CN111654025B - 考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑配网间互联输配一体化协调调度方法，包括如下步骤：建立输电网安全约束经济调度模型、配电网有功无功联合优化调度模型和输配两级电网一体化优化模型；求解输电网安全约束经济调度模型，并计算各联络线处节点边际电价；各配电网根据对应输电网电价求解各配电网有功无功联合优化调度模型，计算配电网间联络线处节点边际电价；比较相邻配电网间联络线处节点边际电价，决定配电网间是否发生互动，并迭代求解配电网有功无功联合优化调度模型直至收敛；配电网间协调互动达成一致后，进一步求解输电网安全约束经济调度模型直至收敛。
Description
技术领域
本发明属于电力系统调度领域，更具体地，涉及一种考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法。
背景技术
随着国家光伏扶贫项目、可再生能源补助等一系列政策的推进，分布式发电在配电网渗透率急剧攀升。基于一种分布式发电的消纳政策，如何对所管辖的电力资源进行优化配置，如何在分布式发电市场化下实现自身利益最大化是配电公司当下所面临的亟待解决的问题。一方面，随着一些地区环形配电网建设的推进，配电网间互联将有可能实现；另一方面，随着分布式发电市场化模式的不断成熟，配电网中未被消纳的发电量必将以能源互联的形式实现消纳，这将对现有配电网调度运营模式产生巨大影响。因此本着可再生能源就近消纳的原则，由配电网公司主动通过与临近配电网互联，通过与输配一体化协调调度，争取分布式发电更大规模消纳，实现自身利益最大化成为了一个新的研究方向。
输配一体化问题目前的理论研究主要是将输配一体化协调调度分解成输电网优化和配电网优化两个子问题，通过交换尽可能少的信息进行协同优化，但对配电网的调度基本无法涉及无功协调，不能满足实际调度需求；且对配网间互联的情况涉足较少。
配网间互联的协调调度在目前的研究中可借鉴的主要是两个方面，一是输电网中跨区域互联电网的研究，二是微电网间的互动研究。首先，目前跨区域互联电网协调调度更多是以输电合同制等形式实现，但在输配一体化机制下，输电网在多配网间大部分是扮演协调者角色，采用跨区域互联研究方法无法保证各利益主体地位平等；其次输电网主要包含大容量发电机，配电网则拥有更多的分布式发电项目，发电单元的巨大差异也使跨区域互联的方法不能直接应用。再者，跨区域互联主要是通过分区调频和分区控制误差的调度实现，但相较于配电网的频率一般由输电网维持的情况，可借鉴意义不大。鉴于以上三点，跨区域互联电网的技术方案不能直接应用于配电网互动调度。微电网互动的研究为配网间互联的协调调度奠定了一定的基础，目前微电网协调互动更多的是通过供需平衡机制实现，但微电网间在互动过程中较少考虑上级电网的优化控制影响，且所采用的供需平衡机制无法考虑在互动过程中产生的动态成本及收益，无法做到平衡预算。因此，微电网互动的方法也不能直接应用于配网间互联的协调调度。
发明内容
针对配网实际发展中可能出现的互联情况，提出了一种以节点边际电价和边界需求功率交互迭代为基础的输电网和配电网联合协调优化调度方法，以实现配电网中分布式发电的更大规模消纳和进一步减小社会生产成本的目标。首先建立考虑配网间互联的输配一体化优化模型；进而提出考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法，从预算平衡和运行时间两个方面分析了该方法的准确性和合理性；最终通过两个实施例分析了该协调调度方法所带来的分布式电源消纳量、生产成本和社会生产总成本等方面效果。
本发明提供技术方案是一种考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法，包括步骤：建立输电网安全约束经济调度模型、配电网有功无功联合优化调度模型以及输配一体化优化模型三个非凸模型，根据对非凸模型求解结果对输电网和配电网实施输配一体化协调调度。在本发明技术方案中，节点边际电价的计算和需求是有关系的，当需求大的时候，电价高，当需求低的时候，电价低。
