CN110492531B - 考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统，属于电力系统运行技术领域。该方法首先建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，然后采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到模型中频率安全约束的线性化系数；对模型求解，得到电力系统的最优调度运行结果。本发明能够缓解高比例可再生并网所引起的电力系统频率稳定问题，维持电力系统的同步旋转惯量水平，降低可再生能源大量接入所引起的频率失稳的风险，提升电力系统在大扰动下的安全性与可靠性。

Description

考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统

技术领域

本发明提出了一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统，属于电力系统运行技术领域。

背景技术

在传统化石能源匮乏和全球气候变暖的双重压力下，大量发展可再生能源发电已成为世界各国的共同选择。截止至2018年底，我国风电装机容量已达211GW，占全球总装机的35.70％，光伏装机容量为175GW，占全球总装机的34.18％，均居世界第一位。可再生能源在为我们提供更加清洁的电能时，也给电力系统带来了一系列的问题和挑战，其中电力系统同步旋转惯量下降所引起的频率稳定问题正逐渐成为制约可再生能源消纳的重要因素。电力系统频率稳定的本质是维持电力系统中源荷有功功率的平衡，而高比例可再生能源的并网从多个方面影响了这一平衡。其一，风电和光伏等可再生能源具有较强的间歇性和随机性，易受外界天气等因素的影响，增加了电力系统中电源端的不确定性，使得系统中出现有功功率缺额或过剩的风险大大增加；其二，相较于传统电源的旋转机械接口，可再生能源机组通常采用低惯量的电力电子器件接入电力系统，大大降低了电力系统同步惯性，在出现功率不平衡时，电力系统频率变化更加剧烈，增加电力系统频率失稳的风险；其三，当前可再生能源发电机组大多工作在最大功率点附近，无预留的调频空间，随着可再生能源占比的增大，电力系统中的调频资源将更加稀缺，电力系统频率恢复过程会更加困难。传统的电力系统运行方法中往往基于稳态的功率平衡约束，而缺乏对于电力系统频率动态的关注，因而需要研究考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法。

目前在电力系统运行领域已有一些考虑频率安全约束的相关研究，H.Chávez,R.Baldick和S.Sharma提出了一种考虑调速器速率约束的最优潮流模型，该模型在未考虑系统阻尼特性的基础上得到了可嵌入到最优潮流模型中的线性频率安全约束，从而确保电力系统运行的安全性。在简化调速器特性的基础上，F.Teng,V.Trovato和G.Strbac提出了一种计及快速惯性频率支持要求的随机机组组合模型。虽然这些模型在一定程度上可以解决低惯性所带来的频率安全问题。但这些模型大多对系统频率响应特性进行了较大的简化，且难以准确反映电力系统不同时刻维持频率安全的能力，也难以灵活考虑系统中可再生能源频率支持作用的价值。

综上所述，在电力系统运行技术领域，需要提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法，以维持电力系统运行过程中的同步旋转惯量水平，提升电力系统运行的安全性，并能有效反映系统各时刻的频率响应能力，同时可对可再生能源提供频率支持的价值进行量化。

与本发明相关的背景技术包括：

1)系统频率响应特性建模技术：P.M Anderson和M.Mirheydar提出了一种低阶系统频率响应(SFR)模型，SFR模型可以用于系统频率动态的估计，该模型目前已被广泛运用到了电力系统控制，暂态分析与仿真等多个方面。

2)线性规划问题计算机求解技术：线性规划是一类约束条件下和目标函数均为线性的最优化问题，求解线性规划问题的基本方法是单纯形法，目前已有较多成熟的计算机求解软件，如CPLEX,gorubi,Lingo等，可以给出线性规划问题的最优解。

