CN110854853A - 一种发电机组开机方案生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发电机组开机方案生成方法及系统。其中，一种发电机组开机方案生成方法包括步骤1：获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；步骤2：根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；步骤3：根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；步骤4：检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，进入下一步；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出；步骤5：更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据，返回步骤2。

Description

一种发电机组开机方案生成方法及系统

技术领域

本发明属于电网安全分析领域，尤其涉及一种发电机组开机方案生成方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

潮流分布及其调控是电网运行特性以及性能绩效的直接反应，是机组启停问题的核心考虑因素。目前，潮流控制手段主要以柔性输电设备为主，如：SSSC(静止同步串联补偿器)、UPFC(统一潮流控制器)等，这类设备仍是通过改变线路阻抗改变单条线路潮流。除此以外，对于系统潮流的分布控制手段并不是很多，以网络阻抗为表征的“电气距离”依然是决定网络潮流分布的主导因素。

发明人发现，目前的发电机组开机方案均是以经济优化为目标，安全稳定为约束来求解最小发电机组，进而生成发电机组开机方案；但是随着新能源与直流输电量的馈入增加，电压稳定受到巨大的挑战，传统方法得到的发电机组开机方案不能满足电压稳定的基本要求，这样势必会降低电网系统运行的稳定性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种发电机组开机方案生成方法及系统，其能够满足电压稳定的基本要求，提高发电机组开机方案的准确性与适应性。

本发明的第一方面提供一种发电机组开机方案生成方法。

一种发电机组开机方案生成方法，包括：

步骤1：获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

步骤2：根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

步骤3：根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

步骤4：检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，进入下一步；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出；

步骤5：更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据，返回步骤2。

本发明的第二方面提供一种发电机组开机方案生成系统。

一种发电机组开机方案生成系统，包括：

网络数据获取模块，其用于获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

博弈模型构建模块，其用于根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

潮流分布计算模块，其用于根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

潮流分布状态判断模块，其用于检测潮流分布状态是否越限；

发电机组切除模块，其用于当潮流分布状态未越限时，根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据；

开机方案输出模块，其用于当潮流分布状态越限时，结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出。

本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

本发明的第四方面提供一种计算机设备。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

本发明的有益效果是：

本发明根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出，将电压稳定优化目标与最小开机数求解目标相结合，为系统运行方式的制定和调控手段提出了新的思路和参考。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例提供的一种发电机组开机方案生成方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

图1给出了本实施例的一种发电机组开机方案生成方法流程图。

下面结合图1给出本实施例的发电机组开机方案生成方法具体实施过程：

如图1所示，本实施例提供一种发电机组开机方案生成方法，其包括：

步骤1：获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

步骤2：根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

具体地，在所述步骤2中，博弈模型的构成要素包括博弈参与人、策略集合、收益函数及博弈均衡；博弈参与人为相应功率集合，策略集为各个用电负荷选择电源的组合；收益函数是各个用电负荷的电压稳定损耗，电压稳定损耗等于用电负荷从各个电源处获得的功率乘以用电负荷与各个电源之间电气距离；博弈均衡为博弈模型的解，即为各发电机组与用电负荷之间的流动关系。

博弈模型为：

G＝{N；S,u}＝{N；S₁,S₂,...S_n；u₁,u₂,...,u_n}

其中，N为博弈参与人，S为策略集，u为收益函数；S_i为选择电源i的策略，u_i为在决策S_i下所需电压稳定损耗；i＝1,2,…,n，n为电源的总数；

对于有功功率，N＝{P_L,P_T,P_DC}＝{P_L,1,P_L,2,...P_L,m,P_T,P_DC}；

对于无功功率，N＝{Q_L,Q_T,Q_DC}＝{Q_L,1,Q_L,2,...Q_L,m,Q_T,Q_DC}；

Q_L为用电负荷无功功率；Q_T为区域电网间输出无功功率；Q_DC为直流无功功率传输；P_L为用电负荷有功功率；P_T为区域电网间输出有功功率；P_DC为直流输出有功功率；m为用电负荷的总数；P_L,j和Q_L,j分别为用电负荷j的有功功率和无功功率，j＝1,2,…,m。