优选的，所述对非凸模型求解方法为使用二阶锥松弛方法近似求解。
在一个方面的实施例中，输配一体化协调调度方法包括步骤S100至S900：
S100，初始化各配电网之间的以及输电网与各配电网的联络线传输功率；
S200，使用当前参数，调用输电网安全约束经济调度模型，获得输电网中与各个配电网相连的节点处的第一节点边际电价；
S300，使用当前参数，根据各配电网对应输电网节点的第一节点边际电价求解其配电网有功无功联合优化调度模型，根据输配一体化优化模型获得各配电网中与其他配电网连接的节点处的第二节点边际电价；
S400，比较相邻配电网之间联络线两端节点的第二节点边际电价，若两者差的绝对值小于第一阈值，则执行S8 00，否则，第二节点边际电价较大的节点所在配电网设为购电方，另一方设为售电方；
S500，将相邻配电网中售电方配电网提供的第二节点边际电价作为购电方配电网购电的电价，与该购电方配电网连接的输电网节点的第一节点边际电价比较，并据此调用购电方配电网的配电网有功无功联合优化调度模型，求解相邻配电网中购电方配电网向售电方配电网购买的购电功率；
S600，根据S500中的购电功率，求解售电方配电网的配电网有功无功联合优化调度模型，更新相邻配电网之间联络线两端节点的第二节点边际电价；
S700，计算所有售电方配电网在S300和S600获得的第二节点边际电价的差值，如果各差值的绝对值之和小于第二阈值，则执行S800，否则，执行S500；本步骤为一次S300至S600的迭代中，检验S600获得的各个第二节点边际电价是否整体的相对S300 获得的各个第二节点边际电价是否收敛，即，因此常规算法中的收敛条件判断方法也视为本步骤的等同替换；
S800，标记配电网间协调互动达成一致，输电网与各配电网的联络线传输功率更新为各配电网对该输电网的购电功率，求解其输电网安全约束经济调度模型，更新输电网中与各个配电网相连的节点处的第一节点边际电价；
S900，计算输电网在S200和S800获得的各个第一节点边际电价的差值，如果各差值的绝对值之和小于第三阈值，则标记输电网和各配电网协调互动达成一致，输出当前各节点边际电价和购电功率为收敛解，否则，执行S300。本步骤为一次S200至S800 的迭代中，检验S800获得的各个第一节点边际电价是否整体的相对S200获得的各个第一节点边际电价是否收敛，即输配电网关于电能价格达成一致，因此常规算法中的收敛条件判断方法也视为本步骤的等同替换；
优选的，所述第一阈值、第二阈值和/或第三阈值小于5％。
优选的，所述第二阈值与第三阈值相同。
在一个方面的实施例中，所述输电网安全约束经济调度模型中，目标函数收敛方向为取输电网经济运行净成本最小，基本约束条件包括功率平衡约束、系统旋转备用约束、机组处理上下限约束、机组爬坡约束和线路潮流约束。
在一个方面的实施例中，所述配电网有功无功联合优化调度模型中，目标函数收敛方向为取配电网经济运行净成本最小，基本约束条件包括潮流方程约束、功率平衡约束、分布式发电出力约束和安全约束。
优选的，每个所述配电网的经济运行净成本至少包括配电网自有分布式发电成本、配电网向输电网购电成本、配电网向邻近各配电网购电成本和配电网向邻近各配电网售电成本。
在一个方面的实施例中，所述输配一体化优化模型中，目标函数收敛方向为包括所述输电网和配电网的整个电力系统经济运行成本最小，约束条件包括所述输电网安全约束经济调度模型的基本约束条件、所述配电网有功无功联合优化调度模型的基本约束条件以及边界条件约束。
