CN110570020B - 适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法 - Google Patents

适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，方法包括：获取发电厂机组以及电力网络的模型参数以及校核周期内的交易和计划类数据，建立适应区域电网的中长期交易电量安全校核模型，计算得出电量合同的调整量和分解计划。本发明充分考虑区域电网具有的分区平衡机制和互联特性，建立安全校核数学模型并进行优化计算，制定合理的机组启停、出力计划和省区间联络线计划，实现电量合同的最小调整和最优分解。

Description

适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法
技术领域
本发明涉及交易电量安全校核技术领域，具体涉及一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法。
背景技术
交易机构和调度机构相对独立，因此在电力交易过程中无法顾及系统信息和运行约束。特别是中长期电量交易合同的执行，受到未来系统的负荷需求、检修安排以及系统运行约束等方面的影响。因此必须对其进行校核，以检验电量合同的可执行性和保证电网的安全稳定运行。区域互联电网的构建，可以有效解决地区间能源资源与负荷需求不均衡的问题，在更大范围内对清洁能源进行调配，且随着互联范围的扩大，参与交易的市场主体的增加，将更有利于实现市场的充分竞争以提升效率，但与此同时也为相应的交易电量的安全校核带来了新的挑战。
目前，省区内中长期交易安全校核，通常考虑发、输、用电环节的相关约束以及未来运行时段的负荷预测、检修计划等，通过建立电量交易安全校核模型，将电厂电量合同分解为各时段的电力计划，在保证系统安全运行的前提下，尽可能实现交易合同的执行。与省区电网的中长期交易安全校核相比，区域电网的中长期交易安全校核则需要考虑如下要素。首先，鉴于当下“省为实体”的经济格局以及不同省内的市场化程度和交易规则不同的情形，区域电网设立区域和省区两级市场交易机构，且采取跨省区交易统一编制，各省区分区平衡的运行策略。这就要求在电量安全校核中要考虑各个分区电网的功率平衡，制定出合理的机组启停及出力计划，同时要兼顾各省区的备用容量约束等要求。其次，在省区内部通常电源结构单一，而省区间联络线功率也常作为安全校核的边界条件，但是互联区域电网可以通过优化省区间的交直流联络线进行更大空间范围内的电能调配，实现整个区域内各种资源的优势互补。因此区域电网的中长期交易安全校核需要考虑整个区域内常规能源、清洁能源等多种类型机组的运行约束、出力特性以及省区间交流、直流联络线的运行约束。这就导致电量安全校核建模的复杂度、问题维度及求解难度显著增加。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的不足，提出一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，充分考虑区域电网具有的分区平衡机制和互联特性，建立交易电量安全校核数学模型并进行求解，制定合理的机组启停、出力计划和省区间联络线计划。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，其特征是，包括以下步骤：
获取区域电网内所有发电厂内机组的基本参数和电量交易合同数据；基本参数包括机组类型、容量、爬坡能力、出力上下限、所属省区参数、电网的拓扑结构以及交流、直流线路参数信息；电量交易合同数据包括交易中心电量交易合同、系统各计划类数据(包括负荷预测数据、检修计划等信息)；
根据发电厂内机组的基本参数和电量交易合同数据，以计划执行电量和交易合同电量偏差量最小为目标函数建立电量交易安全校核模型；
求解电量安全校核模型的目标函数，得到校核结果；校核结果包括合同调整量、机组的启停及出力计划和省区间联络线计划；
对校核结果进行潮流验证，若无越限则输出校核结果，若存在越限情况，则将越限线路的运行约束加入电量安全校核模型中，再进行优化计算直至验证通过。
进一步的，所述目标函数为：
Figure BDA0002167982160000031
其中
Figure BDA0002167982160000032
式中，ΔC表示合同的总调整量，N表示该区域市场所包含的省区数，Mn表示第n个省区的发电厂数，En，m表示该交易校核周期内第n个分区的第m个发电厂的计划执行电量，
Figure BDA0002167982160000033
表示该交易校核周期内第n个省区的第m个发电厂的合同电量，NT表示校核周期包含的时段数，NK表示该发电厂所包含的机组数，Pn，m，k(t)表示在t时段第n个省区第m个发电厂第k台机组的功率。
进一步的，所述电量交易安全校核模型包括机组运行约束、分区平衡及备用约束和交直流联络线运行约束的约束条件。
进一步的，所述各机组运行约束包括：
a.机组出力上下限约束
Figure BDA0002167982160000034
其中
un，m，k(t)∈{0，1}
式中，
Figure BDA0002167982160000035
和
Figure BDA0002167982160000036
表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的出力上下限，un，m，k(t)则表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的启停状态；
b.机组开停机及运行状态约束
yn，m，k(t)-zn，m，k(t)＝un，m，k(t)-un，m，k(t-1) (4)
Figure BDA0002167982160000041
Figure BDA0002167982160000042
其中
yn，m，k(t)、zn，m，k(t)∈{0，1}