3)混合整数线性规划问题计算机求解技术：混合整数规划问题是一类要求部分决策变量去整数值的线性规划问题，其常见的求解方法包括分支定界法，割平面法和0-1规划的隐数法等方法，目前诸如CPLEX，gorubi等计算机软件已可对混合整数规划问题进行求解。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统。本发明采用传递函数模型解析化建模了电力系统频率动态，得到了线性化的电力系统频率安全约束，建立了考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型。电力系统调度人员可根据该方法合理安排电力系统内的机组启停与出力，从而维持电力系统的同步旋转惯量水平，降低可再生能源大量接入所引起的频率失稳的风险，提升电力系统运行的安全性与可靠性。

本发明提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，该模型由目标函数和约束条件构成；包括以下步骤：

1-1)确定模型的目标函数：

其中，C^sys为电力系统的运行成本，N_T为时段总数，N_G为电力系统内的火电机组数，N_N为电力系统内的节点数，

为火电机组g开机一次的成本，

为火电机组g在t时段的开机状态变量，

表示火电机组g在t时段进行开机操作，

表示火电机组g在t时段未进行开机操作，

为火电机组g停机一次的成本，

为火电机组g在t时段的停机状态变量，

表示火电机组g在t时段进行停机操作，

表示火电机组g在t时段未进行停机操作，

为火电机组g的单位发电成本，

为火电机组g在t时段的发电功率，VoLL为电力系统的单位切负荷成本，

为电力系统节点n在t时段的切负荷功率；

1-2)确定模型的约束条件；具体如下：

1-2-1)节点功率平衡约束：

其中，

表示位于节点n的火电机组集合，

表示位于节点n的风电场集合，

表示位于节点n的光伏电站集合，

表示起始于节点n的输电线路集合，

表示终止于节点n的输电线路集合，

为风电场w在t时段的发电功率，

为输电线路l在t时段的传输功率，

为节点n在t时段的预测负荷需求；

1-2-2)输电网络约束：

其中，

为输电线路l的电抗大小，

为节点n在t时段的电压相角，

为输电线路l的起始节点在t时段的电压相角，

为输电线路l终止节点在t时段的电压相角，F_l ^{L ,Max}为输电线路l的最大输送功率；

1-2-3)火电机组运行约束：

其中，

为火电机组g在t时段的运行状态变量，

表示火电机组g在t时段离线，

表示火电机组g在t时段在线，

为火电机组g的最大发电出力限制，

为火电机组g的最小发电出力限制，

为火电机组g的下调爬坡能力，

为火电机组g的上调爬坡能力，

为火电机组g的最小离线时间，

为火电机组g的最小在线时间；

1-2-4)可再生能源出力约束：

其中，

为预测的风电场w在t时段的最大发电出力，

为预测的光伏电站pv在t时段的最大发电出力；

1-2-5)系统容量备用约束：

其中，r_Load为负荷需求的最大预测误差，r_RE为可再生能源出力预测误差；

1-2-6)频率安全约束：

其中，H_t,F_t,R_t分别为电力系统在t时段的同步惯性参数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为火电机组g的同步惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为风电机组w的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性参数，

分别为光伏电站pv的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性，

为火电机组g在t时段参与调频的决策变量，

表示火电机组g在t时段不参与调频，

表示火电机组g在t时段参与调频，

为风电场w在t时段参与调频的决策变量，

表示风电场w在t时段不参与调频，

表示风电场w在t时段参与调频，

为光伏电站pv在t时段参与调频的决策变量，

表示光伏电站pv在t时段不参与调频，

表示光伏电站pv在t时段参与调频，f₀为电力系统的额定频率，f_min为电力系统的最低频率，△P_set为设定的频率安全裕度要求，

分别为第j条频率安全约束中线性化系数；

1-2-7)调频备用约束：

2)确定频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-1)采用电力系统的频率响应模型确定频率动态过程，表达式如下：

其中，△f(t)为t时刻电力系统频率偏移，△P为故障所引起的不平衡功率，D为电力系统的负荷阻尼系数，R为电力系统的等效静调差系数；α，ζ，ω_n，ω_r，φ为电力系统频率振荡衰减的相关特性参数，表达式分别如下：

