力机组：

c.中出力机组：

式中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，为第k台机组的额定出力值，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

其中，所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^down表示小出力机组数量，n^down表示向下中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

本实例的各机组的一次调频能力的分类标准见表3。

表3各机组一次调频能力具体分类标准

(4)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段一次调频需求量，并根据机组提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束。具体包括：

(4-1)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段对发电机组一次调频需求量为：

式中，K_L*是电网调度部门掌握的数据参数，取值区间为1～3，分别是t时刻系统可能出现的最大功率缺额和最大功率超额，和为频率下降和上升的偏移量，P_L,t为t时刻负荷的功率值；

(4-2)根据各机组在限定频率偏移量内可提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束为：

式中，各机组在限定频率偏移量内可提供的一次调频响应量具体为所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和和所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和。

(5)依据基本日前机组调度模型，以电网经济性优化为目标，根据一次调频备用容量约束，建立计及大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度模型。

其中，在已知基本日前机组调度模型的情况下，将电网经济性优化为目标，根据得到的一次调频备用容量约束，就可以建立计及大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度模型。配置发电机组出力和一次调频备用容量，实现了机组的优化配置，并且保证在最大输电通道故障时，系统频率偏移不超过0.2Hz。

(6)根据计及一次调频性能的日前机组组合优化调度模型，配置发电机组出力和一次调频备用容量，实现机组的优化配置。

图2对比了考虑大受端电网一次调频性能前后的日前机组组合优化结果，可以看出：

1、在负荷低谷时，由于功率缺额比例较大，所需要的一次调节备用率较高，虽然已开机机组旋转备用率足够，但最多发挥该机组8％的一次调节能力，不能满足系统的一次调节备用需求，因此在负荷低谷时期，会有额外开机。

2、在负荷高峰，增加一次约束后，开机容量增加，开机数量减小。无一次约束时，在10点和20点尖峰，临时增开机组满足容量；有一次约束后，由于容量足够，为了减小启停成本，不需要再临时增开机组。

大受端电网的一次调频备用约束对机组组合的影响体现在两个方面：①旋转备用率和一次调频备用率相同时，一次调频备用要求更多的开机数量；②特高压的单机大容量，故障时所需要的一次调频备用率高于旋转备用率。本发明所提出的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，在配置发电机组出力和一次调频备用容量中起到了显著的作用，实现了机组的优化配置。

Claims (6)

1.一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据系统测试结果或电网要求，确定一次调频安全约束指标，其中，所述一次调频安全约束指标包括机组调差系数、允许的最大频率偏移、系统负荷的功-频调节系数、可能的故障功率缺额；

(2)根据机组出力水平和机组容量，将机组分为满出力机组、大出力机组和中出力机组，计算所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和；

(3)根据机组出力水平和机组最小出力限值，将机组再分为底出力机组、小出力机组和中出力机组，计算所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和；

(4)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段一次调频需求量，并根据机组提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束；

(5)依据基本日前机组调度模型，以电网经济性优化为目标，根据一次调频备用容量约束，建立计及大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度模型；

(6)根据计及一次调频性能的日前机组组合优化调度模型，配置发电机组出力和一次调频备用容量，实现机组的优化配置。

2.根据权利要求1所述的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于：步骤(2)中机组分类具体判据和过程如下：

a.满出力机组：一次调剂能力为0；

b.大出力机组：

c.中出力机组：

其中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

3.根据权利要求2所述的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于：步骤(2)中所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^up表示大出力机组数量，n^up表示向上中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

4.根据权利要求1所述的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于：步骤(3)中机组分类具体判据和过程如下：

a.底出力机组：一次调节能力为0；

b.小出力机组：

c.中出力机组：

其中，P_Gk,t为第k台机组在t时段的出力值，为第k台机组的最大允许出力，为第k台机组的额定出力值，Δf_*为系统允许的频率偏移标幺值，σ_Gk*为第k台机组的调差系数。

5.根据权利要求4所述的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于：步骤(3)中所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和为：

式中，s^down表示小出力机组数量，n^down表示向下中出力机组数量，表示第k台机组的额定发电容量。

6.根据权利要求1所述的一种考虑大受端电网一次调频性能的日前机组组合优化调度方法，其特征在于：步骤(4)具体包括：

(4-1)根据高比例受端电网的区外电源结构，及可能的最大功率缺额，依据各时段负荷值和负荷静态特性，计算各时段对发电机组一次调频需求量为：

式中，K_L*是电网调度部门掌握的数据参数，取值区间为1～3，分别是t时刻系统可能出现的最大功率缺额和最大功率超额，Δf_* ^down和Δf_* ^up为频率下降和上升的偏移量，P_L,t为t时刻负荷的功率值；

(4-2)根据各机组在限定频率偏移量内可提供的一次调频响应量，建立一次调频备用容量约束为：

式中，为所有机组在向上一次调频中可以响应的出力变化总和，为所有机组在向下一次调频中可以响应的出力变化总和。