CN109784605A - 基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法 - Google Patents

基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法 Download PDF

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丁一
郭超
周华
项中明
吴华华
陆春良
吴一峰
张俊
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State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
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    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Abstract

本发明公开了一种基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，涉及电力系统运行和控制技术领域。风电等可再生能源的大规模应用会对系统内同步发电机之间的暂态稳定性产生巨大的影响。本发明包括以下步骤：建立电力系统备用容量联合优化调度模型；建立故障后系统的暂态过程模型；建立基于暂态稳定约束的备用容量联合优化调度模型并求解；将暂态稳定约束纳入到电力系统备用容量联合优化调度模型中，构成标准的非线性规划问题，通过内点法进行求解，获得发电机的出力及备用安排情况。本技术方案综合考虑用户对系统可靠性的要求以及预想故障情况下系统的暂态稳定性，确定系统调用的备用容量，促进新能源的消纳。

Description

基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法
技术领域
本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种优化调度方法。
背景技术
当前，随着能源、环境、气候变化问题的日益突出，发展可再生能源的成为世界能源发展的新趋势。然而，风电等可再生能源的大规模应用会对系统内同步发电机之间的暂态稳定性产生巨大的影响，因此给电力系统的安全运行带来挑战。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，以达到提高电力系统的运行可靠性目的。为此，本发明采取以下技术方案。
基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，包括以下步骤：
1)建立电力系统备用容量联合优化调度模型；
101)获取系统运行参数及用户可靠性参数；
102)确定目标函数，目标函数为系统总运行成本最低；
103)确定备用容量优化调度模型的约束；
包括节点功率平衡约束、发电机出力约束、备用容量约束、用户切负荷量约束、节点电压约束、线路潮流约束；
104)根据目标函数和约束条件，确定电力系统备用容量联合优化调度模型；
2)建立故障后系统的暂态过程模型；
201)获得系统预想故障；
202)获得系统发电机转子运动方程；
203)对转子运动方程进行求解，得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束构建暂态稳定约束，确定暂态过程模型；
3)建立基于暂态稳定约束的备用容量联合优化调度模型并求解；
将暂态稳定约束纳入到电力系统备用容量联合优化调度模型中，构成标准的非线性规划问题，通过内点法进行求解，获得发电机的出力及备用安排情况。
作为优选技术手段：在步骤102)，目标函数为：
其中，i代表发电机的节点，j代表故障状态，Ng代表发电机节点的集合，g代表发电单元，NGi代表节点i上的发电单元数，GCig为发电的成本函数，代表节点i上发电单元g的初始有功出力，ΔPig代表节点 i上发电单元g调整的有功出力，RCir为备用的成本函数，为调用的有功备用容量，NL代表负荷节点的集合，NLi代表节点i上的负荷类型， OCis代表用户的切负荷成本函数，LCpis代表节点i上用户类型s的有功切负荷量。
作为优选技术手段：切负荷成本函数的表达式为：
其中dj代表停运时间，CDFs(dj)是停运时间的函数，不同负荷类型具有不同的曲线。
作为优选技术手段：在步骤103)中，
A.节点功率平衡约束为：
其中代表节点i上发电单元g的初始无功出力，ΔQig代表节点i 上发电单元g调整的无功出力，代表节点i上用户类型s的初始有功负荷，V代表节点电压的幅值，θ代表节点电压的相位，Y代表节点导纳矩阵，δ为功角，为调用的无功备用容量，LCqis代表节点i上用户类型s的无功切负荷量。
B.发电机出力约束为：
其中，Pigmax和Pigmin分别代表发电机有功出力上下限，Qigmax和Qigmin分别代表发电机无功出力上下限，和分别代表发电机调整出力的上下限。
C.备用容量约束为：
其中，Pirmax和Pirmin分别代表发电机有功备用容量的上下限，Qirmax和 Qirmin分别代表发电机无功备用容量的上下限。
D.用户切负荷量约束为：
其中，代表有功切负荷的上限，代表无功切负荷的上限。
E.节点电压约束为：
|Vi j|min≤|Vi j|≤|Vi j|max
其中，|Vi j|max和|Vi j|min分别代表节点电压幅值的上限和下限。
F.线路潮流约束为：
