CN110021935B - 基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统，其中，计算方法包括如下步骤：确定输电断面的功率极限的第一约束条件；确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式；建立求取输电断面乐观极限的最优化模型；确定输电断面乐观极限的第二约束条件；依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限。本发明提供的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统，可以计算乐观的输电断面稳定极限。

Description

基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统
技术领域
本发明涉及高压输电技术领域，尤其是一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统。
背景技术
电网调控除保证正常运行时的设备和电网安全，还需保障电网发生预想事故情况时的短时电网安全，即电网静态安全。目前调控系统中的电网静态安全除了通过N-1静态安全分析，更重要的是通过电网正常运行时的稳定断面监视来实现。稳定断面是根据调度运行经验，将有密切电气联系的一组设备(包括线路和变压器)组成的设备集合，设备的功率总加即为断面的功率。断面功率限值是指当断面发生故障时，保证断面其他设备短时安全条件下的断面正常可输送功率。
电网断面的确定即以及断面功率限值的计算是方式部门一项重要的工作，目前主要是依据调度经验，采用PSASP、BPA等分析软件进行离线分析，依据极端气象条件以及极端电网运行方式来确定线路电流限值和电网断面功率限值。
由于各个输电断面成员的负载率不同，通过调整输电断面送受端的发电和负荷使得输电断面功率增长时，各个输电断面成员线路功率增长的比例可能不同，因此不同的增长方式下，输电断面的稳定极限会不同。在电力市场下，要充分发挥电网的输送能力，需要计算乐观的输电断面稳定极限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法及系统，可以计算乐观的输电断面稳定极限。
本发明提供了一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，包括如下步骤：
S1：确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限；
S2：确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长；
S3：建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，其中，乐观极限的计算以输电断面中所有成员线路功率总和最大为优化目标，同时满足步骤S1中的所述第一约束条件；
S4：确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束；
S5：依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限。
进一步地，步骤S4中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
进一步地，步骤S4中，所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
进一步地，步骤S4中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率。
进一步地，步骤S4中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体还包括：
Figure BDA0002008817670000021
式中，
Figure BDA0002008817670000022
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure BDA0002008817670000023
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度。
本发明还提供了一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统，包括：
第一模块，用于确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限；
第二模块，用于确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长；
第三模块，用于建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，其中，乐观极限的计算以输电断面中所有成员线路功率总和最大为优化目标，同时满足第一模块中的所述第一约束条件；
第四模块，用于确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束；
以及第五模块，用于依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
进一步地，所述第四模块中，所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体还包括：
Figure BDA0002008817670000031
式中，
Figure BDA0002008817670000032
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure BDA0002008817670000033
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度。
本发明提供的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，可以计算乐观的输电断面稳定极限，具有如下有益效果，
1)能够快速确定电网输电断面的乐观极限，能为制定电网调度措施提供决策支持，为电力市场的运行提供支撑；
2)能够知道输电断面乐观极限下哪个输电断面成员线路越限；
3)能够给出输电断面乐观极限下送、受端发电负荷功率的调整量，可以供电网运行人员作为电网调度和电力市场运行的参考；
本发明提供的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统具有同样的有益效果。
附图说明
图1是本发明基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地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。
一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限。
具体地，线路j为输电断面J的成员线路，逐个计算输电断面J中各个故障对线路j的影响，按式(1)得到故障m后线路j的有功功率，并确保线路j发生故障m后的线路有功功率满足式(2)。
Figure BDA0002008817670000041
Figure BDA0002008817670000042
式中，Pj 1为线路j在故障m后的有功功率，Pj 0为线路j在故障m前的有功功率，
Figure BDA0002008817670000051
为线路j的极限有功功率，
Figure BDA0002008817670000052
为线路j在故障m后的有功功率变化量。
其中，
Figure BDA0002008817670000053
按照式(3)来计算。
Figure BDA0002008817670000054
式中，Pm为故障m所在线路的原有功功率，Dm-j为故障m所在线路与线路j之间的线路潮流分布因子。
当输电断面J存在一个线路满足式(4)且所有线路成员满足式(2)的情况下，按式(5)得到其功率极限。
Figure BDA0002008817670000055
Figure BDA0002008817670000056
式中，PJ lim为输电断面J的功率极限。
S2：确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长。
具体地，常规输电断面极限计算时，假设该断面功率增长时各成员线路的功率按相同比例增长，但由于各个输电断面成员的负载率不同，通过调整输电断面送受端的发电和负荷使得输电断面功率增长时，各个输电断面成员线路功率增长的比例可能不同，因此对发电、负荷功率采用不同的调整方式下，输电断面的功率极限会不同。输电断面的乐观极限应采用的调整方式是：尽量使负载率较轻的输电断面成员线路功率优先增长，尽量使负载率较重的输电断面成员线路功率缓慢增长。这样在输电断面J功率增长的时候，输电断面J成员线路在基态和预想故障后不容易发生越限，输电断面功率极限较大。
S3：建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，针对不同的发电、负荷功率调整方式下，输电断面J的乐观极限的计算以输电断面J组成成员线路功率总加最大为优化目标，同时应满足输电断面J的功率极限计算的相关约束。
Figure BDA0002008817670000057
