CN111401698A - 基于两段式条件断面约束的scuc的出清优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，包括如下步骤：S1：在安全约束机组组合问题中，针对网络约束中的两段式条件断面建立机组开机台数与线路/断面控制要求间的数学表达式；S2：通过引入整数变量等中间变量，将机组开机台数与线路/断面控制要求的数学表达式进行线性化处理；S3：根据总购电成本最小化构建优化目标函数，并考虑包含机组开机台数与线路/断面控制要求的各类约束条件，对机组组合进行优化计算，出清得到机组组合及分时节点电价结果。通过对两段式条件断面并进行线性化处理，可在SCUC问题约束中准确表达，从而提高方式安排的灵活性，实现SCUC目标函数的进一步优化，从而应用到电力现货市场出清优化方式上。

Description

基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法
技术领域
本发明涉及电力市场出清技术领域，特别涉及基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法。
背景技术
安全约束机组组合(Security Constrained Unit Commitment,简称SCUC)是现货市场环境下编制日前发电计划的核心环节，其通常以总购电成本最低为优化目标函数，考虑电网各类约束条件对机组组合进行优化计算，出清得到次日机组组合安排及分时节点电价。
SCUC在数学上是一个混合整数规划问题，由于混合整数线性规划问题求解效率更高、且理论上可求得全局最优解，因此在大规模实际系统中通常将SCUC问题进行线性化处理，将其转化为混合整数线性规划问题求解。
SCUC问题中的约束条件，如网络约束中的线路、断面安全稳定控制要求，由于电力系统暂态稳定、动态稳定、电压稳定、频率稳定等问题与开机方式密切相关，开机台数多则提供的系统转动惯量大、短路容量大，且故障下调节电压、频率能力强，因此开机台数越多系统安全稳定水平越高，稳定控制限值及要求相应也就不同。由此使得部分线路、断面约束为条件型断面，条件断面由于存在非线性特征，不能直接用于SCUC混合整数线性规划问题求解。以往做法是将条件断面相关的“条件”假设即开机方式固化，或直接按照最严格约束要求放入约束条件，但这类做法将大大固化、限制电网运行方式。
发明内容
为解决背景技术的问题，本发明提供基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，包括如下步骤：
S1：在安全约束机组组合问题中，针对网络约束中的两段式条件断面建立机组开机台数与线路/断面控制要求间的数学表达式；
S2：通过引入整数变量等中间变量，将机组开机台数与线路/断面控制要求的数学表达式进行线性化处理；
S3：根据总购电成本最小化构建优化目标函数，并考虑包含机组开机台数与线路/断面控制要求的各类约束条件，对机组组合进行优化计算，出清得到机组组合及分时节点电价结果。
具体地，步骤S1中的数学表达式为：
Figure BDA0002398799870000021
其中,αi,t表示机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0表示机组停机，αi,t＝1表示机组开机；
N0为电厂/电厂群的最小开机台数；N1为对应第一种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；N2为对应第二种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；
Ps为控制目标，为线路/断面有功功率值；Ps,min1，Ps,max1为对应第一种控制要求时线路/断面功率最小、最大值；Ps,min2，Ps,max2为对应第二种控制要求时线路/断面功率最小、最大值。
具体地，步骤S2中，所述线性化处理包括：
引入0/1整数变量y1,t，y2,t作为中间变量，分别代表电厂/电厂群开机台数是否在第一种、第二种控制要求的机组组合集合中，y1,t，y2,t等于1代表处于相应的机组组合集合，引入变量M，M为极大数；则两段式条件断面的线性化表达为：
Figure BDA0002398799870000031
。
具体地，步骤S3中包括：
以总购电成本最小化为优化目标，其目标函数为：
Figure BDA0002398799870000032
其中：N表示机组的总台数；T表示所考虑的总时段数；Pi,t表示机组i在t时段的出力；
Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002398799870000033
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用。
进一步地，步骤S3中根据优化目标函数及约束条件，利用混合整数线性规划法进行求解，求得对应最优目标及满足约束条件下的机组组合安排及分时节点电价。
进一步地，步骤S3中约束条件还至少包括发电机组自身约束、机组群约束、系统性约束、一般网络约束。
本发明提供的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，是针对电力现货市场出清使用的安全约束机组组合(SCUC)核心算法的改进和优化，对算法中的网络约束条件，由于其中的条件控制断面具有非线性特征，不能直接用于SCUC混合整数线性规划求解。传统做法是将条件断面直接固化开机方式，或按照最严格要求控制，但这类做法将大大限制电网运行方式。通过对两段式条件断面并进行线性化处理，可在SCUC问题约束中准确表达，从而提高方式安排的灵活性，实现SCUC目标函数的进一步优化，从而应用到电力现货市场出清优化方式上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法流程图；