式中，yn，m，k(t)表示第n个分区第m个发电厂第k台机组在t时段是否有停机到开机状态变化的标志，zn，m，k(t)表示该机组t时段是否有开机到停机状态变化的标志，TON和TOFF分别表示该机组的最小开机和停机时间；
c.机组爬坡约束
Figure BDA0002167982160000043
式中，
Figure BDA0002167982160000044
和
Figure BDA0002167982160000045
分别表示第n个分区第m个发电厂第k台机组的爬坡增出力上限和爬坡减出力下限。
进一步的，所述分区平衡及备用约束包括：
a.分区功率平衡约束
Figure BDA0002167982160000046
其中
Kn，a、Kn，d∈{-1，0，1}
式中，NA、ND分别表示区域电网中交、直流联络线总数，Kn，a和Kn，d分别表示第n个分区与第a条交流或第d条直流联络线的关联系数，Pa(t)、Pd(t)表示在t时段交、直流联络线传输的功率，Ln(t)表示在t时段第n个分区的系统总负荷；
b.分区备用约束
Figure BDA0002167982160000047
Figure BDA0002167982160000048
式中，Rn，+(t)和Rn，-(t)分别表示第n个分区在t时段的正负备用容量限值。
进一步的，所述交直流联络线运行约束包括：
a.交流联络线运行约束
Figure BDA0002167982160000051
式中，Da-n表示基于直流潮流的功率转移因子，
Figure BDA0002167982160000052
表示线路a传输功率上限；
b.直流联络线运行约束
Figure BDA0002167982160000053
Figure BDA0002167982160000054
Figure BDA0002167982160000055
|Xd(t)+Xd(t-1)|≥|Xd(t)| (16)
|Xd(t)+Xd(t-1)|≥|Xd(t-1)| (17)
其中
Xd(t)∈Z
式中，Xd(t)表示第d条直流联络线运行档位，
Figure BDA0002167982160000056
表示第d条直流联络线每档可调节功率，
Figure BDA0002167982160000057
表示档位可调范围，
Figure BDA0002167982160000058
表示单个时段档位调节最大跨度；
c.分区通过交直流联络线交互的总电量约束
Figure BDA0002167982160000059
式中，En表示该第n个分区在安全校核周期内通过交直流联络线售出或者购入的总电量。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1)在电量安全校核模型中充分考虑了分区的功率平衡、备用约束以及交流、直流联络线的各种运行约束，真实反映了区域交直流混联电网的运行特征；
2)通过对区域电网内各机组以及联络线进行校核周期内的全时段统一优化，实现了各种调度资源的协调互补和单个时段情形的精准分析。传统的固定联络线计划的分区校核方法和将电量合同从年、月、日、时不同时间粒度逐级分解的校核方法均难以求得全局最优解，而本方法则可以实现全区域、全周期内电量合同的最小调整和最优分解。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为区域交直流混联电网拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
为了充分应对上述区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核所面临的问题，确保交易的可执行性和电网的安全稳定运行，本发明提出一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法。先获取各个电厂的电量合同以及负荷预测、检修计划等各计划类数据，然后建立适应区域电网的中长期交易电量安全校核模型，以计划执行电量和交易合同电量偏差量最小为目标，综合考虑系统、设备的运行约束，特别是分区平衡、分区备用以及省区间交流、直流联络线的运行约束，实现在互联区域电网内电量合同向电力计划的最优分解和执行。
实施例1
本发明提出一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，考虑了区域交直流混联电网的分区平衡机制和交流、直流线路的运行约束，通过建立电量安全校核模型来优化机组的启停、出力以及联络线计划以实现电量合同的最小调整和最优分解。下面通过具体实例来详细说明本发明提供的方法。参考图1所示，具体包括一下过程：
步骤1)考虑某区域电网的电量安全校核，如图2所示，有A、B、C、D四个分区电网通过交流(实线表示)、直流(虚线表示)线路相连，首先获取各个分区的机组的类型、容量、爬坡能力、出力上下限等参数，获取电网的拓扑结构以及交流、直流线路的参数信息。
步骤2)考虑进行月度交易电量的安全校核，优化粒度为1小时，计算时段数为720，获取区域电网包括区内和跨区交易合同在内的所有月度电量合同数据，同时获取系统内以小时为粒度的各计划类数据包括：负荷预测数据、检修计划等信息。
步骤3)以计划执行电量和交易合同电量偏差量最小为目标，以各发电机组的启停及出力计划、联络线传输计划为决策变量，以各机组运行约束、分区平衡及备用约束、交直流联络线运行约束为约束条件建立电量安全校核模型。
以计划执行电量和交易合同电量偏差量最小为目标的目标函数表示为：
Figure BDA0002167982160000071
其中
Figure BDA0002167982160000072
式中，ΔC表示合同的总调整量，N表示该区域市场所包含的省区数，Mn表示第n个省区的发电厂数，En，m表示该交易校核周期内第n个分区的第m个发电厂的计划执行电量，
Figure BDA0002167982160000073
表示该交易校核周期内第n个省区的第m个发电厂的合同电量，NT表示校核周期包含的时段数，NK表示该发电厂所包含的机组数，Pn，m，k(t)表示在t时段第n个省区的第m个发电厂第k台机组的功率。
(1)机组运行约束表示为：
a.机组出力上下限约束
