CN110245994A - 一种负荷区域确定方法、系统及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请所提供的一种负荷区域确定方法，包括：利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；将目标线路设置为潮流硬约束，对市场出清模型进行循环计算直至确定所有目标线路，并将所有目标线路作为负荷区域的边界线路；基于边界线路确定各个负荷区域。该方法依据各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度确定边界线路，由于潮流松弛量及相对越限程度能够反映网络线路阻塞状况，故该方法能够确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域。本申请还提供一种负荷区域确定系统、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。

Description

一种负荷区域确定方法、系统及相关装置
技术领域
本申请涉及负荷区域确定领域，特别涉及一种负荷区域确定方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
电力工业体制正发生着深刻的变革，打破垄断、引入竞争，建立统一、开放、竞争、有序的电力市场，已成为发展的趋势。现货市场是电力市场体系的重要环节，对于电力市场的开放、竞争、有序运行起到了基础性的支撑作用，也是协调市场交易与系统安全的关键所在。
在现货市场的定价机制下，需将全网被分为若干个负荷区域，也即确定负荷区域。目前，确定负荷区域的方法是基于节点电价进行聚类，将各节点电价尽可能接近的区域作为一个负荷区域。但是，该方法确定的负荷区域内存在网络线路阻塞、各节点不相连的情况。
因此，如何确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种负荷区域确定方法、系统、设备及计算机可读存储介质，能够确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域。
为解决上述技术问题，本申请提供一种负荷区域确定方法，包括：
利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，所述市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
将所述目标线路设置为潮流硬约束，对所述市场出清模型进行循环计算直至确定所有所述目标线路，并将所有所述目标线路作为负荷区域的边界线路；
基于所述边界线路确定各个负荷区域。
优选地，该负荷区域确定方法还包括：
若各条所述阻塞线路的所述潮流松弛量均为零，则将各条所述阻塞线路确定为所述边界线路。
优选地，所述将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路之后，还包括：
判断所述目标线路是否为区域内部线路；
若所述目标线路为所述区域内部线路，则计算各所述节点对所述目标线路修正后的功率转移分布因子；
基于所述功率转移分布因子，将所述目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；
基于所述第一类和所述第二类，将所述区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
优选地，该负荷区域确定方法还包括：
依据各个所述负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。
本申请还提供一种负荷区域确定系统，包括：
目标线路确定模块，用于利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，所述市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
第一边界线路确定模块，用于将所述目标线路设置为潮流硬约束，对所述市场出清模型进行循环计算直至确定所有所述目标线路，并将所有所述目标线路作为负荷区域的边界线路；
负荷区域确定模块，用于基于所述边界线路确定各个负荷区域。
优选地，该负荷区域确定系统还包括：
第二边界线路确定模块，用于若各条所述阻塞线路的所述潮流松弛量均为零，则将各条所述阻塞线路确定为所述边界线路。
优选地，该负荷区域确定系统还包括：
线路判断模块，用于判断所述目标线路是否为区域内部线路；
功率转移分布因子计算模块，用于若所述目标线路为所述区域内部线路，则计算各所述节点对所述目标线路修正后的功率转移分布因子；
节点划分模块，用于基于所述功率转移分布因子，将所述目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；
负荷区域划分模块，用于基于所述第一类和所述第二类，将所述区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
优选地，该负荷区域确定系统还包括：
电价确定模块，用于依据各个所述负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。
本申请还提供一种设备，包括：存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述所述的负荷区域确定方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的负荷区域确定方法的步骤。
本申请所提供的一种负荷区域确定方法，包括：利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，所述市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；将所述目标线路设置为潮流硬约束，对所述市场出清模型进行循环计算直至确定所有所述目标线路，并将所有所述目标线路作为负荷区域的边界线路；基于所述边界线路确定各个负荷区域。