图2是条件控制断面的局部电网接线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的在于提供一种基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，本发明通过对网络约束中的条件断面进行线性化处理，可在SCUC问题的约束条件中准确表达，从而提高机组组合安排的灵活性，实现SCUC目标函数的进一步优化，从而可以应用从而应用到电力现货市场出清优化方式上。具体流程图如图1所示，包括：
S1：在安全约束机组组合问题中，针对网络约束中的两段式条件断面建立机组开机台数与线路/断面控制要求间的数学表达式；
本步骤中，数学表达式为：
Figure BDA0002398799870000051
其中,αi,t表示机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0表示机组停机，αi,t＝1表示机组开机；
N0为电厂/电厂群的最小开机台数；N1为对应第一种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；N2为对应第二种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；
Ps为控制目标，为线路/断面有功功率值；Ps,min1，Ps,max1为对应第一种控制要求时线路/断面功率最小、最大值；Ps,min2，Ps,max2为对应第二种控制要求时线路/断面功率最小、最大值。
图2是局部电网接线图，分别有电厂A、电厂B、变电站1、变电站2、变电站3，其中电厂A与变电站1通过双回线路连接，电厂B通过双线、单线与变电站1、变电站3相连，变电站1、变电站2通过单回线路相连，变电站2、变电站3通过线路与大电网相连接，电厂A、B共有10台发电机组。
经安全稳定分析，为确保正常运行及故障条件下电网安全稳定符合相关标准、准则要求，需满足：电厂A、B至少开2台机，当电厂A、B开机台数为2-3台时，变电站1、变电站2之间相连的线路L12有功功率在750-1000MW区间；当电厂A、B开机台数为4-10台时，线路L12有功功率需在500-5000MW区间。
形成以下数学表达式：
Figure BDA0002398799870000052
其中,αi,t表示机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0表示机组停机，αi,t＝1表示机组开机；PL12为线路L12的有功功率值。
S2：通过引入整数变量等中间变量，将机组开机台数与线路/断面控制要求的数学表达式进行线性化处理；
本步骤具体地，所述线性化处理包括：
引入0/1整数变量y1,t，y2,t作为中间变量，分别代表电厂/电厂群开机台数是否在第一种、第二种控制要求的机组组合集合中，y1,t，y2,t等于1代表处于相应的机组组合集合，引入变量M，M为极大数；则两段式条件断面的线性化表达为：
Figure BDA0002398799870000061
S3：根据总购电成本最小化构建优化目标函数，并考虑包含机组开机台数与线路/断面控制要求的各类约束条件，对机组组合进行优化计算，出清得到机组组合及分时节点电价结果。
本步骤中，可以包括：
S31：以总购电成本最小化作为目标函数：
Figure BDA0002398799870000062
其中：N表示机组的总台数；T表示所考虑的总时段数；Pi,t表示机组i在t时段的出力；
Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002398799870000063
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用；
S32：其他约束条件：
系统负荷平衡约束、系统备用容量约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组最小连续启停时间约束、机组最大启停次数约束、一般线路/断面潮流约束，其具体包括以下步骤：
S321、系统负荷平衡约束；
Figure BDA0002398799870000071
其中，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Tj,t表示网外联络线j在t时段的注入功率(注入为正、输出为负)，NT为联络线总数，Dt表示t时段的系统负荷。
S322、系统备用容量约束；
Figure BDA0002398799870000072
其中，αi,t表示机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0表示机组停机，αi,t＝1表示机组开机；
Figure BDA0002398799870000073
为机组i在t时段的最大出力；
Figure BDA0002398799870000074
为t时段的系统备用容量要求。
S323、机组出力上下限约束；
Figure BDA0002398799870000075
S324、机组爬坡约束；
Figure BDA0002398799870000076
Figure BDA0002398799870000077
其中，ΔPi U为机组i最大上爬坡速率，ΔPi D为机组i最大下爬坡速率。
S325、机组最小连续开停时间约束
Figure BDA0002398799870000078
Figure BDA0002398799870000081
其中，TU、TD为机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间；
Figure BDA0002398799870000082
Figure BDA0002398799870000083
为机组i在t时段时已经连续开机的时间和连续停机的时间
Figure BDA0002398799870000084
Figure BDA0002398799870000085