优选的，所述边界条件约束包括输配两级电网边界条件约束、联络线传输功率约束和无功返送限制。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果： 1、结合分布式发电及相关配网建设的发展形势，针对配网实际发展中可能出现的互联的情况，建立了考虑配网间互联的输配一体化优化模型，较好地契合工程实际；2、针对输电网安全约束经济调度模型及配电网有功无功联合优化调度模型中存在的非凸性，利用二阶锥松弛技术实现了非凸模型的近似求解；根据节点边际电价的原理，推导出二阶锥凸优化模型下的节点边际电价求解方法并获取联络线处节点边际电价，降低模型求解复杂度；3、提出了一种以节点边际电价和边界需求功率交互迭代为基础的输电网和配电网联合协调优化调度方法，该方法降低了社会生产总成本，释放了市场活力；此外，与传统方法相比，该方法在准确性和合理性方面具有更大的优势。
附图说明
图1是本发明一个实施例中电力系统支路标记示意图；
图2是本发明一个单个输电网和两个配电网协调调度实施例的互动流程图；
图3是本发明一个T5D6D6网架结构输配一体化电网实施例的连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
首先，本发明的基本构思是：针对配电网实际发展中出现的互联的情况，基于一个确定的输配电一体化电网拓扑结构的，该拓扑结构中包括至少一个输电网和与输电网通过联络线连接的配电网，各配电网直接也连接有联络线，为了调度各个配电网的电能，需要通过计算，提供基于一个整体运行策略的调度方法，即本发明提供的输配一体化协调调度方法。该方法中，首先，建立了考虑配网间互联的输配一体化优化模型，通过二阶锥松弛等技术实现该非凸模型的近似求解，进而提出了一种以节点边际电价和边界需求功率交互迭代为基础的输配一体化协调调度方法，该方法允许配电网与临近配电网进行协调互动，减小生产成本，可较大提升分布式发电的消纳率；其次，提供了通过输电网安全约束经济调度模型和配电网有功无功联合优化调度模型循环迭代的更新节点边际电价，考虑了输电网与配电网互动角度的准确性和合理性。本发明同时考虑实际运行场景和计算精度要求，以各输电网及配电网总经济运行成本最低为目标，计及潮流方程约束、安全约束等基本约束分别建立输电网安全约束经济调度模型及配电网有功无功联合优化调度模型。
基于上述构思，下面首先在第一个方面的各个输配一体化协调调度方法实施例中解释说明本发明提供的输电网安全约束经济调度模型、配电网有功无功联合优化调度模型以及输配一体化优化模型及其构建方法。
在第一实施例中，提供了输电网安全约束经济调度模型及其构建方法。该输电网安全约束经济调度模型是一个与输电网对应的SCED模型，认为每个输电网以其经济运行净成本最小为运行目标。并设置其运行中的各个约束条件。
作为示范的，本实施例中，输电网安全约束经济调度模型的目标函数如下：
式中，输电网运行目标为经济运行净成本
最小，min标记模型收敛方向在各个时间断面上为取最小，
表示输电网在时刻t时的经济运行成本函数，Pgi,t,tr表示节点i处发电机组在第t个时刻的有功出力，Gt表示输电网发电机组集合，
和
分别为第i台机组的发电成本二次项系数、一次项系数和常数项。
本实施例中，输电网安全约束经济调度模型的基本约束条件包括：
1)功率平衡约束
式中，Nd表示输电网所有负荷节点集合，
为在节点k处接入输电网的配电网在第t个时刻的有功负荷需求，Sbdis为配电网接入输电网的节点集合，Pdi,t,tr表示节点i处在第t个时刻的有功负荷量，Cdis为配电网节点集合。
2)系统旋转备用约束
式中，
和
分别为节点i处发电机组最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
和
分别为节点i处发电机组的最大出力和最小出力；
和
分别为第 t个时刻上调旋转备用要求和下调旋转备用要求。
3)机组出力上下限约束
4)机组爬坡约束
其中，t-1表示时刻t的上一时刻，其他符号依从在先定义。
5)线路潮流约束
式中，
为线路l的潮流传输极限，Gl-i为发电机组节点i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。