其中，H为电力系统的同步惯性时间常数，F_H为电力系统的等效汽轮机特性参数，T_R为汽轮机的再热时间常数；

对△f(t)进行求导确定电力系统的频率最低点为：

其中，t_nadir为电力系统出现频率最低点的时间，△f_nadir为电力系统出现频率最低点时频率的变化量，f_nadir为电力系统的频率最低点；

2-2)定义系统的频率响应特性函数，得到频率安全条件：

定义频率响应特性函数为：

电力系统在保障频率安全的前提下，所能承受的最大不平衡功率为：

将

定义为频率安全裕度，则频率安全条件表示为：

2-3)采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-3-1)对频率响应特性函数进行采样；

确定参数D和T_R的大小，并确定参数H、F_H以及R的变化范围，进而确定参数空间(H,F_H,R)∈S，采用随机数生成技术，在参数空间S内随机生成M个采样点(H_k,F_Hk,R_k)，k＝1,2,…,M，根据频率响应特性函数计算函数g(H,F_H,R)在各采样点函数值g_k：

g_k＝g(H_k,F_Hk,R_k)

获得频率响应特性函数的坐标点(H_k,F_Hk,R_k,g_k)，k＝1,2,…,M；

2-3-2)对频率响应特性函数进行分段；

对步骤2-3-1)中确定的参数空间(H,F_H,R)∈S进行均匀划分，得到N_J个子参数空间S_j，j＝1,2,…N_J，每个子空间中包含采样点个数大于等于10个；

2-3-3)对频率响应特性函数进行线性化近似；

对步骤2-3-2)中得到的每个子参数空间S_j，采用如下所示线性规划模型对该子空间内采样点进行线性拟合：

s.t.

求解该线性规划模型，将获得的线性规划模型最优解作为该子空间内的线性化系数

并作为第j条频率安全约束中线性化系数；

3)将步骤2)得到的线性化系数

代入到步骤1-2)中的频率安全约束中，对步骤1)建立的模型求解，得到电力系统的运行成本C^sys，各时刻电力系统内各火电机组的运行状态变量

开机状态变量

和停机状态变量

各时刻电力系统内的各台火电机组出力

各风电场出力

各光伏电站出力

各时刻电力系统内的各火电机组的调频决策变量

各风电场的调频决策变量

各光伏电站的调频决策变量

各时刻的系统同步惯性参数H_t,汽轮机特性参数F_t,静调差系数R_t以及火电机组各时刻的频率安全裕度△P_t，即为电力系统的最优调度运行结果；

其中，火电机组各时刻的频率安全裕度△P_t计算表达式如下：

本发明的技术特点及有益效果在于：

1)本发明采用电力系统的频率响应模型反映建模电力系统的频率响应特性，从而精确刻画负荷阻尼及调速器特性等因素对电力系统频率动态的影响，且可在其中引入可再生能源的频率支持作用；