S4：确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束。
其中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
具体地，发电机集合G和负荷集合L，调整其发电机负荷的有功功率应满足调整约束，发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
Figure BDA0002008817670000061
Figure BDA0002008817670000062
式中，PGi为发电机i的有功功率，
Figure BDA0002008817670000063
为发电机i的有功功率下限，PGi max为发电机i的有功功率上限，PLk为负荷k的有功功率，
Figure BDA0002008817670000064
为负荷k的有功功率下限，PLk max为负荷k的有功功率上限。
所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
具体地，调整发电、负荷功率时应满足潮流平衡约束。
Figure BDA0002008817670000065
式中，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量。
所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率。
具体地，输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率，即满足式(2)。根据式(1)和式(3)计算预想故障后的线路有功功率。其中发电机、负荷有功功率调整后，输电断面成员线路有功功率
Figure BDA0002008817670000067
按式(10)计算。
Figure BDA0002008817670000066
式中，
Figure BDA0002008817670000068
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure BDA0002008817670000069
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度。
S5：依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限。
具体地，公式(1)～(10)属于线性规划问题，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，求得最优解，结果包括：
1)输电断面送受端发电负荷功率的调整量，可以供电网调度运行人员参考，作为电网调度运行和电力市场运行的参考；
2)在对输电断面进行发电负荷功率调整后，输电断面各个成员线路的基态功率Pj 0、预想故障后功率Pj 1，可以知道输电断面乐观极限下哪个输电断面成员线路达到其有功功率极限，即满足式(4)。
3)输电断面组成成员线路功率总加，按式(5)得到输电断面的乐观稳定极限。
本发明还提供了一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统，其工作原理可以参考上述的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，包括：
第一模块，用于确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限；
第二模块，用于确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长；
第三模块，用于建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，其中，乐观极限的计算以输电断面中所有成员线路功率总和最大为优化目标，同时满足第一模块中的所述第一约束条件；
第四模块，用于确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束；
以及第五模块，用于依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
进一步地，所述第四模块中，所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率。
进一步地，所述第四模块中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体还包括：
Figure BDA0002008817670000081
式中，
Figure BDA0002008817670000082
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure BDA0002008817670000083
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度。
本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限；
S2：确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长；
S3：建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，其中，乐观极限的计算以输电断面中所有成员线路功率总和最大为优化目标，同时满足步骤S1中的所述第一约束条件；
S4：确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束；
S5：依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限；
其中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率，以及：
Figure FDA0002902741110000011
式中，
Figure FDA0002902741110000012
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure FDA0002902741110000013
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度，G为发电机集合，L为负荷集合。
2.如权利要求1所述的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，其特征在于，步骤S4中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
3.如权利要求1所述的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算方法，其特征在于，步骤S4中，所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
4.一种基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于确定输电断面的功率极限的第一约束条件，所述第一约束条件包括：输电断面的成员线路故障后其他成员线路不越限；
第二模块，用于确定输电断面的乐观极限应采用的调整方式，所述调整方式为：使负载率较轻的成员线路功率优先增长，使负载率较重的成员线路功率缓慢增长；
第三模块，用于建立求取输电断面乐观极限的最优化模型，其中，乐观极限的计算以输电断面中所有成员线路功率总和最大为优化目标，同时满足第一模块中的所述第一约束条件；
第四模块，用于确定输电断面乐观极限的第二约束条件，所述第二约束条件包括：输电断面送受端发电负荷调整的约束、发电负荷调整的潮流平衡约束和输电断面成员线路的热稳定约束；
以及第五模块，用于依据所述最优化模型和所述第二约束条件，采用单纯形线性规划算法进行最优化计算，计算出输电断面的乐观极限；
所述第四模块中，所述输电断面成员线路的热稳定约束具体包括：输电断面中任意一个成员线路发生预想故障后其有功功率不超过其极限有功功率，以及
Figure FDA0002902741110000021
式中，
Figure FDA0002902741110000022
为发电机、负荷功率调整后的线路j有功功率，
Figure FDA0002902741110000023
为发电机、负荷功率调整前的线路j有功功率，ΔPGi为发电机i的有功功率调整量，Gi-j是发电机i功率调整对线路j有功功率的灵敏度，ΔPLk为负荷k的有功功率调整量，Gk-j是负荷k功率调整对线路j有功功率的灵敏度，G为发电机集合，L为负荷集合。
5.如权利要求4所述的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统，其特征在于，所述第四模块中，所述输电断面送受端发电负荷调整的约束具体包括：发电机有功功率应在最小允许功率和最大允许功率之间，负荷的有功功率应在允许范围之间。
6.如权利要求4所述的基于最优化计算的输电断面乐观极限快速计算系统，其特征在于，所述第四模块中，所述发电负荷调整的潮流平衡约束具体包括：发电机的有功功率调整量等于负荷的有功功率调整量。
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