本实施例示范性的提供一种输电网安全约束经济调度模型及其构建方法，具体的输电网安全约束经济调度模型本领域技术人员可以根据具体输配电一体化电网中输电网的经济运行调度条件具体架构。
在第二实施例中，提供了配电网有功无功联合优化调度模型及其构建方法。该配电网有功无功联合优化调度模型是一个与同一输电网连接的各个配电网联合对应的SCED模型，认为输配电一体化电网中每个配电网也以其经济运行净成本最小为运行目标。并设置其运行中的各个约束条件。本发明中，每个配电网的经济运行净成本由于和其通过联络线的输电网或者配电网相关，因此应当包括配电网自有分布式发电成本、配电网向输电网购电成本、配电网向邻近各配电网购电成本和配电网向邻近各配电网售电成本。
本实施例中，，配电网有功无功联合优化调度模型的配电网调度过程目标函数如下：
其中：
式中，配电网以经济运行净成本最小为目标。Cdis为与同一输电网相连的所有配电网的集合，
为第k个配电网总经济运行成本函数，
为第k个配电网自有分布式发电成本函数，Pgi,t,k表示第k个配电网节点i处分布式发电在第t个时刻的有功出力，
表示第k个配电网自有分布式发电集合，
和
分别为第k个配电网第i项分布式发电的发电成本二次项系数、一次项系数和常数项；
为与第k个配电网相邻的配电网集合，
为第k个配电网向输电网购电成本函数，
为第k个配电网在第t个时刻从输电网购电的购电功率，
为第k个配电网在第t个时刻从输电网的购电电价；
和
分别为第k个配电网向邻近第j个配电网购电和售电成本函数，
和
分别为第k个配电网向邻近第j个配电网购电和售电功率，
和
分别为第k个配电网向邻近第j个配电网购电和售电电价；
为第k个配电网在第t个时刻向邻近第j个配电网购售电标志位。
本实施例模型中，配电网调度过程基本约束条件包括：
1)潮流方程约束
式中，θij,t,k为第t个时刻第k个配电网节点i和节点j所组成支路(以下简称支路ij) 的两端电压相角之差，其他标记如图1所示。
2)功率平衡约束
式中，Pdi,t,k和Qdi,t,k分别表示第k个配电网节点i处在第t个时刻的有功负荷和无功负荷，
为在第t个时刻输电网向第k个配电网供电的有功功率，Qgi,t,k表示第k个配电网节点i处分布式发电在第t个时刻的无功出力，πk(i)表示第k个配电网中与节点i相连的所有节点集合。
3)分布式发电出力约束
式中，P gi,k 和
分别为第k个配电网节点i处分布式发电有功出力的下限和上限，Q gi,k 和
分别为第k个配电网节点i处分布式发电无功出力或无功补偿的下限和上限。
4)安全约束
Vi min,k≤Vi,t,k≤Vi max,k (17)
式中，Vi min,k和Vi max,k分别为第k个配电网节点i处电压幅值的下限和上限，
为第k个配电网支路ij的极限传输容量。
在第三实施例中，提供了输配一体化优化模型及其构建方法。该模型是一个与输配一体化电网的输配两级电网整体对应的SCED模型，认为输配一体化电网以其整个电力系统的经济运行成本最小为运行目标。
示范的，本实施例中，输配一体化优化模型的目标函数为：
式中，
为整个电力系统的经济运行成本，输配两级一体化协调调度是以整个电力系统的经济运行成本最小为目标函数。
本实施例中，除本实施例中输电网安全约束经济调度模型、配电网有功无功联合优化调度模型的基本约束条件外，输配一体化优化模型还存在如下的边界条件约束：
1)输配两级电网边界条件约束
2)联络线传输功率约束
式中，
和
分别为第k个配电网与输电网联络线传输功率的下限和上限。
3)无功返送限制
本实施例中，输电网采用无功就地补偿策略，因此，配电网与输电网的相连节点由配电网进行无功就地补偿，不得向输电网返送。
基于第一方面的模型，在第二方面的实施例中，示范性的提供一种使用于本发明的二阶锥松弛近似求解方法。如第三实施例的输配一体化优化模型，其原始问题为非凸非线性优化问题，本实施例将该问题转化为近似凸优化问题进行求解。考虑到求解方法的普适性，采用二阶锥松弛技术。定义：
Wij,t,k＝Vi,t,kVj,t,kcosθij,t,k (23)
