CN110543696B - 一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法。在电力现货市场技术支持系统中，当物理模型未对参与市场的低电压等级小机组建模时，通过定义小机组与电气母线或等值负荷的挂接关系和功率分配系数，利用等值负荷预测有功扣除小机组通过该等值负荷向主网输送的有功，得到等值负荷的真实有功来计算潮流。利用功率分配系数和等值负荷与主网支路的灵敏度值，计算小机组与主网支路的灵敏度值，使优化模型建中直流潮流约束可以考虑小机组出力的影响。该方法可在优化出清和安全校核算法中精确考虑未建模小机组发电对电网潮流和出清结果的影响，得到准确的安全校核结果与市场价格信号。对提升电力市场出清结果的准确性，提升电网安全水平有着重要的意义。

Description

一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法
技术领域
本发明属于电力自动化技术领域，特别涉及未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法。
背景技术
在电力现货市场技术支持系统中，优化出清与安全校核算法根据市场规则、边界条件、报价数据等组织出清、校核电网安全等，是保障电力市场有效运转的核心环节。算法需要使用电网物理模型进行建模、计算，同时也会使用历史实测数据或状态估计断面等数据作为计算的基础。在电力市场建设起步阶段，为了降低电力市场技术支持系统的建设难度，一般从原调度控制系统中读取模型数据、实测数据、状态估计数据等，以缩短电力市场系统建设周期，减轻运行与维护工作量，加快电力市场建设步伐。
根据规定，电力市场以省为主体开展，因此电力市场技术支持系统通常对接省级调度中心的调度控制系统。按照调管范围要求，省级调度控制系统一般将220kV降压变压器等值为负荷，形成220kV及以上电压等级的高压输电网模型，基于该模型进行监控、计算和分析。其余接入110kV及以下电网的机组归地级调度中心调管，省级调度控制系统中对这部分小机组一般不建详细计算模型。然而，在省级电力市场中，参与市场的机组既有直接接入220kV及以上电网的机组，也有直接接入110kV及以下电网的机组，所有机组通过竞争获得发电的权利。因此，出清系统需要支持所有市场机组进行报价、出清计算、安全校核。而现有技术中还难以实现。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明提出的未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，是针对出清模型和安全校核均使用原调度控制系统中的主网模型进行计算，该主网模型没有对参与市场的小机组进行建模，但又需要考虑小机组发电对主网潮流有影响。本方法的主要内容包括对未建模小机组与主网模型的挂接关系进行定义，在安全校核计算时，根据小机组挂接关系定义，修正小机组上网节点负荷，然后进行安全校核计算。在出清优化计算时，根据小机组挂接关系定义，计算小机组与所有支路的灵敏度，然后在模型中建立直流潮流网络约束求解。
技术方案：本发明可采用以下技术方案：
一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，包括如下步骤：
A、根据电网实际模型定义未建模小机组的挂接关系，估算综合损耗系数、功率分配系数，形成未建模小机组挂接关系定义表；
B、在安全校核计算时，根据步骤A定义的未建模小机组挂接关系，对挂接的负荷预测有功值进行修正，然后计算潮流；
C、在优化计算中，根据未建模小机组挂接关系计算所有小机组与任意支路的灵敏度，利用支路直流潮流计算方法，在优化模型中建立直流潮流约束进行求解。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过定义小机组与电气母线或等值负荷的挂接关系和功率分配系数，利用等值负荷预测有功扣除小机组通过该等值负荷向主网输送的有功，得到等值负荷的真实有功来计算潮流。利用功率分配系数和等值负荷与主网支路的灵敏度值，计算小机组与主网支路的灵敏度值，使优化模型建中直流潮流约束可以考虑小机组出力的影响。该方法可在优化出清和安全校核算法中精确考虑未建模小机组发电对电网潮流和出清结果的影响，得到准确的安全校核结果与市场价格信号。对提升电力市场出清结果的准确性，提升电网安全水平有着重要的意义。
附图说明
图1是小机组挂接关系电网示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的适用范围，首先结合附图1对电网模型作简单说明。如图1所示，图中矩形区域是220kV及以上输电网、椭圆形区域是110kV及以下电压等级的输配电网，两个电网通过变压器T1和T2相连。当110kV电网负荷较大，接入110kV电网的发电机所发电力无法满足用需求时，220kV以上电网通过变压器T1和T2向110kV电网供电；当110kV电网的发电机所发电力有富余时，则通过变压器T1和T2将富余电力输送至其它地区进行消费。按照电网分级调管需求，省级电网调管范围为220kV及以上电网，在建模的时候，将220kV降压变压器等值为负荷，也即将图1中的T1和T2等值为负荷。110kV电网模型在省级调度中心不建模，而在地区电网中进行建模。
