CN109473991B - 一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电网调度控制领域，尤其涉及一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A）获取负荷控制总量；B）计算各区域负荷切除目标量；C）从拉限电序位表选取待拉线路；D）构建足量切除负荷模型与缺量切负荷模型；E）构建区域负荷均衡模型；F）计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值；G）输出各区域切除线路；区域是指地区电网辖区内各县级供电单位与区级供电单位。本发明的有益效果是：能够在满足切除负荷量的基础上，减小总切除负荷量，避免过量切除，有效兼顾经济性和区域公平性，能够最大程度上减少切负荷量，并且充分保障电网调度的公平性。

Description

一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法
技术领域
本发明涉及电网调度控制领域，尤其涉及一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法。
背景技术
地区电网在遇到易引起线路越限、发供电不平衡、电网频率下降等各种情况下，需要采取紧急负荷控制的方法来应对。现有的地区电网负荷控制时，为了保持用户重要供电，常从拉限电序表中人工选取线路进行切除，由于负荷的波动性，切除时无法有效地按照各区域预先分配的负荷切除比例进行准确切除，导致各区域负荷切除量过多，并且不平衡。现有的对负荷控制技术控制目标单一，多以切除量最小为目标，所构造的约束条件均大于预先分配各区域负荷切除指标，结果往往存在过切，并且各区域间切除不平衡，使得有些区域切除过多，有些区域切除过少，无法有效兼顾经济性与公平性，迫切需要进一步改进。
中国专利CN 101969234 A，公开日2011年2月9日，变电站自动化系统变压器负荷优化控制方法，其通过对当前变电站进行拓扑连接分析，获取正在运行的主变设备相关联的负荷，若主变已过负荷，则对过负荷的主变根据负荷优先级以及闭锁状态计算出可以切除的负荷，然后通过网络上送给调度决策，若调度认可则实际下发切除控制令，否则根据调度指令结果重新计算切负荷策略并上送调度确认，直到该主变已没有可以切除的负荷为止。其在现有变压器负荷优化装置动作策略的基础上，采用软件模块嵌入到变电站综合监控系统中，免去了硬件装置的成本，并且结合现有的计算机通信技术，实现和主站端负荷优化控制策略互动，从而达到对变电站负荷最优控制的目的。但其选择可切除负荷时，并没有考虑切除后对区域负荷平衡性的影响，切除负荷具有一定的盲目性，容易过量切除，造成资源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在目前的负荷切除策略中，无法避免过量切除的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法，包括以下步骤：A)获取负荷控制总量；B)计算各区域负荷切除目标量；C)从拉限电序位表选取待拉线路；D)构建足量切除负荷模型与缺量切负荷模型；E)构建区域负荷均衡模型；F)计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值；G)输出各区域切除线路；所述的区域是指地区电网辖区内各县级供电单位与区级供电单位。
作为优选，所述足量切除负荷模型的目标函数为：
Figure BDA0001579227680000021
负荷量约束条件为：
Figure BDA0001579227680000022
平衡性约束条件为：
Figure BDA0001579227680000023
其中，M为全部区域的集合，m为集合M内区域的个数，Nk为区域k的可切负荷集合，nk为区域k的可切负荷集合Nk内负荷的数量，k∈M；x为离散型控制变量，其分量为
Figure BDA0001579227680000024
Figure BDA0001579227680000025
Figure BDA0001579227680000026
表示切除区域k的可控负荷i，
Figure BDA0001579227680000027
表示保留区域k的可控负荷i，
Figure BDA0001579227680000028
为区域k的可控负荷i，的实时负荷量，p(k)(k∈M)为区域k的负荷分配比例，T为拟切除的负荷目标值，p(k)和T的值由调度中心获得，T(k)为区域k的总切负荷量，ε为设定正常数，代表拟切除量的标准差值。
作为优选，所述缺量切负荷模型的目标函数为：
Figure BDA0001579227680000029
约束条件为：
Figure BDA00015792276800000210
其中，M为全部区域的集合，m为集合M内区域的个数，Nk为区域k的可切负荷集合，nk为区域k的可切负荷集合Nk内负荷的数量，k∈M；x为离散型控制变量，其分量为
Figure BDA00015792276800000211
Figure BDA00015792276800000212
Figure BDA00015792276800000213
表示切除区域k的可控负荷i，
Figure BDA00015792276800000214