Tij,t,k＝Vi,t,kVj,t,ksinθij,t,k (24)
则有：
Wij,t,k＝Wji,t,k (26)
Tij,t,k＝-Tji,t,k (27)
式(11)、(12)可分别变换为：
式(17)可变换为：
经过上述变形，则原始模型转化为一个线性方程组和式(18)、式(25)的两个二次方程。将等式(25)松弛为不等式：
将式(18)、式(31)转化为2-范数形式，即标准二阶锥形式可得：
由此，第三实施例中输配一体化优化模型经历过二阶锥凸松弛的近似凸优化模型为：
进一步的，本发明的节点边际电价定义为节点每增加一个单位负荷，在保障系统安全运行条件下，系统增加的最小生产费用。本发明第一方面实施例的模型中除式(32) 和式(33)两个二阶锥约束外，其余约束处理方法与一般拉格朗日函数处理方法一致：
式(32)和式(33)两个约束出现在拉格朗日的函数中各向量需要匹配于相应的拉格朗日乘子，即：
在满足强对偶性的条件下，互补松弛性保证了式(35)和式(36)值为0。在其对偶模型中，拉格朗日乘子满足：
由此导致其拉格朗日函数形式为：
由稳定性条件可得：
由式(39)和式(40)经数学等价变换可得：
式(41)代表了该系统的预算平衡式。式中第一项加和代表电力系统生产费用，第三项加和代表为系统拥塞所产生的费用，第二项加和则代表网损和电压降产生的费用(第二项可以利用
和
进行等价代换)。
则
为节点i处的节点边际电价(LMP)。
本实施例的节点边际电价考虑了电网运行的阻塞、网损和电压降成本，更能反映电网运行信息，更加有利于互动双方根据供需关系进行电量的协调；另一方面，在配网间互联参与情形下，有利于整个电网的经济优化运行。
在本发明的第三方面的实施例中，考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法是针对配网实际发展中可能出现的互联情况，提出具体的一种以节点边际电价和边界需求功率交互迭代为基础的输电网和配电网一体化协调调度方法，以实现配电网中分布式发电的更大规模消纳和进一步减小社会生产成本。
在一个确定的时间断面，输配电网之间将发生两类互动，一是输电网分别和配电网之间进行互动，以输电网在与配电网相连节点处的节点边际电价作为对应配电网从输电网的购电电价，配电网根据自身调度优化结果向输电网提供购电需求；二是配电网之间的互动，以售电方配电网与购电方配电网相连节点处的节点边际电价作为彼此的互动电价。对于购电方，比较输电网电价和临近配电网电价做出最优决策。多个利益主体根据价格信号决定不同电网联络线的功率流向和大小，因此该问题实质为在非合作环境下对电力资源进行竞争和优化配置。
结合第一方面和第二方面的实施例，如图2所示，本实施例包括单个输电网和两个配电网的输配一体化电网为例，其产生调度策略的具体流程如下：
S100，配电网和配电网之间的联络线传输功率初始化为0，根据当前输电网与配电网之间实际状态，初始化输电网与各配电网联络线的传输功率；
S200，求解输电网安全约束经济调度模型，根据式(42)，计算输电网与配电网相连节点处的节点边际电价λt1,λt2...；
S300，各配电网根据输电网提供的对应的节点边际电价求解各配电网有功无功联合优化调度模型，根据式(42)，计算配电网间联络线处节点边际电价λd1,λd2...；
S400，比较相邻配电网间联络线处节点边际电价，若价格相等，则不发生互动，直接转向S8 00，设定价格差值为0，否则确定电能买卖主体，电价低的作为售电方，电价高的作为购电方；
S500，将售电方配电网提供的节点边际电价作为购电方配电网购电的电价，比较输电网提供电价和售电方配电网提供的售电电价，求解购电方配电网有功无功联合优化调度模型，得到向售电方配电网购买的购电功率Pd；
S600，根据购电方配电网提供的购电功率，求解售电方配电网有功无功联合优化调度模型，更新售电方配电网与购电方配电网相连的联络线处节点边际电价λd1,λd2...；