Figure BDA0002167982160000081
其中
un，m，k(t)∈{0，1}
式中，
Figure BDA0002167982160000082
和
Figure BDA0002167982160000083
表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的出力上下限，un，m，k(t)则表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的启停状态。
b.机组开停机及运行状态约束
yn，m，k(t)-zn，m，k(t)＝un，m，k(t)-un，m，k(t-1) (4)
Figure BDA0002167982160000084
Figure BDA0002167982160000085
其中
yn，m，k(t)、zn，m，k(t)∈{0，1}
式中，yn，m，k(t)表示第n个分区第m个发电厂第k台机组在t时段是否有停机到开机状态变化的标志，zn，m，k(t)表示该机组t时段是否有开机到停机状态变化的标志，TON和TOFF分别表示该机组的最小开机和停机时间。
c.机组爬坡约束
Figure BDA0002167982160000086
式中，
Figure BDA0002167982160000087
和
Figure BDA0002167982160000088
分别表示第n个分区第m个发电厂第k台机组的爬坡增出力上限和爬坡减出力下限。
(2)分区平衡及备用约束表示为：
a.分区功率平衡约束
Figure BDA0002167982160000091
其中
Kn，a、Kn，d∈{-1，0，1}
式中，NA、ND分别表示区域电网中交、直流联络线总数，Kn，a和Kn，d分别表示第n个分区与第a条交流或第d条直流联络线的关联系数，Pa(t)、Pd(t)表示在t时段交、直流联络线传输的功率，Ln(t)表示在t时段第n个分区的系统总负荷。
b.分区备用约束
Figure BDA0002167982160000092
Figure BDA0002167982160000093
式中，Rn，+(t)和Rn，-(t)分别表示第n个分区在t时段的正负备用容量限值。
(3)交直流联络线运行约束表示为：
a.交流联络线运行约束
Figure BDA0002167982160000094
式中，Da-n表示基于直流潮流的功率转移因子，
Figure BDA0002167982160000095
表示线路a传输功率上限。
b.直流联络线运行约束
Figure BDA0002167982160000096
Figure BDA0002167982160000097
Figure BDA0002167982160000098
|Xd(t)+Xd(t-1)|≥|Xd(t)| (16)
|Xd(t)+Xd(t-1)|≥|Xd(t-1)| (17)
其中
Xd(t)∈Z
式中，Xd(t)表示第d条直流联络线运行档位，
Figure BDA0002167982160000101
表示第d条直流联络线每档可调节功率，
Figure BDA0002167982160000102
表示档位可调范围，
Figure BDA0002167982160000103
表示单个时段档位调节最大跨度。
c.分区通过交直流联络线交互的总电量约束
Figure BDA0002167982160000104
式中，En表示该第n个分区在安全校核周期内通过交直流联络线售出或者购入的总电量。
步骤4)采用相应的优化工具进行求解，即可得到电量校核计算结果，包括合同调整量，机组的启停及出力计划，省区间联络线计划等。
步骤5)将上述优化结果进行潮流验证，将越限线路的运行约束加入电量安全校核模型中迭代计算直至满足要求。
利用上述步骤即可实现该区域交直流混联电网月度交易电量的校核，得到满足系统运行约束要求的电量合同最小调整量，并制定出各个分区的机组出力和分区间的联络线计划。
本发明提出一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，充分考虑了区域电网的分区平衡机制和交直流线路运行特性，建立交易电量安全校核模型来实现电量合同向电力计划的分解，通过对区域电网内各机组及联络线等可调度资源进行全时段统一协调优化，实现了满足系统安全运行约束下的电量合同最小调整和最优分解。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适应区域交直流混联电网的中长期交易电量安全校核方法，其特征是，包括以下步骤：
获取区域电网内所有发电厂内机组的基本参数和电量交易合同数据；
根据发电厂内机组的基本参数和电量交易合同数据，以计划执行电量和交易合同电量偏差量最小为目标建立电量交易安全校核模型的目标函数；
求解电量交易安全校核模型的目标函数，得到校核结果；并对校核结果进行潮流验证，若无越限则输出校核结果，校核结果包括合同调整量、机组的启停及出力计划和省区间联络线计划；
所述目标函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
(2)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示合同的总调整量，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示区域市场所包含的省区数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示第n个省区的发电厂数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示交易校核周期内第n个分区的第m个发电厂的计划执行电量，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示交易校核周期内第n个省区的第m个发电厂的合同电量，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示校核周期包含的时段数，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示发电厂所包含的机组数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示在t时段第n个省区第m个发电厂第k台机组的功率；