其中，代表支路潮流的上限。
作为优选技术手段：在步骤202)中，系统发明发电机转子运动方程为：
其中，δi代表发电机i的功角，ω0代表发电机的额定电角速度，ωi代表发电机的实际电角速度，Mi代表发电机的转动惯量，pmi代表发电机的机械功率，Pei代表发电机的电磁功率，Di代表发电机的阻尼系数；
发电机的电磁功率为：
其中，Ei,Ej代表发电机的内电势，Gij,Bij代表仅保留发电机电势节点的导纳矩阵各元素实部与虚部。
作为优选技术手段：在步骤203)中，包括：
A.获得暂态稳定性的约束：
其中(1)式为发电机初始运行状态下的暂态稳定约束，(2)式为预想故障下发电机的暂态稳定约束；
δ和分别为与惯性中心偏移量的上限与下限，其中δCOI为电力系统的惯性中心，其计算方法如下：
B.获得发电机的初值方程
将初值方程转化为实部与虚部后纳入电力系统备用容量联合优化调度模型中：
C.对发电机转子运动方程进行处理
采用改进欧拉法求解转子运动方程：
得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束。
作为优选技术手段：δ和分别取值为-100°和100°。
有益效果：本方法提出一种考虑暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，综合考虑用户对系统可靠性的要求以及预想故障情况下系统的暂态稳定性，确定系统调用的备用容量，促进新能源的消纳。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，包括以下步骤：
S1:建立电力系统备用容量联合优化调度模型；
S101:获取系统运行参数及用户可靠性参数；
S102:确定目标函数，目标函数为系统总运行成本最低；
目标函数为：
其中，i代表发电机的节点，j代表故障状态，Ng代表发电机节点的集合，g代表发电单元，NGi代表节点i上的发电单元数，GCig为发电的成本函数，代表节点i上发电单元g的初始有功出力，ΔPig代表节点 i上发电单元g调整的有功出力，RCir为备用的成本函数，为调用的有功备用容量，NL代表负荷节点的集合，NLi代表节点i上的负荷类型， OCis代表用户的切负荷成本函数，LCpis代表节点i上用户类型s的有功切负荷量。
切负荷成本函数的表达式为：
其中dj代表停运时间，CDFs(dj)是停运时间的函数，不同负荷类型具有不同的曲线。
S103:确定备用容量优化调度模型的约束；
约束包括节点功率平衡约束、发电机出力约束、备用容量约束、用户切负荷量约束、节点电压约束、线路潮流约束；
A.节点功率平衡约束为：
其中代表节点i上发电单元g的初始无功出力，ΔQig代表节点i 上发电单元g调整的无功出力，代表节点i上用户类型s的初始有功负荷，V代表节点电压的幅值，θ代表节点电压的相位，Y代表节点导纳矩阵，δ为功角，为调用的无功备用容量，LCqis代表节点i上用户类型s的无功切负荷量。
B.发电机出力约束为：
其中，Pigmax和Pigmin分别代表发电机有功出力上下限，Qigmax和Qigmin分别代表发电机无功出力上下限，和分别代表发电机调整出力的上下限。
C.备用容量约束为：
其中，Pirmax和Pirmin分别代表发电机有功备用容量的上下限，Qirmax和 Qirmin分别代表发电机无功备用容量的上下限。
D.用户切负荷量约束为：
其中，代表有功切负荷的上限，代表无功切负荷的上限。
E.节点电压约束为：
|Vi j|min≤|Vi j|≤|Vi j|max
其中，|Vi j|max和|Vi j|min分别代表节点电压幅值的上限和下限。
F.线路潮流约束为：
其中，代表支路潮流的上限。
S104:根据目标函数和约束条件，确定电力系统备用容量联合优化调度模型；
S2:建立故障后系统的暂态过程模型；
S201:获得系统预想故障；
S202:获得系统发电机转子运动方程；
系统发明发电机转子运动方程为：
其中，δi代表发电机i的功角，ω0代表发电机的额定电角速度，ωi代表发电机的实际电角速度，Mi代表发电机的转动惯量，pmi代表发电机的机械功率，Pei代表发电机的电磁功率，Di代表发电机的阻尼系数；
发电机的电磁功率为：
其中，Ei,Ej代表发电机的内电势，Gij,Bij代表仅保留发电机电势节点的导纳矩阵各元素实部与虚部。
S203:对转子运动方程进行求解，得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束构建暂态稳定约束，确定暂态过程模型；
具体包括：
A.获得暂态稳定性的约束：
其中(1)式为发电机初始运行状态下的暂态稳定约束，(2)式为预想故障下发电机的暂态稳定约束；
δ和分别为与惯性中心偏移量的上限与下限，一般δ和分别取值为-100°和100°。其中δCOI为电力系统的惯性中心，其计算方法如下：
B.获得发电机的初值方程
将初值方程转化为实部与虚部后纳入电力系统备用容量联合优化调度模型中：
C.对发电机转子运动方程进行处理
采用改进欧拉法求解转子运动方程：
得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束。
S3:建立基于暂态稳定约束的备用容量联合优化调度模型并求解
将暂态稳定约束纳入到电力系统备用容量联合优化调度模型中，构成标准的非线性规划问题，通过内点法进行求解，获得发电机的出力及备用安排情况。
以上图1所示的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (7)