S700，比较所有售电方配电网两次提供的节点边际电价，若差值的绝对值之和小于 0.5％，则认为配电网间关于电能价格达成一致，进行S800，否则转向S500；
S800，配电网间协调互动达成一致后，将各配电网对输电网的购电功率提供给输电网，输电网进行安全约束经济调度模型求解，更新输电网与各配电网相连的联络线处节点边际电价λt1,λt2...；
S900，比较输电网两次提供的各联络线处节点边际电价之差，当各差值绝对值之和小于0.5％时，认为输电网和各配电网关于电能价格达成一致，协调调度完成，输出收敛解。否则，转向S300。
可以看出，本实施例中，第一阈值取0，量纲与节点边际电价相同，第二阈值和第三阈值同时取5％。其中，步骤S700中所述各第二节点边际电价的各差值的绝对值之和ε2表述为：
S700中收敛条件为ε2≤0.5％；
步骤S900中所述各第一节点边际电价的各差值的绝对值之和ε3表述为：
S700中收敛条件为ε3≤0.5％；
本发明其他实施例中，第二阈值或者第三阈值，可能取值1％甚至5％，较大取值意味其对应步骤S700或者S900中的收敛速度更快，较小的取值意为最后得到的值越精确，但求解时间更长。
本发明的对第一节点边际电价λt1,λt2和第二节点边际电价λd1,λd2的迭代顺序并不局限于本实施例中所呈现的，即输配一体化电网的调度求解过程中，本质上输电网供求关系是配电网供求关系的一个支撑，本领域技术人员可以根据本实施例描述之构思进行其他改进。
在本发明的第四方面，为进一步介绍本发明方法，通过两个不同结构的输配一体化电网的实施例在多个场景下对比的说明本发明的技术效果，即考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法的实质是在非合作环境下对电力资源进行的优化配置，从而降低社会生产总成本，释放市场活力。
本方面的第一实施例中，参数设置如下：T5D6D6网架结构如图3所示，包括一个 5节点输电网和两个6节点配电网，其他参数参考IEEE标准节点实施例设置。实施例中所涉及有功功率单位均为MW，无功功率单位均为MVAR，价格均为$/MWh。
采用本发明所提出的考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法求解本实施例，结果如表1所示。
表1本发明所提协调调度方法求解结果
| 配电网间联络线容量为25 | 配电网间联络线容量为30 | |
| 配电网1输电网购电价格 | 15.0000 | 15.0000 |
| 配电网1输电网购电功率 | 45.0000 | 45.0000 |
| 配电网2输电网购电价格 | 14.8742 | 14.8739 |
| 配电网2输电网购电功率 | 52.6387 | 52.3730 |
| 配电网1角色 | 售电方 | 售电方 |
| 配电网2角色 | 购电方 | 购电方 |
| 配电网间购电价格 | 12.9334 | 13.3846 |
| 配电网间购电功率 | 25.0000 | 27.6102 |
| 运行时间 | 16.6829s | 80.1925s |
由表1分析可知，配电网间购电价格明显低于输电网价格，对于配电网协调互动中的购电方配电网2，其显然从配电网1购电更为划算。但随着购电量增大，对售电方配电网1所收取的节点边际电价即配电网1的供电价格随之提升。配电网间供电价格一旦超过输电网供电价格，作为购电方的配电网2仍从配电网1购电，则必然不划算。因此，当联络线容量达到上限时，如果配电网间供电价格仍然低于输网供电价格，则配电网2 从自身成本最小角度出发，将以联络线容量上限从配电网1购电；当配电网间供电价格等于输电网供电价格时，若配电网间供电功率仍未达到联络线容量上限，配电网2则需决策向输电网和配电网1分别购电电量，以保证自身利益最优。另一方面，配电网1作为电能富裕一方，其从输电网购电价格基本保持不变；与配电网2互动协调，进一步减少了成本，保证自身利益最优。