2)本发明采用了频率安全裕度代表电力系统维持频率稳定的能力，并据此给出了系统的频率安全条件，进而准确反映系统在不同时刻维持频率安全的能力；

3)本发明采用了分段线性化方法将非线性的频率安全条件转换为了线性化的频率安全约束，提升了电力系统调度运行模型的求解速度；

4)本方法建立了频率安全约束与电力系统运行状态之间的关联，提出了考虑同步旋转惯量水平的电力系统运行方法，以缓解电力系统同步惯性下降所引起的频率安全问题；

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为本发明涉及的电力系统的频率响应模型示意图。

具体实施方式

本发明提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明如下。

本发明提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法，整体流程如图1所示，包括以下步骤：

1)建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，该模型由目标函数和约束条件构成；包括以下步骤：

1-1)确定模型的目标函数：

考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型的优化目标是使得电力系统运行成本最小化：

其中，C^sys为电力系统的运行成本，N_T为时段总数，N_G为电力系统内的火电机组数，N_N为电力系统内的节点数，

为火电机组g开机一次的成本，

为火电机组g在t时段的开机状态变量(

表示火电机组g在t时段进行开机操作，

表示火电机组g在t时段未进行开机操作)，

为火电机组g停机一次的成本，

为火电机组g在t时段的停机状态变量(

表示火电机组g在t时段进行停机操作，

表示火电机组g在t时段未进行停机操作)，

为火电机组g的单位发电成本，

为火电机组g在t时段的发电功率，VoLL为电力系统的单位切负荷成本，

为电力系统节点n在t时段的切负荷功率。

1-2)确定模型的约束条件；具体如下：

1-2-1)节点功率平衡约束：

其中，

表示位于节点n的火电机组集合，

表示位于节点n的风电场集合，

表示位于节点n的光伏电站集合，

表示起始于节点n的输电线路集合，

表示终止于节点n的输电线路集合，

为风电场w在t时段的发电功率，

为输电线路l在t时段的传输功率，

为节点n在t时段的预测负荷需求。

1-2-2)输电网络约束：

其中，

为输电线路l的电抗大小，

为节点n在t时段的电压相角，

为输电线路l的起始节点在t时段的电压相角，

为输电线路l终止节点在t时段的电压相角，F_l ^{L ,Max}为输电线路l允许的最大输送功率。

1-2-3)火电机组运行约束：

其中，

为火电机组g在t时段的运行状态变量(

表示火电机组g在t时段离线，

表示火电机组g在t时段在线)，

为火电机组g的最大发电出力限制，

为火电机组g的最小发电出力限制，

为火电机组g的下调爬坡能力，

为火电机组g的上调爬坡能力，

为火电机组g的最小离线时间，

为火电机组g的最小在线时间；

1-2-4)可再生能源出力约束：

其中，

为预测的风电场w在t时段的最大发电出力，

为预测的光伏电站pv在t时段的最大发电出力。

1-2-5)系统容量备用约束：

其中，r_Load为负荷需求的最大预测误差(相对误差)，r_RE为可再生能源出力预测误差(相对误差)。

1-2-6)频率安全约束：

其中，H_t,F_t,R_t分别为电力系统在t时段的同步惯性参数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为火电机组g的同步惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为风电机组w的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性参数，

分别为光伏电站pv的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性，

为火电机组g在t时段参与调频的决策变量(

表示火电机组g在t时段不参与调频，

表示火电机组g在t时段参与调频)，

为风电场w在t时段参与调频的决策变量(

表示风电场w在t时段不参与调频，

表示风电场w在t时段参与调频)，

为光伏电站pv在t时段参与调频的决策变量(

表示光伏电站pv在t时段不参与调频，

表示光伏电站pv在t时段参与调频)，f₀为电力系统的额定频率，f_min为电力系统允许的最低频率，△P_set为设定的频率安全裕度要求(可参照系统中的最大火电机组装机容量或历史上出现过的故障加以设定，也可根据电力系统调度人员对于系统频率安全的要求而进行设定)，

分别为第j条频率安全约束中线性化系数，需由本发明方法中的步骤2)加以确定。

1-2-7)调频备用约束：

2)确定频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-1)采用电力系统的频率响应模型确定频率动态过程：

图2为电力系统的频率响应模型的示意图，该模型采用传递函数表示系统的频率动态特性，其中H为电力系统的同步惯性时间常数，D为电力系统的负荷阻尼系数，R为电力系统的等效静调差系数，F_H为电力系统的等效汽轮机特性参数，T_R为汽轮机的再热时间常数，为一定值，当选取系统负荷大小作为电力系统的能量基值时，电力系统的运行方式仅改变H、F_H和R三个参数，其对应关系已在1-2)中f频率安全约束部分给出。