表示保留区域k的可控负荷i，
Figure BDA00015792276800000215
为区域k的可控负荷i，的实时负荷量，p(k)(k∈M)为区域k的负荷分配比例，T为拟切除的负荷目标值，p(k)和T的值由调度中心获得。
作为优选，所述区域负荷均衡模型目标函数为：
Figure BDA00015792276800000216
约束条件为：
Figure BDA00015792276800000217
其中，m为全部区域集合内区域的个数，yk为第k个区域的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，
Figure BDA0001579227680000031
为区域k按足量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA0001579227680000032
为区域k按缺量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA0001579227680000033
为各个区域按缺量解进行切负荷的总量，T为拟切除的负荷目标值。
作为优选，所述区域负荷均衡模型目标函数为：
Figure BDA0001579227680000034
约束条件为：
Figure BDA0001579227680000035
其中，m为全部区域集合内区域的个数，yk为第k个区域的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，
Figure BDA0001579227680000036
为区域k按足量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA0001579227680000037
为区域k按缺量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA0001579227680000038
为各个区域按缺量解进行切负荷的总量，T为拟切除的负荷目标值。
作为优选，在足量切除负荷模型和缺量切负荷模型的约束条件均还包括区域平衡性约束，即：
Figure BDA0001579227680000039
其中，m为全部区域集合内区域的个数，yk为区域k的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，
Figure BDA00015792276800000310
为区域k按足量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA00015792276800000311
为区域k按缺量解进行总加的切负荷量，
Figure BDA00015792276800000312
为各个区域按缺量解进行切负荷的总量，T为拟切除的负荷目标值。
作为优选，所述计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值的方法包括以下步骤：F1)为每个区域k随机选择足量切除方式或缺量切除方式，组成初始解；F2)计算初始解的区域负荷均衡值，构建邻域函数；F3)从邻域随机选取一组解，计算其区域负荷均衡值，与初始解的区域负荷均衡值进行比较，若其区域负荷均衡值大于初始解的区域负荷均衡值，则将其作为新解，并计算新解的邻域；F4)从新解的领域中找到比新解的区域负荷均衡值更大的更优解，并新解替换成找到的更优解，若领域中的解的区域负荷均衡值均小于新解的区域负荷均衡值，则将新解作为最终解输出；所述领域函数为|V(f′)-V(f)|<δ，其中，V(f)为解f的领域内的一个解f′的特征向量，V(f)为解f的特征向量，解f的特征向量V(f)＝(y1,y2,…,yk)，k∈M，M为全部区域的集合，yk为区域k的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，δ为设定常数，其值越大则解f的领域越大。
本发明的实质性效果是：能够在满足切除负荷量的基础上，减小总切除负荷量，避免过量切除，有效兼顾经济性和区域公平性，能够最大程度上减少切负荷量，并且充分保障电网调度的公平性。
附图说明
图1是本发明负荷控制方法的流程图。
图2是按足量方式切除负荷示意图。
图3是按均衡模型切除负荷示意图。
图4是算法间的标准差对比。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，本发明负荷控制方法的流程图，包括以下步骤：
(1)获取负荷控制总量：
负荷控制总量是省级调控部门经过计算所得到的地区负荷切除总量，通过在所管辖县级供电区域内切除该控制总量的负荷，即可以使得电网恢复安全运行。
(2)计算各区域负荷切除目标量：
为了避免地区下的各区域内过多的切除负荷，常常需要预先制定各区域内切除负荷的指标比例，并按负荷指标分例分配各区域的目标切除负荷量，区域是指地区电网辖区内各县级供电单位与区级供电单位。如表1所示为某地区电网所辖6个区域内的分配负荷切除指标比例。
表1
区域 可切负荷(MW) 可切线路条数 分配指标比例
区域1 123.7 25 20.97％
区域2 98.9 30 19.12％
区域3 70.4 21 12.96％
区域4 36.5 13 6.58％
区域5 37.5 8 7.08％