策略集S的表达式为：

S_i＝{s_{i_1},s_{i_2},..s_{i_n}}∈Rⁿ

对于有功功率：

其中，P_{T_}为区域电网间注入有功功率；P_{DC_}为直流注入有功功率；P_j为发电机组j的发电安排有功注入，P_j<P_{max G,i}，P_{max G,i}为发电机组j最大输出值；

对于无功功率：

其中，Q_{T_}为区域电网间注入无功功率；Q_{DC_}为直流注入无功功率；Q_{S_}为无功补偿；Q_j为发电机组j的发电安排无功注入，Q_j<P_{max G,i}。

在电能输送中，电气距离带来主要是电压降落和相角偏移，本实施例采用电压稳定损耗来表征电压降落和相角偏移，作为决策依据来替代原博弈论中的收益函数。

当输电线路感抗远大于电阻时，电压降落的纵分量主要受无功传输的影响，横分量主要受有功传输的影响。同时横分量与线路两端电压相位差δ关系密切。

优化目标：

使用电压跌落与功角偏差作为机组组合的优化目标，并依据其判定最小开机数。

式中，ΔU和Δθ为所有节点在正常运况电压幅值相对额定值的降落、电压相角相对参考节点电压相角的偏移量，n为观测节点总数目。

约束条件：

a)功率平衡约束如下式所示：

其中，P_G,i，Q_G,i分别为节点i处发电机有功、无功出力；P_L,i，Q_L,i为负荷i的有功、无功需求；n为发电机组，也就是电源的数量；,m为负荷节点数目。

b)备用容量约束如下式所示，

其中，n、m分别为发电机、负荷节点数目。P_G,i,res,Q_G,i,res分别为备用启动情况下节点i发电机有功和无功出力。P_G,i,res，Q_L,i,res为负荷i所需的备用容量。

c)线路输电约束如下式所示，

其中，f_l，为流经支路的实时潮流和潮流上限。

d)机组出力约束如下式所示，

其中，P_{min G,i},Q_{min G,i},P_{max G,i},Q_{max G,i}分别为机组i的有功、无功最小出力；有功、无功最大出力。

在决策S_i下所需电压稳定损耗u_i为：

其中，D(i,j)为用电负荷j与电源i的电气距离。

电气距离矩阵的求解过程为：

利用戴维南等值简化电网拓扑结构为负荷点与电源点的网络；

构建化电网拓扑结构电气距离邻接矩阵d，选用线路阻抗值作为距离值，构成无向图；

基于邻接矩阵d使用Floyd算法求解无向图中每对顶点的最短路径，由最短路径构成衡量电气距离构成的电气距离矩阵。

非合作博弈均衡：非合作博弈均衡为纳什均衡，对于博弈G＝{N；S；u}＝{N；S₁,S₂,…S_n；u₁,u₂,…u_n}，存在策略反应集合：

满足

下：

则

为纳什均衡；n为独立博弈局中人进行的决策范围，n为电源的总数。

博弈均衡为所求模型的解，即为各发电站与负荷之间的流动关系。故博弈均衡是非合作模型重点关注的一个重要部分。依据纳什均衡的定义，负荷择源策略为博弈均衡

的时候，满足如下数学表达式：

式中：m为独立博弈局中人总数，m为用电负荷的总数。

本实施例以非合作博弈为指导的有功潮流分布模型的数学表达式如下

G＝{N；S；u}＝{P_L,1,P_L,2,...P_L,m；S₁,S₂,..S_m；u₁,u₂,..u_m}

无功潮流分布模型的数学表达式如下

G＝{N；S；u}＝{Q_L,1,Q_L,2,...Q_L,m；S₁,S₂,..S_m；u₁,u₂,..u_m}。

步骤3：根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

步骤4：检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，进入下一步；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出；

步骤5：更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据，返回步骤2。

依据如图1所示计算流程，分别得到在有功功率分布和无功功率分布下的切机顺序。选择切机顺序中最迟切除的机组，根据实际电力网络运行经验要求的电压稳定裕度范围使选择机组最小，便是最小开机数下对应的开机机组，也就得到了最小开机数。