按照上述建模方法，当使用主网模型进行出清计算与安全校核时，需要对等值为负荷的变压器T1和T2的有功进行预测，用于在市场出清和安全校核中计算主网潮流，接入110kV电网的发电机G的出力则不会对主网的潮流产生任何影响。此外，当使用主网模型和变压器T1和T2的有功预测值计算时，预测值与实际值的偏差受发电机G出力变化的影响，从而影响T1和T2附近潮流的计算准确性。
本发明提出的方法，首先需要明确小机组与主网设备的挂接关系及功率分配系数。如图1所示，小机组G与主网的挂接关系是变压器T1、T2，设小机组G的发电功率是P，小机组发电到与主网连接点的功率损耗系数是α，小机组上网功率在T1和T2之间的分配系数分别是β1、β2，设T1、T2的预测有功值分别是D1和D2，则考虑小机组发电功率之后，T1、T2的预测有功值要通过公式(1)和(2)进行修正。
D′1＝D1-β1P(1-α) (1)
D'2＝D2-β2P(1-α) (2)
上式中，D′1和D′2是变压器T1和T2经小机组发电修正之后的预测有功，可以直接用该值进行潮流计算；D1和D2是变压器T1和T2的预测有功负荷；P为小组组G的机组发电功率；α为功率综合损耗系数，可以理解为考虑小机组厂用电、小组发电到并网点的网损在内的综合损耗系数；β1和β2是小机组上网功率在T1和T2之间的分配系数，满足β1+β2＝1的关系。
一般的，设电网模型中共有Q台机组，W个变压器等值的负荷，其中有M台小机组通过N台等值为变压器与主网连接，则变压器的预测有功值可以通过公式(3)进行修正。
Figure GDA0003709580720000031
式中，Pi为第i台小机组的有功出力，αi为第i台小机组的功率损耗系数，Dj为第j个变压器的有功预测值，D′j为经M台小机组发电修正之后的有功预测值，βij为第i台小机组通过第j个变压器的功率分配系数，βij满足公式(4)的关系。
Figure GDA0003709580720000032
优化出清模型中需要使用灵敏度数值建立支路直流潮流约束模型，小机组i与支路l的灵敏度数值用公式(5)计算得到。
Figure GDA0003709580720000033
式中，Sli为小机组i有功与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个变压器有功与支路l有功功率的灵敏度。
在出清优化模型中，支路l的潮流可用公式(6)计算获得，因为经过了小机组灵敏度计算环节，所以支路潮流的计算公式与不考虑小机组时完全相同。
Figure GDA0003709580720000041
式中，Fl表示支路l的直流有功潮流，Q表示所有机组的集合、W表示所有负荷集合，Pi为机组的发电有功、Dj为负荷的用电有功，Sli为第i个机组与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个负荷与支路l有功功率的灵敏度。
下面说明一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法的具体实施步骤：
步骤一、定义小机组挂接关系：
根据电网实际模型定义小机组的挂接关系，根据小机组厂用电、网损值估算综合损耗系数，根据110kV电网结构或运行方式估算功率分配系数，形成小机组挂接关系定义表，如表1所示。
表1小机组挂接关系定义表
Figure GDA0003709580720000042
步骤二、母线负荷预测
表1定义的小机组上网设备在电网物理模型中为等值负荷，母线负荷预测模块根据该负荷的历史实测值和预测算法，对其未来负荷进行预测。但是该值其实是在历史上某时刻流过该设备的潮流值，等于该设备供给的真实负荷扣除通过该设备上网的小机组发电有功，用公式(7)描述。
Figure GDA0003709580720000043
式中，
Figure GDA0003709580720000044
为调度控制系统采集的小机组上网设备的实测功率；
Figure GDA0003709580720000045
为小机组上网设备供给的真实负荷；
Figure GDA0003709580720000046
为第i台小机组的实际功率综合损耗系数；
Figure GDA0003709580720000051
为第i台小机组通过第j个变压器的实际功率分配系数。
在利用本发明的方法计算潮流时，需要知道小机组上网设备的真实负荷。要获得真实负荷值，需要通过积累历史负荷数据，训练预测算法才能对负荷值进行精确预测，对公式(7)进行变换得到公式(8)，其左侧的负荷为考虑小机组实测发电后其上网设备的真实负荷，具有特定的负荷特性，可对其进行训练，准确预测未来时刻的有功值。
Figure GDA0003709580720000052
式中所有符号含义与公式(7)相同。
公式(8)中的实际功率综合损耗系数
Figure GDA0003709580720000053
实际功率分配系数
Figure GDA0003709580720000054