区域6 180.0 43 33.29％
合计 547 140 100％
(3)从拉限电序位表选取待拉线路：
为了避免重要用户所在负荷被拉掉，需要提前制定拉限电序位表，从拉限电序位表中选取线路进行拉负荷，避免重要用户失电，各区域根据本区域用户重要等级，制定拉限电序表，当需要拉负荷时，从本区域内拉限电序位中选取合适的线路进行切负荷。
(4)构建足量切除负荷模型与缺量切负荷模型：
足量切除负荷模型包含目标函数与约束条件，足量切除负荷模型目标函数是满足各种约束的地区电网负荷切除总量最小值。其目标函数数学表达式如下：
(4.1)足量切负荷目标函数：
Figure BDA0001579227680000051
式(1)中，f(x)为目标函数；m为区域个数，nk为第k个区域的可切负荷个数，k＝1,2,……,m；x为离散型控制变量，其分量为
Figure BDA0001579227680000052
此处
Figure BDA0001579227680000053
表示切除第k个区域的第i个可控负荷，而
Figure BDA0001579227680000054
表示不切除。
Figure BDA0001579227680000055
为第k个区域第i个可控负荷的实时负荷量。
(4.2)足量切负荷各区域切负荷量约束：
Figure BDA0001579227680000056
式(2)中，p(k)(k＝1,2,……,m)为第k个区域的负荷分配比例，实际电网调度中要求第k个区域切除负荷总量不小p(k)T，T为拟切除的负荷目标值。
(4.3)足量切负荷区域平衡性约束
Figure BDA0001579227680000057
式(3)中，T(k)为第k个区域的总切负荷量，即：
Figure BDA0001579227680000058
ε为一个较小的正数，为拟切除量的标准差值。
(4.4)缺量切负荷目标函数与约束条件：
Figure BDA0001579227680000059
缺量切负荷目标函数为k区域内切除的总加权负荷最大，其约束条件为k区域内切负荷量小于分配指标p(k)T，即：
Figure BDA0001579227680000061
可将缺量切负荷问题转化成标准的最小化问题，即：
Figure BDA0001579227680000062
约束条件(5)转变为
Figure BDA0001579227680000063
此时足量切负荷问题与缺量切负荷问题具有统一的形式，可以灵活统一选取现有的求解离散变量最优化问题的方法，就可以得到各个区域的足量解
Figure BDA0001579227680000064
和缺量解
Figure BDA0001579227680000065
对应的加权切负荷量为
Figure BDA0001579227680000066
和
Figure BDA0001579227680000067
(5)构建区域负荷均衡模型
(5.1)区域负荷均衡模型目标函数为：
Figure BDA0001579227680000068
式(8)中，yk为第k个区域的离散变量，表示是按足量解还是缺量解来执行切负荷，当为1是表示是按足量解来切负荷，当为0时表示是按缺量解来执行切负荷；
(5.2)区域负荷均衡模型约束条件为：
Figure BDA0001579227680000069
式(9)中，
Figure BDA00015792276800000610
为各个区域按缺量解进行切负荷的总量，此值必小于目标值T，因此至少需要再切负荷量为
Figure BDA00015792276800000611
才能够达到切除目标。若此第k个区域按足量解进行切负荷，切负荷总量将会多出
Figure BDA00015792276800000612
而所有区域多出的切负荷量大于
Figure BDA00015792276800000613
时，切负荷目标就能完成，这就是区域平衡优化问题的目标函数和约束条件的意义。
前述的区域负荷均衡模型是根据“盈亏互补”的思想，统筹考虑各区域的切负荷足量与切负荷切量，寻求总切除负荷最小的策略，当按足量解求出的总切除量将比目标值T更大，如图2所示；而采用区域负荷均衡模型，则是寻找出如图3所示的切负荷策略，即部分区域是按足量负荷模型切除，而另外一部分区域则按缺量负荷模型切除，从而使总切除负荷大于目标值T，而小于如图2所示的足量切除模型，又能够使每个区域切除的负荷在分配指标附近。
(6)计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值：
足量负荷切除量与缺量负荷切除量具有统一的形式，可以灵活统一选取现有的求解离散变量最优化问题的方法，是一个0-1离散变量最小化问题，区域负荷均衡也是个0-1离散变量最小化问题，可以采用0-1优化问题的领域搜索算法或隐枚举法进行求解。
(7)输出各区域切除线路：
按照各区域负荷均衡计算结果来输出各区域按负荷线路，即当yk＝1时，按足量解输出相应区域的要切除输电线路，否则，按缺量解输出相应区域的要切除输电线路。
为了验证本发明算法效果，用实际中常用的地区负荷控制方法进行比较：
算法1为常规的各区域按照预先分配的指标独立进行负荷控制；
算法2为考虑从地区总体角度进行负荷总量控制；
算法3为本发明的方法，即同时考虑了负荷足量解、缺量解及区域负荷均衡的算法。