本实施例根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出，将电压稳定优化目标与最小开机数求解目标相结合，为系统运行方式的制定和调控手段提出了新的思路和参考。

实施例2

本实施例提供一种发电机组开机方案生成系统，其包括：

(1)网络数据获取模块，其用于获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

(2)博弈模型构建模块，其用于根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

其中，在所述博弈模型构建模块中，博弈模型的构成要素包括博弈参与人、策略集合、收益函数及博弈均衡；博弈参与人为相应功率集合，策略集为各个用电负荷选择电源的组合；收益函数是各个用电负荷的电压稳定损耗，电压稳定损耗等于用电负荷从各个电源处获得的功率乘以用电负荷与各个电源之间电气距离；博弈均衡为博弈模型的解，即为各发电机组与用电负荷之间的流动关系。

博弈模型为：

G＝{N；S,u}＝{N；S₁,S₂,...S_n；u₁,u₂,...,u_n}

其中，N为博弈参与人，S为策略集，u为收益函数；S_i为选择电源i的策略，u_i为在决策S_i下所需电压稳定损耗；i＝1,2,…,n，n为电源的总数；

对于有功功率，N＝{P_L,P_T,P_DC}＝{P_L,1,P_L,2,...P_L,m,P_T,P_DC}；

对于无功功率，N＝{Q_L,Q_T,Q_DC}＝{Q_L,1,Q_L,2,...Q_L,m,Q_T,Q_DC}；

Q_L为用电负荷无功功率；Q_T为区域电网间输出无功功率；Q_DC为直流无功功率传输；P_L为用电负荷有功功率；P_T为区域电网间输出有功功率；P_DC为直流输出有功功率；m为用电负荷的总数；P_L,j和Q_L,j分别为用电负荷j的有功功率和无功功率，j＝1,2,…,m。

策略集S的表达式为：

S_i＝{s_{i_1},s_{i_2},..s_{i_n}}∈Rⁿ

对于有功功率：

其中，P_{T_}为区域电网间注入有功功率；P_{DC_}为直流注入有功功率；P_j为发电机组j的发电安排有功注入，P_j<P_{max G,i}，P_{max G,i}为发电机组j最大输出值；

对于无功功率：

其中，Q_{T_}为区域电网间注入无功功率；Q_{DC_}为直流注入无功功率；Q_{S_}为无功补偿；Q_j为发电机组j的发电安排无功注入，Q_j<P_{max G,i}。

在决策S_i下所需电压稳定损耗u_i为：

其中，D(i,j)为用电负荷j与电源i的电气距离。

电气距离矩阵的求解过程为：

利用戴维南等值简化电网拓扑结构为负荷点与电源点的网络；

构建化电网拓扑结构电气距离邻接矩阵d，选用线路阻抗值作为距离值，构成无向图；

基于邻接矩阵d使用Floyd算法求解无向图中每对顶点的最短路径，由最短路径构成衡量电气距离构成的电气距离矩阵。

(3)潮流分布计算模块，其用于根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

(4)潮流分布状态判断模块，其用于检测潮流分布状态是否越限；

(5)发电机组切除模块，其用于当潮流分布状态未越限时，根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据；

(6)开机方案输出模块，其用于当潮流分布状态越限时，结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出。

实施例3

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所示的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

实施例4

本实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如图1所示的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发电机组开机方案生成方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

步骤2：根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

步骤3：根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

步骤4：检测潮流分布状态是否越限，若未越限，则根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，进入下一步；若越限，则结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出；

步骤5：更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据，返回步骤2。

2.如权利要求1所述的发电机组开机方案生成方法，其特征在于，在所述步骤2中，博弈模型的构成要素包括博弈参与人、策略集合、收益函数及博弈均衡；博弈参与人为相应功率集合，策略集为各个用电负荷选择电源的组合；收益函数是各个用电负荷的电压稳定损耗，电压稳定损耗等于用电负荷从各个电源处获得的功率乘以用电负荷与各个电源之间电气距离；博弈均衡为博弈模型的解，即为各发电机组与用电负荷之间的流动关系。