利用图2的模型可确定系统频率动态如下：

其中，△f(t)为t时刻电力系统频率偏移，△P为故障所引起的不平衡功率，α，ζ，ω_n，ω_r，φ为电力系统频率振荡衰减的相关特性参数，其表达式分别如下：

对△f(t)进行求导确定电力系统的频率最低点为：

其中，t_nadir为电力系统出现频率最低点的时间，△f_nadir为电力系统出现频率最低点时频率的变化量，f_nadir为电力系统的频率最低点。

2-2)定义系统的频率响应特性函数，得到频率安全条件：

定义频率响应特性函数为：

电力系统在保障频率安全的前提下，所能承受的最大不平衡功率为：

将

定义为频率安全裕度，则频率安全条件可表示为：

表明系统的频率安全裕度应大于故障所带来的功率不平衡量。

2-3)采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-3-1)对频率响应特性函数进行采样；

根据电力系统的特征确定参数D和T_R的大小，并确定参数H、F_H以及R的变化范围(T_R、H、F_H需要根据电力系统中所装设的火电机组的特性确定，R根据系统中火电机组调速器的特性决定，D根据电力系统中负荷的特性决定。)，进而确定参数空间(H,F_H,R)∈S，采用随机数生成技术，在参数空间S内随机生成M个采样点(H_k,F_Hk,R_k)，k＝1,2,…,M，(在计算能力允许的情况下，M的取值越多越好，本实例选取的是65000个左右的采样点。)

根据频率响应特性函数计算函数g(H,F_H,R)在各采样点函数值g_k：

g_k＝g(H_k,F_Hk,R_k)

获得频率响应特性函数的一系列坐标点(H_k,F_Hk,R_k,g_k)，k＝1,2,…,M；

2-3-2)对频率响应特性函数进行分段；

对步骤2-3-1)中确定的参数空间(H,F_H,R)∈S进行均匀划分，得到N_J(N_J取值太少时，线性化精度不够，N_J太多时，调度运行模型求解过慢。本实施例在N_J取50个左右时效果较好，实施例中选了56个)个子参数空间S_j(j＝1,2,…,N_J)，使每个子空间中至少包含10个采样点；

2-3-3)对频率响应特性函数进行线性化近似；

对步骤2-3-2)中得到的每个子参数空间S_j，采用如下所示线性规划模型对该子空间内采样点进行线性拟合：

s.t.

通过IBM公司的计算机软件CPLEX求解上述的线性规划模型，获得的线性规划模型最优解作为该子空间内的线性化系数

并作为第j条频率安全约束中线性化系数；

3)将步骤2)得到的线性化系数

代入到步骤1-2)中的频率安全约束中，利用IBM公司的计算机软件CPLEX对步骤1)建立的模型求解，得到电力系统的运行成本C^sys，各时刻电力系统内各火电机组的运行状态变量

开机状态变量

和停机状态变量

用于调度各台火电机组的启停；各时刻电力系统内的各台火电机组出力

各风电场出力

各光伏电站出力

用于安排各类机组的发电出力；各时刻电力系统内的各火电机组的调频决策变量

各风电场的调频决策变量

各光伏电站的调频决策变量

用于指导各类机组是否参与调频；输出各时刻的系统同步惯性参数H_t,汽轮机特性参数F_t,静调差系数R_t；依据下式计算出火电机组各时刻的频率安全裕度△P_t，反映各时刻系统维持频率稳定的能力；

以上即为电力系统的最优调度运行结果。

本发明提出一种基于上述方法的考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行系统，包括：信息输入采集模块，电力系统运行模型求解模块和结果输出模块。所述信息输入采集模块的输出端连接电力系统运行模型求解模块的输入端，电力系统运行模型求解模块的输出端连接结果输出模块的输入端。

所述信息输入采集模块，用于获取电力系统内火电机组的可变成本和启停成本，电力系统的切负荷成本，各台火电机组的最大出力、最小出力、上调爬坡能力、下调爬坡能力、最小在线时间、最小离线时间、惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，各时刻各节点的预测负荷需求，各风电场的虚拟惯性时间常数、下垂控制特性和各时刻各风电场的预测出力、各光伏电站的虚拟惯性时间常数，下垂控制特性和各时刻各光伏电站的预测出力，输电线路的拓扑结构、电抗大小和最大输送能力，并设定系统允许的最小频率和频率安全裕度要求，并将获取的所有数据发送给电力系统运行模拟与计算模块；