所述电量交易安全校核模型包括机组运行约束、分区平衡及备用约束和交直流联络线运行约束的约束条件；
所述机组运行约束包括：
a.机组出力上下限约束
Figure DEST_PATH_IMAGE022
(3)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure DEST_PATH_IMAGE028
表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的出力上下限，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
则表示在t时段第n个分区第m个发电厂第k台机组的启停状态；
b.机组开停机及运行状态约束
Figure DEST_PATH_IMAGE032
(4)
Figure DEST_PATH_IMAGE034
(5)
Figure DEST_PATH_IMAGE036
(6)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为第n个分区第m个发电厂第k台机组在t时段是否有停机到开机状态变化的标志，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为该机组在t时段是否有开机到停机状态变化的标志，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE046
分别表示该机组的最小开机和停机时间；
c.机组爬坡约束
Figure DEST_PATH_IMAGE048
(7)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure DEST_PATH_IMAGE052
分别表示第n个分区第m个发电厂第k台机组的爬坡增出力上限和爬坡减出力下限；
所述分区平衡及备用约束包括：
a.分区功率平衡约束
Figure DEST_PATH_IMAGE054
(8)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE056
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure DEST_PATH_IMAGE060
分别表示区域电网中交、直流联络线总数，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
表示第n个分区与第a条交流联络线的关联系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
表示第n个分区与第d条直流联络线的关联系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure DEST_PATH_IMAGE068
表示在t时段交、直流联络线传输的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
表示在t时段第n个分区的系统总负荷；
b.分区备用约束
Figure DEST_PATH_IMAGE072
(9)
Figure DEST_PATH_IMAGE074
(10)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure DEST_PATH_IMAGE078
分别表示第n个分区在t时段的正负备用容量限值；
所述交直流联络线运行约束包括：
a.交流联络线运行约束
Figure DEST_PATH_IMAGE080
(11)
Figure DEST_PATH_IMAGE082
(12)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
表示基于直流潮流的功率转移因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示线路a传输功率上限；
b.直流联络线运行约束
Figure DEST_PATH_IMAGE088
(13)
Figure DEST_PATH_IMAGE090
(14)
Figure DEST_PATH_IMAGE092
(15)
Figure DEST_PATH_IMAGE094
(16)
Figure DEST_PATH_IMAGE096
(17)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE098
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
表示第d条直流联络线运行档位，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
表示第d条直流联络线每档可调节功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
表示档位可调范围，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
表示单个时段档位调节最大跨度；
c.分区通过交直流联络线交互的总电量约束
Figure DEST_PATH_IMAGE108
(18)
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
表示该第n个分区在安全校核周期内通过交直流联络线售出或者购入的总电量。
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