以某地区的6个县域和城区参数为例(如表1所示)，对算法1、2、3分别选取不同的切负荷目标值进行分别计算，计算结果如表2所示，各区域实际切负荷量与分配指标之间的最大偏差、标准差如表3所示。
表2
Figure BDA0001579227680000071
表3
Figure BDA0001579227680000072
从结果上可以看出，算法1要求各区域在不小于其分配指标的情况下独立完成负荷控制，偏重于区域平衡性、经济性次之；算法2在地区层面统一完成了负荷控制，力求切负荷量的经济性，平均多切负荷0.7MW,而算法1多切了5MW以上。本专利算法，在切负荷量和区域平衡方面都有优势，平均多切负荷0.3MW左右，最大标准差为1.8％,在区域平衡方面比算法1略优，比算法2偏差较小得多，图3中更直观的反映本算法的优越性。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法，其特征在于，
包括以下步骤：
A)获取负荷控制总量；
B)计算各区域负荷切除目标量；
C)从拉限电序位表选取待拉线路；
D)构建足量切除负荷模型与缺量切负荷模型；
所述足量切除负荷模型的目标函数为：
Figure FDA0003516234250000011
负荷量约束条件为：
Figure FDA0003516234250000012
平衡性约束条件为：
Figure FDA0003516234250000013
所述缺量切负荷模型的目标函数为：
Figure FDA0003516234250000014
约束条件为：
Figure FDA0003516234250000015
其中，M为全部区域的集合，m为集合M内区域的个数，Nk为区域k的可切负荷集合，nk为区域k的可切负荷集合Nk内负荷的数量，k∈M；x为离散型控制变量，其分量为
Figure FDA0003516234250000016
(k∈M,i∈Nk),
Figure FDA0003516234250000017
表示切除区域k的可控负荷i，
Figure FDA0003516234250000018
表示保留区域k的可控负荷i，
Figure FDA0003516234250000019
为区域k的可控负荷i，的实时负荷量，p(k)(k∈M)为区域k的负荷分配比例，T为拟切除的负荷目标值，p(k)和T的值由调度中心获得，T(k)为区域k的总切负荷量，ε为设定正常数，代表拟切除量的标准差值；
E)构建区域负荷均衡模型；
所述区域负荷均衡模型目标函数为：
Figure FDA0003516234250000021
约束条件为：
Figure FDA0003516234250000022
其中，m为全部区域集合内区域的个数，yk为第k个区域的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，
Figure FDA0003516234250000023
为区域k按足量解进行总加的切负荷量，
Figure FDA0003516234250000024
为区域k按缺量解进行总加的切负荷量，
Figure FDA0003516234250000025
为各个区域按缺量解进行切负荷的总量，T为拟切除的负荷目标值；
F)计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值；
G)输出各区域切除线路；
所述的区域是指地区电网辖区内各县级供电单位与区级供电单位；
其中，M为全部区域的集合，m为集合M内区域的个数，Nk为区域k的可切负荷集合，nk为区域k的可切负荷集合Nk内负荷的数量，k∈M；x为离散型控制变量，其分量为
Figure FDA0003516234250000026
(k∈M,i∈Nk),
Figure FDA0003516234250000027
表示切除区域k的可控负荷i，
Figure FDA0003516234250000028
表示保留区域k的可控负荷i，
Figure FDA0003516234250000029
为区域k的可控负荷i，的实时负荷量，p(k)(k∈M)为区域k的负荷分配比例，T为拟切除的负荷目标值，p(k)和T的值由调度中心获得。
2.根据权利要求1所述的一种考虑区域平衡的地区电网最优负荷控制方法，其特征在于，所述计算各区域足量负荷切除与缺量负荷切除及区域负荷均衡值的方法包括以下步骤：
F1)为每个区域k随机选择足量切除方式或缺量切除方式，组成初始解；
F2)计算初始解的区域负荷均衡值，构建邻域函数；
F3)从邻域随机选取一组解，计算其区域负荷均衡值，与初始解的区域负荷均衡值进行比较，若其区域负荷均衡值大于初始解的区域负荷均衡值，则将其作为新解，并计算新解的邻域；
F4)从新解的领域中找到比新解的区域负荷均衡值更大的更优解，并新解替换成找到的更优解，若领域中的解的区域负荷均衡值均小于新解的区域负荷均衡值，则将新解作为最终解输出；
所述领域函数为|V(f′)-V(f)|<δ，其中，V(f)为解f的领域内的一个解f′的特征向量，V(f)为解f的特征向量，解f的特征向量V(f)＝(y1,y2,…,yk)，k∈M，M为全部区域的集合，yk为区域k的离散变量，其值为1时表示按足量解来切负荷，其值为0时表示按缺量解来执行切负荷，δ为设定常数，其值越大则解f的领域越大。
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