所述电力系统运行模型求解模块，用于根据从信息输入采集模块接收到的数据建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型并求解该模型，得到电力系统的最优调度运行结果并发送至结果输出模块。

所述结果输出模块输出电力系统的最优调度运行结果中各时刻电力系统内各发电机组的运行状态变量、各类机组的发电出力、火电机组的运行状态变量、各类机组的调频决策变量以及频率安全裕度，用于指导电力系统的实际调度运行。

Claims (2)

1.一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，该模型由目标函数和约束条件构成；包括以下步骤：

1-1)确定模型的目标函数：

其中，C^sys为电力系统的运行成本，N_T为时段总数，N_G为电力系统内的火电机组数，N_N为电力系统内的节点数，

为火电机组g开机一次的成本，

为火电机组g在t时段的开机状态变量，

表示火电机组g在t时段进行开机操作，

表示火电机组g在t时段未进行开机操作，

为火电机组g停机一次的成本，

为火电机组g在t时段的停机状态变量，

表示火电机组g在t时段进行停机操作，

表示火电机组g在t时段未进行停机操作，

为火电机组g的单位发电成本，

为火电机组g在t时段的发电功率，VoLL为电力系统的单位切负荷成本，

为电力系统节点n在t时段的切负荷功率；

1-2)确定模型的约束条件；具体如下：

1-2-1)节点功率平衡约束：

其中，

表示位于节点n的火电机组集合，

表示位于节点n的风电场集合，

表示位于节点n的光伏电站集合，

表示起始于节点n的输电线路集合，

表示终止于节点n的输电线路集合，

为风电场w在t时段的发电功率，

为输电线路l在t时段的传输功率，

为节点n在t时段的预测负荷需求；

1-2-2)输电网络约束：

其中，

为输电线路l的电抗大小，

为节点n在t时段的电压相角，

为输电线路l的起始节点在t时段的电压相角，

为输电线路l终止节点在t时段的电压相角，F_l ^L,Max为输电线路l的最大输送功率；

1-2-3)火电机组运行约束：

其中，

为火电机组g在t时段的运行状态变量，

表示火电机组g在t时段离线，

表示火电机组g在t时段在线，

为火电机组g的最大发电出力限制，

为火电机组g的最小发电出力限制，

为火电机组g的下调爬坡能力，

为火电机组g的上调爬坡能力，

为火电机组g的最小离线时间，

为火电机组g的最小在线时间；

1-2-4)可再生能源出力约束：

其中，

为预测的风电场w在t时段的最大发电出力，

为预测的光伏电站pv在t时段的最大发电出力；

1-2-5)系统容量备用约束：

其中，r_Load为负荷需求的最大预测误差，r_RE为可再生能源出力预测误差；

1-2-6)频率安全约束：

其中，H_t,F_t,R_t分别为电力系统在t时段的同步惯性参数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为火电机组g的同步惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，

分别为风电机组w的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性参数，

分别为光伏电站pv的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性，

为火电机组g在t时段参与调频的决策变量，

表示火电机组g在t时段不参与调频，

表示火电机组g在t时段参与调频，

为风电场w在t时段参与调频的决策变量，

表示风电场w在t时段不参与调频，

表示风电场w在t时段参与调频，

为光伏电站pv在t时段参与调频的决策变量，

表示光伏电站pv在t时段不参与调频，

表示光伏电站pv在t时段参与调频，f₀为电力系统的额定频率，f_min为电力系统的最低频率，△P_set为设定的频率安全裕度要求，

分别为第j条频率安全约束中线性化系数；

1-2-7)调频备用约束：

2)确定频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-1)采用电力系统的频率响应模型确定频率动态过程，表达式如下：

其中，△f(t)为t时刻电力系统频率偏移，△P为故障所引起的不平衡功率，D为电力系统的负荷阻尼系数，R为电力系统的等效静调差系数；α，ζ，ω_n，ω_r，φ为电力系统频率振荡衰减的相关特性参数，表达式分别如下：