该方法依据各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度确定边界线路，由于潮流松弛量及相对越限程度能够反映网络线路阻塞状况，故该方法能够确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域。本申请还提供一种负荷区域确定系统、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种负荷区域确定方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种负荷区域确定系统的结构框图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种负荷区域确定方法，能够确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域。本申请的另一核心是提供一种负荷区域确定系统、设备及计算机可读存储介质。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
电力工业体制正发生着深刻的变革，打破垄断、引入竞争，建立统一、开放、竞争、有序的电力市场，已成为发展的趋势。现货市场是电力市场体系的重要环节，对于电力市场的开放、竞争、有序运行起到了基础性的支撑作用，也是协调市场交易与系统安全的关键所在。
在现货市场的定价机制下，需将全网被分为若干个负荷区域，也即确定负荷区域。目前，确定负荷区域的方法是基于节点电价进行聚类，将各节点电价尽可能接近的区域作为一个负荷区域。但是，该方法确定的负荷区域内存在网络线路阻塞、各节点不相连的情况。本申请提供的一种负荷区域确定方法，能够确定出区域内网络线路没有阻塞、各节点相连的负荷区域。具体请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种负荷区域确定方法的流程图，该负荷区域确定方法具体包括：
S101、利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
本实施例中市场出清模型将发电成本最小作为目标函数，市场出清模型不作具体限定，只要满足实际需求即可。此外，市场出清模型中潮流约束为软约束，并设置较低的松弛罚因子。上述市场出清模型具体可以为：
目标函数：
约束条件：
其中，式(2)是系统有功平衡约束，式(3)是线路潮流松弛约束，式(4)是机组出力上下限约束，式(5)是机组爬坡速率约束；式(6)是松弛量的下限约束。
其中，NG为系统中参与竞价的机组总数；ND为负荷总数；NL为线路总数；T为一个出清周期所含的时段总数；Ci,t，和分别表示第i台机组在时段t的电能量运行成本，启动成本和空载成本；αi,t表示第i台机组在时段t的启停状态，属于0-1整数变量；αi,t-1表示第i台机组在时段t-1的启停状态，属于0-1整数变量；Pi,t表示第i台机组在时段t的出力；Pi,t-1表示第i台机组在时段t-1的出力；Dm,t表示第m个负荷节点在时段t的有功消耗；分别表示第l条线路在时段t的正向、反向潮流松弛量；M为衡量松弛成本大小的系数，即松弛罚因子；Gl-i表示节点i对线路l的输出功率转移分布因子；Gl-m表示节点i对线路m的输出功率转移分布因子；Pl max表示第l条线路的潮流传输限值；分别表示第i台机组在时段t的最小、最大有功出力；RRi max表示第i台机组的最大爬坡速率。
采用混合整数规划方法对上述优化问题进行求解，计算出各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，选择相对越限程度最大的阻塞线路，也即选择阻塞最为严重的一条线路作为下一步区域划分的目标线路，记为Γ；
其中，线路潮流相对越限程度的计算方法：
式(7)中，σl表示潮流相对越限程度，SLl表示潮流松弛量，Pl max表示第l条线路的潮流传输限值；
目标线路的确定方法：
Γ＝{Γ∈Line|PΓ＝max(σl)} (8)
式(8)中，Γ表示目标线路，Line表示所有阻塞线路，PΓ表示目标线路的潮流传输值。
进一步地，上述将相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路之后，通常还可以包括：判断目标线路是否为区域内部线路；若目标线路为区域内部线路，则计算各节点对目标线路修正后的功率转移分布因子；基于功率转移分布因子，将目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；基于第一类和第二类，将区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
计算系统的功率转移分布因子(PTDF，Power Transfer Distribution Factor)，基于各节点对目标线路的PTDF大小，将节点划分为两类，具体操作方法如下：
A.选择平衡节点，计算系统的PTDF。
B.由于平衡节点的选择对于PTDF的数值会有一定的偏置量影响，为了消除这一影响，对PTDF的每个分量进行修正。
修正前的PTDF(以节点b0作为平衡节点)为：
其中，表示节点n相对于线路l的PTDF值。
修正后的PTDF分量为：
为修正偏置量，针对同一条线路的PTDF偏置量相同，具体计算公式为：
其中nl1,nl2分别表示线路l的两端，是对应线路l的PTDF数值中的最大和最小值，经过修正处理后，数值为一正一负，且所有的PTDF数值不再受平衡节点选择的影响。
C.基于各节点对目标线路的修正PTDF值，将节点分为两类，PTDF数值为正的节点归为一类，数值为负的节点归为另一类，由于目标线路两端节点的PTDF符号相反，因此目标线路必是作为区域划分的边界线路。
S102、将目标线路设置为潮流硬约束，对市场出清模型进行循环计算直至确定所有目标线路，并将所有目标线路作为负荷区域的边界线路；
由上文可知，至此，系统已经分为两个负荷区域。重复进行上述步骤，直至系统中的阻塞线路都作为区域的边界线路，得到最终的区域划分结果。在每次的循环中，上述步骤需进行如下修正：
在确定目标线路后，将出清模型里已确定的边界线路设置为硬约束，其他线路约束仍保持软约束不变；从松弛线路中选择阻塞最为严重的一条线路，若其为区域内部的线路，则将该线路作为目标线路，并进行区域划分，若该线路为区域边界线路，则直接进行下一次循环；对目标线路所在区域进行划分，其余区域保持不变，每次执行区域划分步骤后，区域个数新增一个。
在一些实施例中，通常还可以包括：若各条阻塞线路的潮流松弛量均为零，则将各条阻塞线路确定为边界线路。
S103、基于边界线路确定各个负荷区域。
进一步地，上述基于所述边界线路确定各个负荷区域之后，还可以包括：依据各个负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。具体地，根据区域内各节点的历史负荷权重，计算每个区域的加权平均节点电价，计算公式如下：
其中，ρj表示区域k内第j个节点的历史负荷权重，单位为％；LMPj表示第j个节点的节点电价，zone_k表示区域k。
由上述实施例可知，本发明具有如下有益效果：
(1)市场出清模型通过设置较小的潮流松弛罚因子，使得可以根据线路潮流松弛量的大小来判断线路潮流越限程度；