1.基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于包括以下步骤：
1)建立电力系统备用容量联合优化调度模型；
101)获取系统运行参数及用户可靠性参数；
102)确定目标函数，目标函数为系统总运行成本最低；
103)确定备用容量优化调度模型的约束；
包括节点功率平衡约束、发电机出力约束、备用容量约束、用户切负荷量约束、节点电压约束、线路潮流约束；
104)根据目标函数和约束条件，确定电力系统备用容量联合优化调度模型；
2)建立故障后系统的暂态过程模型；
201)获得系统预想故障；
202)获得系统发电机转子运动方程；
203)对转子运动方程进行求解，得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束构建暂态稳定约束，确定暂态过程模型；
3)建立基于暂态稳定约束的备用容量联合优化调度模型并求解；
将暂态稳定约束纳入到电力系统备用容量联合优化调度模型中，构成标准的非线性规划问题，通过内点法进行求解，获得发电机的出力及备用安排情况。
2.根据权利要求1所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：在步骤102)，目标函数为：
其中，i代表发电机的节点，j代表故障状态，Ng代表发电机节点的集合，g代表发电单元，NGi代表节点i上的发电单元数，GCig为发电的成本函数，代表节点i上发电单元g的初始有功出力，ΔPig代表节点i上发电单元g调整的有功出力，RCir为备用的成本函数，为调用的有功备用容量，NL代表负荷节点的集合，NLi代表节点i上的负荷类型，OCis代表用户的切负荷成本函数，LCpis代表节点i上用户类型s的有功切负荷量。
3.根据权利要求2所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：切负荷成本函数的表达式为：
其中dj代表停运时间，CDFs(dj)是停运时间的函数，不同负荷类型具有不同的曲线。
4.根据权利要求3所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：在步骤103)中，
A.节点功率平衡约束为：
其中代表节点i上发电单元g的初始无功出力，ΔQig代表节点i上发电单元g调整的无功出力，代表节点i上用户类型s的初始有功负荷，V代表节点电压的幅值，θ代表节点电压的相位，Y代表节点导纳矩阵，δ为功角，为调用的无功备用容量，LCqis代表节点i上用户类型s的无功切负荷量。
B.发电机出力约束为：
其中，Pigmax和Pigmin分别代表发电机有功出力上下限，Qigmax和Qigmin分别代表发电机无功出力上下限，和分别代表发电机调整出力的上下限。
C.备用容量约束为：
其中，Pirmax和Pirmin分别代表发电机有功备用容量的上下限，Qirmax和Qirmin分别代表发电机无功备用容量的上下限。
D.用户切负荷量约束为：
其中，代表有功切负荷的上限，代表无功切负荷的上限。
E.节点电压约束为：
|Vi j|min≤|Vi j|≤|Vi j|max
其中，|Vi j|max和|Vi j|min分别代表节点电压幅值的上限和下限。
F.线路潮流约束为：
其中，代表支路潮流的上限。
5.根据权利要求4所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：在步骤202)中，系统发明发电机转子运动方程为：
其中，δi代表发电机i的功角，ω0代表发电机的额定电角速度，ωi代表发电机的实际电角速度，Mi代表发电机的转动惯量，pmi代表发电机的机械功率，Pei代表发电机的电磁功率，Di代表发电机的阻尼系数；
发电机的电磁功率为：
其中，Ei,Ej代表发电机的内电势，Gij,Bij代表仅保留发电机电势节点的导纳矩阵各元素实部与虚部。
6.根据权利要求5所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：在步骤203)中，包括：
A.获得暂态稳定性的约束：
其中(1)式为发电机初始运行状态下的暂态稳定约束，(2)式为预想故障下发电机的暂态稳定约束；
δ和分别为与惯性中心偏移量的上限与下限，其中δCOI为电力系统的惯性中心，其计算方法如下：
B.获得发电机的初值方程
将初值方程转化为实部与虚部后纳入电力系统备用容量联合优化调度模型中：
C.对发电机转子运动方程进行处理
采用改进欧拉法求解转子运动方程：
得到各离散点上发电机的功角，基于此构建暂态稳定约束。
7.根据权利要求6所述的基于暂态稳定约束的电力系统备用容量联合优化调度方法，其特征在于：δ和分别取值为-100°和100°。
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