其中，H为电力系统的同步惯性时间常数，F_H为电力系统的等效汽轮机特性参数，T_R为汽轮机的再热时间常数；

对△f(t)进行求导确定电力系统的频率最低点为：

其中，t_nadir为电力系统出现频率最低点的时间，△f_nadir为电力系统出现频率最低点时频率的变化量，f_nadir为电力系统的频率最低点；

2-2)定义系统的频率响应特性函数，得到频率安全条件：

定义频率响应特性函数为：

电力系统在保障频率安全的前提下，所能承受的最大不平衡功率为：

将

定义为频率安全裕度，则频率安全条件表示为：

2-3)采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：

2-3-1)对频率响应特性函数进行采样；

确定参数D和T_R的大小，并确定参数H、F_H以及R的变化范围，进而确定参数空间(H,F_H,R)∈S，采用随机数生成技术，在参数空间S内随机生成M个采样点(H_k,F_Hk,R_k)，k＝1,2,…,M，根据频率响应特性函数计算函数g(H,F_H,R)在各采样点函数值g_k：

g_k＝g(H_k,F_Hk,R_k)

获得频率响应特性函数的坐标点(H_k,F_Hk,R_k,g_k)，k＝1,2,…,M；

2-3-2)对频率响应特性函数进行分段；

对步骤2-3-1)中确定的参数空间(H,F_H,R)∈S进行均匀划分，得到N_J个子参数空间S_j，j＝1,2,…N_J，每个子空间中包含采样点个数大于等于10个；

2-3-3)对频率响应特性函数进行线性化近似；

对步骤2-3-2)中得到的每个子参数空间S_j，采用如下所示线性规划模型对该子空间内采样点进行线性拟合：

s.t.

求解该线性规划模型，将获得的线性规划模型最优解作为该子空间内的线性化系数

并作为第j条频率安全约束中线性化系数；

3)将步骤2)得到的线性化系数

代入到步骤1-2)中的频率安全约束中，对步骤1)建立的模型求解，得到电力系统的运行成本C^sys，各时刻电力系统内各火电机组的运行状态变量

开机状态变量

和停机状态变量

各时刻电力系统内的各台火电机组出力

各风电场出力

各光伏电站出力

各时刻电力系统内的各火电机组的调频决策变量

各风电场的调频决策变量

各光伏电站的调频决策变量

各时刻的系统同步惯性参数H_t,汽轮机特性参数F_t,静调差系数R_t以及火电机组各时刻的频率安全裕度△P_t，即为电力系统的最优调度运行结果；

其中，火电机组各时刻的频率安全裕度△P_t计算表达式如下：

2.一种基于如权利要求1所述方法的考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行系统，其特征在于，该系统包括：信息输入采集模块，电力系统运行模型求解模块和结果输出模块；所述信息输入采集模块的输出端连接电力系统运行模型求解模块的输入端，电力系统运行模型求解模块的输出端连接结果输出模块的输入端；

所述信息输入采集模块，用于获取电力系统内火电机组的可变成本和启停成本，电力系统的切负荷成本，各台火电机组的最大出力、最小出力、上调爬坡能力、下调爬坡能力、最小在线时间、最小离线时间、惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，各时刻各节点的预测负荷需求，各风电场的虚拟惯性时间常数、下垂控制特性和各时刻各风电场的预测出力、各光伏电站的虚拟惯性时间常数，下垂控制特性和各时刻各光伏电站的预测出力，输电线路的拓扑结构、电抗大小和最大输送能力，并设定系统允许的最小频率和频率安全裕度要求，并将获取的所有数据发送给电力系统运行模拟与计算模块；

所述电力系统运行模型求解模块，用于根据从信息输入采集模块接收到的数据建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型并求解该模型，得到电力系统的最优调度运行结果并发送至结果输出模块；

所述结果输出模块输出电力系统的最优调度运行结果中各时刻电力系统内各发电机组的运行状态变量、各类机组的发电出力、火电机组的运行状态变量、各类机组的调频决策变量以及频率安全裕度。

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