(2)市场出清模型基于节点对阻塞线路的PTDF进行区域划分，并引入了PTDF修正量消除了平衡节点对PTDF数值的影响；
(3)市场出清模型中采用节点对阻塞线路的功率转移分布因子PTDF进行区域划分，所得到的区域划分结果不受系统负荷和机组报价影响，区域内部也不再存在阻塞情况，因此这种划分方法反映了系统最真实的区域特性；
(4)市场出清模型以发电成本最小为目标函数，并且采用区域加权平均节点电价作为区域电价，避免了社会福利的损失；
(5)本发明所提出的市场出清模型容易被理解，算法较为简单，实际操作不需要大量人力的参与，计算速度可以满足实际应用的需要，具有广泛的推广前景；
(6)本发明所提出的市场出清模型中，出清中的约束类型和出清时段可根据实际情况灵活设置，定价模型中的节点历史负荷权重也可根据实际情况调整，模型具有较强的可拓展性。
下面对本申请实施例提供的一种负荷区域确定系统、设备及计算机可读存储介质进行介绍，下文描述的负荷区域确定系统、设备及计算机可读存储介质与上文描述的负荷区域确定方法可相互对应参照。
请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种负荷区域确定系统的结构框图；该负荷区域确定系统包括：
目标线路确定模块201，用于利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
第一边界线路确定模块202，用于将目标线路设置为潮流硬约束，对市场出清模型进行循环计算直至确定所有目标线路，并将所有目标线路作为负荷区域的边界线路；
负荷区域确定模块203，用于基于边界线路确定各个负荷区域。
基于上述实施例，本实施例中负荷区域确定系统还包括：
第二边界线路确定模块，用于若各条阻塞线路的潮流松弛量均为零，则将各条阻塞线路确定为边界线路。
基于上述实施例，本实施例中负荷区域确定系统还包括：
线路判断模块，用于判断目标线路是否为区域内部线路；
功率转移分布因子计算模块，用于若目标线路为区域内部线路，则计算各节点对目标线路修正后的功率转移分布因子；
节点划分模块，用于基于功率转移分布因子，将目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；
负荷区域划分模块，用于基于第一类和第二类，将区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
基于上述实施例，本实施例中负荷区域确定系统还包括：
电价确定模块，用于依据各个所述负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。
本申请还提供一种设备，包括：存储器和处理器；其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述任意实施例的负荷区域确定方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的负荷区域确定方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的一种负荷区域确定方法、系统、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种负荷区域确定方法，其特征在于，包括：
利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，所述市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
将所述目标线路设置为潮流硬约束，对所述市场出清模型进行循环计算直至确定所有所述目标线路，并将所有所述目标线路作为负荷区域的边界线路；
基于所述边界线路确定各个负荷区域。
2.根据权利要求1所述的负荷区域确定方法，其特征在于，还包括：
若各条所述阻塞线路的所述潮流松弛量均为零，则将各条所述阻塞线路确定为所述边界线路。
3.根据权利要求1所述的负荷区域确定方法，其特征在于，所述将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路之后，还包括：
判断所述目标线路是否为区域内部线路；
若所述目标线路为所述区域内部线路，则计算各所述节点对所述目标线路修正后的功率转移分布因子；
基于所述功率转移分布因子，将所述目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；
基于所述第一类和所述第二类，将所述区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
4.根据权利要求1所述的负荷区域确定方法，其特征在于，所述基于所述边界线路确定各个负荷区域之后，还包括：
依据各个所述负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。
5.一种负荷区域确定系统，其特征在于，包括：
目标线路确定模块，用于利用混合整数规划算法对预设的市场出清模型进行计算，得到各条阻塞线路的潮流松弛量及相对越限程度，并将所述相对越限程度最大的阻塞线路作为目标线路；其中，所述市场出清模型将发电成本最小作为目标函数；
第一边界线路确定模块，用于将所述目标线路设置为潮流硬约束，对所述市场出清模型进行循环计算直至确定所有所述目标线路，并将所有所述目标线路作为负荷区域的边界线路；
负荷区域确定模块，用于基于所述边界线路确定各个负荷区域。
6.根据权利要求5所述的负荷区域确定系统，其特征在于，还包括：
第二边界线路确定模块，用于若各条所述阻塞线路的所述潮流松弛量均为零，则将各条所述阻塞线路确定为所述边界线路。
7.根据权利要求5所述的负荷区域确定系统，其特征在于，还包括：
线路判断模块，用于判断所述目标线路是否为区域内部线路；
功率转移分布因子计算模块，用于若所述目标线路为所述区域内部线路，则计算各所述节点对所述目标线路修正后的功率转移分布因子；
节点划分模块，用于基于所述功率转移分布因子，将所述目标线路所在区域内的节点分为第一类和第二类；
负荷区域划分模块，用于基于所述第一类和所述第二类，将所述区域划分为第一负荷区域和第二负荷区域。
8.根据权利要求5所述的负荷区域确定系统，其特征在于，还包括：
电价确定模块，用于依据各个所述负荷区域内各节点的历史负荷权重确定对应的负荷区域的电价。
9.一种设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的负荷区域确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的负荷区域确定方法的步骤。
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