很难获得，考虑到小机组的厂用电率基本不变，当电网运行方式不发生变化时，网损值和功率分配系数也基本不变，因此可用表1中综合损耗系数替换、功率分配系数替换而不会造成较大误差。因此公式(8)变成公式(9)，在母线负荷预测模块中利用公式(9)计算上网设备供给的真实负荷。
Figure GDA0003709580720000055
母线负荷预测利用
Figure GDA0003709580720000056
历史实测曲线，训练算法，预测小机组上网设备的未来负荷值Dj。
该步骤中在安全校核计算时，采用以下步骤：
Step201:根据参考断面网络拓扑，检修计划生成计算时段的网络拓扑；
Step202:根据机组发电计划、联络线计划、母线负荷预测数据生成计划断面；
Step203:根据表2和公式(10)对小机组挂接的负荷进行进行修正，得到修正后的预测值；
Figure GDA0003709580720000057
式中，Pi为第i台小机组的有功出力，αi为第i台小机组的功率损耗系数，Dj为第j个变压器的有功预测值，D′j为经M台小机组发电修正之后的有功预测值，βij为第i台小机组通过第j个变压器的功率分配系数。
Step204:进行潮流计算，得到安全校核结果。
步骤三、优化出清计算
Step401:根据参考断面网络拓扑，检修计划生成计算时段的网络拓扑；
Step402:根据网络拓扑计算直流潮流灵敏度，得到所有机组、负荷有功与支路有功之间的灵敏度；
Step403:根据表2和公式(11)计算所有小机组与任意支路的灵敏度；
Figure GDA0003709580720000061
式中，Sli为小机组i有功与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个变压器有功与支路l有功功率的灵敏度。
Step404:根据公式(12)定义的支路直流潮流计算方法，在优化模型中建立直流潮流约束进行求解。
Figure GDA0003709580720000062
式中，Fl表示支路l的直流有功潮流，Q表示所有机组的集合、W表示所有负荷集合，Pi为机组的发电有功、Dj为负荷的用电有功，Sli为第i个机组与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个负荷与支路l有功功率的灵敏度。

Claims (5)

1.一种未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、根据电网实际模型定义未建模小机组的挂接关系，估算综合损耗系数、功率分配系数，形成未建模小机组挂接关系定义表；
B、小机组上网设备在电网物理模型中为等值负荷，母线负荷预测模块根据该等值负荷的历史实测值和预测算法，对该等值负荷的未来负荷进行预测；
C、在安全校核计算时，根据步骤A定义的未建模小机组挂接关系，对挂接的负荷预测有功值进行修正，然后计算潮流；
D、在优化计算中，根据未建模小机组挂接关系计算所有小机组与任意支路的灵敏度，利用支路直流潮流计算方法，在优化模型中建立直流潮流约束进行求解。
2.根据权利要求1所述的未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，其特征在于，步骤A中，根据小机组厂用电、网损值估算综合损耗系数，根据110kV电网结构或运行方式估算功率分配系数，形成未建模小机组挂接关系定义表：
Figure FDA0003725230740000011
其中，β11…βMN为各变压器的功率分配系数；M为机组的数量，N为变压器的数量。
3.根据权利要求2所述的未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，其特征在于，步骤C中得到修正之后的负荷有功D'j，
Figure FDA0003725230740000012
其中，Pi为第i台小机组的有功出力，αi为第i台小机组的功率损耗系数，Dj为第j个变压器的有功预测值，D′j为经M台小机组发电修正之后的有功预测值，βij为第i台小机组通过第j个变压器的功率分配系数。
4.根据权利要求3所述的未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，其特征在于，步骤D中，计算未建模小机组与支路的灵敏度Sli，
Figure FDA0003725230740000021
式中，Sli为小机组i有功与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个变压器有功与支路l有功功率的灵敏度。
5.根据权利要求4所述的未建模小机组参与电力市场出清和安全校核的方法，其特征在于，在优化模型中建立直流潮流约束进行求解：
Figure FDA0003725230740000022
式中，Fl表示支路l的直流有功潮流，Q表示所有机组的集合、W表示所有负荷集合，Pi为机组的发电有功、Dj为负荷的用电有功，Sli为第i个机组与支路l有功功率的灵敏度，Slj为第j个负荷与支路l有功功率的灵敏度。
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