3.如权利要求1所述的发电机组开机方案生成方法，其特征在于，在所述步骤2中，博弈模型为：

G＝{N；S,u}＝{N；S₁,S₂,...S_n；u₁,u₂,...,u_n}

其中，N为博弈参与人，S为策略集，u为收益函数；S_i为选择电源i的策略，u_i为在决策S_i下所需电压稳定损耗；i＝1,2,…,n，n为电源的总数；

对于有功功率，N＝{P_L,P_T,P_DC}＝{P_L,1,P_L,2,...P_L,m,P_T,P_DC}；

对于无功功率，N＝{Q_L,Q_T,Q_DC}＝{Q_L,1,Q_L,2,...Q_L,m,Q_T,Q_DC}；

Q_L为用电负荷无功功率；Q_T为区域电网间输出无功功率；Q_DC为直流无功功率传输；P_L为用电负荷有功功率；P_T为区域电网间输出有功功率；P_DC为直流输出有功功率；m为用电负荷的总数；P_L,j和Q_L,j分别为用电负荷j的有功功率和无功功率，j＝1,2,…,m。

4.如权利要求3所述的发电机组开机方案生成方法，其特征在于，策略集S的表达式为：

S_i＝{s_{i_1},s_{i_2},..s_{i_n}}∈Rⁿ

对于有功功率：

其中，P_{T_}为区域电网间注入有功功率；P_{DC_}为直流注入有功功率；P_j为发电机组j的发电安排有功注入，P_j<P_{max G,i}，P_{max G,i}为发电机组j最大输出值；

对于无功功率：

其中，Q_{T_}为区域电网间注入无功功率；Q_{DC_}为直流注入无功功率；Q_{S_}为无功补偿；Q_j为发电机组j的发电安排无功注入，Q_j<P_{max G,i}。

5.如权利要求4所述的发电机组开机方案生成方法，其特征在于，在决策S_i下所需电压稳定损耗u_i为：

其中，D(i,j)为用电负荷j与电源i的电气距离。

6.如权利要求1所述的发电机组开机方案生成方法，其特征在于，电气距离矩阵的求解过程为：

利用戴维南等值简化电网拓扑结构为负荷点与电源点的网络；

构建化电网拓扑结构电气距离邻接矩阵d，选用线路阻抗值作为距离值，构成无向图；

基于邻接矩阵d使用Floyd算法求解无向图中每对顶点的最短路径，由最短路径构成衡量电气距离构成的电气距离矩阵。

7.一种发电机组开机方案生成系统，其特征在于，包括：

网络数据获取模块，其用于获取初始潮流状态未越限的设定区域电网拓扑结构的网络数据并初步给定变压器变比；

博弈模型构建模块，其用于根据当前网络数据及定变压器变比，计算电气距离矩阵并构建博弈模型；

潮流分布计算模块，其用于根据当前网络数据及电气距离矩阵求解博弈论模型，得到潮流分布；

潮流分布状态判断模块，其用于检测潮流分布状态是否越限；

发电机组切除模块，其用于当潮流分布状态未越限时，根据潮流分布，计算各发电机组对成本函数的灵敏度，切除灵敏度最低的发电机组，更新所有发电机组的开启状态、变压器变比及网络数据；

开机方案输出模块，其用于当潮流分布状态越限时，结束计算，筛选当前所有未切除的发电机组和最迟切除的机组作为开机机组并形成发电机组开机方案输出。

8.如权利要求7所述的发电机组开机方案生成系统，其特征在于，在所述博弈模型构建模块中，博弈模型的构成要素包括博弈参与人、策略集合、收益函数及博弈均衡；博弈参与人为相应功率集合，策略集为各个用电负荷选择电源的组合；收益函数是各个用电负荷的电压稳定损耗，电压稳定损耗等于用电负荷从各个电源处获得的功率乘以用电负荷与各个电源之间电气距离；博弈均衡为博弈模型的解，即为各发电机组与用电负荷之间的流动关系。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的发电机组开机方案生成方法中的步骤。

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