S326、一般线路潮流约束；
Figure BDA0002398799870000086
其中，Pl max为线路l的潮流传输极限；Gl-i为机组i所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子；Gl-j为网外联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子；Gl-k为节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子；K为系统的节点数量；Dk,t为节点k在t时段的母线负荷值。
S327、一般断面潮流约束；
Figure BDA0002398799870000087
其中，Ps min、Ps max分别为断面s的潮流传输极限；Gs-i为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；Gs-j为网外联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；Gs-k为节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子。
目标函数包含机组功率Pi,t及对应的运行费用，启动费用中隐含机组启停状态αi,t，机组功率Pi,t本身也通过机组出力上下限约束与机组启停状态αi,t相关；此外机组功率Pi,t及机组启停状态αi,t还受系统负荷平衡约束、系统备用容量约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组最小连续启停时间约束、机组最大启停次数约束、一般线路潮流约束、一般断面潮流约束等约束条件限制。对于约束条件中的条件断面约束，首先进行线性化处理，之后，就与一般线路/断面潮流约束类似，线路/断面功率可表达为与机组功率Pi,t相关联的关系式。
在本例中，
Figure BDA0002398799870000091
其中，
Figure BDA0002398799870000092
为机组i所在节点对线路L12的发电机输出功率转移分布因子；
Figure BDA0002398799870000093
为网外联络线j所在节点对线路L12的发电机输出功率转移分布因子；
Figure BDA0002398799870000094
为节点k对线路L12的发电机输出功率转移分布因子。
最后，通过将机组功率Pi,t、机组启停状态αi,t进行优化出清，可求得目标函数最优解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在安全约束机组组合问题中，针对网络约束中的两段式条件断面建立机组开机台数与线路/断面控制要求间的数学表达式；
S2：通过引入整数变量等中间变量，将机组开机台数与线路/断面控制要求的数学表达式进行线性化处理；
S3：根据总购电成本最小化构建优化目标函数，并考虑包含机组开机台数与线路/断面控制要求的各类约束条件，对机组组合进行优化计算，出清得到机组组合及分时节点电价结果。
2.根据权利要求1所述的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，步骤S1中的数学表达式为：
Figure FDA0002398799860000011
其中,αi,t表示机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0表示机组停机，αi,t＝1表示机组开机；
N0为电厂/电厂群的最小开机台数；N1为对应第一种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；N2为对应第二种控制要求时，电厂/电厂群机组开机台数上限；
Ps为控制目标，为线路/断面有功功率值；Ps,min1，Ps,max1为对应第一种控制要求时线路/断面功率最小、最大值；Ps,min2，Ps,max2为对应第二种控制要求时线路/断面功率最小、最大值。
3.根据权利要求1所述的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，步骤S2中，所述线性化处理包括：
引入0/1整数变量y1,t，y2,t作为中间变量，分别代表电厂/电厂群开机台数是否在第一种、第二种控制要求的机组组合集合中，y1,t，y2,t等于1代表处于相应的机组组合集合，引入变量M，M为极大数；则两段式条件断面的线性化表达为：
Figure FDA0002398799860000021
4.根据权利要求1所述的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，步骤S3中包括：
以总购电成本最小化为优化目标，其目标函数为：
Figure FDA0002398799860000022
其中：N表示机组的总台数；T表示所考虑的总时段数；Pi,t表示机组i在t时段的出力；
Ci,t(Pi,t)、
Figure FDA0002398799860000023
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用。
5.根据权利要求1所述的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，步骤S3中根据优化目标函数及约束条件，利用混合整数线性规划法进行求解，求得对应最优目标及满足约束条件下的机组组合安排及分时节点电价。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于两段式条件断面约束的SCUC的出清优化方法，其特征在于，步骤S3中约束条件还至少包括发电机组自身约束、机组群约束、系统性约束、一般网络约束。
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