本方面的第二实施例中，输配一体化电网采用T6D33D33网架结构，进一步，设置三种不同场景，与本发明的第一实施例对比的对考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法的有效性进行说明。
场景1：输电网与各配电网直联，但各自独立调度，配电网相较于输电网为等值负荷，输电网相较于配电网为无穷大电源；
场景2：在场景1基础上增加输配一体化安全约束经济调度，允许输电网和各配电网之间通过简单信息交互进行全局优化；
场景3：在场景2基础上增加考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法，允许配网间通过联络线进行协调互动；
基于上述各场景的，本方面第一实施例中三场景的调度数据对比如下表2。
表2 T5D6D6不同场景求解结果比较分析
| 场景1 | 场景2 | 场景3 | |
| 配电网1角色 | / | / | 售电方 |
| 配电网2角色 | / | / | 购电方 |
| 输电网成本 | 11407.0 | 9366.7 | 8998.1 |
| 配电网1成本 | 3123.9 | 3741.9 | 3073.3 |
| 配电网2成本 | 3948.3 | 5019.0 | 3957.5 |
| 社会总成本 | 18479.2 | 18127.6 | 16028.9 |
| 配电网1DG消纳量 | 55.19％ | 68.75％ | 80.59％ |
| 配电网2DG消纳量 | 81.84％ | 99.57％ | 93.10％ |
| DG总消纳量 | 67.67％ | 83.18％ | 86.44％ |
基于上述各场景的，本方面第二实施例中三场景的调度数据对比如下表3。
表3 T6D33D33不同场景求解结果比较分析
| 场景1 | 场景2 | 场景3 | |
| 配电网1角色 | / | / | 售电方 |
| 配电网2角色 | / | / | 购电方 |
| 输电网成本 | 2208.2 | 2208.2 | 1922.7 |
| 配电网1成本 | 312.5957 | 310.0920 | 86.5186 |
| 配电网2成本 | 695.1529 | 682.5625 | 686.4243 |
| 社会总成本 | 3215.9486 | 3200.8545 | 2695.6429 |
| 配电网1DG消纳量 | 68.13％ | 68.10％ | 100％ |
| 配电网2DG消纳量 | 100％ | 100％ | 100％ |
| DG总消纳量 | 80.42％ | 80.39％ | 100％ |
根据表2和表3所示调度数据的分析可知本发明方法的技术效果包括：
1)从社会总成本角度分析，T5D6D6和T6D33D33两个实施例中场景2相较于场景1分别节约总成本1.9％、0.47％，但采用考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法后，场景3的社会总成本相较于场景1分别下降13.26％、16.18％，相较于场景2分别下降11.58％、15.78％，考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法极大地降低了社会生产总成本；
2)从分布式发电消纳率角度分析，采用考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法后，T5D6D6和T6D33D33两个实施例中分布式发电消纳率较场景1分别提升27.74％、24.35％，较场景2分别提升3.92％、24.39％，这主要是因为市场放开后，配电网1的分布式发电的盈余量可以卖给配电网2，进而提升了消纳率；
3)针对输电网分析，在场景1中无论配电网提出需求电量为多少，均不能随意更改电价，因此有可能给输电网带来较大成本支出。采用输配一体化协调调度方法后，场景2中输电网通过联络线处节点边际电价调节电价，进而影响需求量，达到三者的利益均衡。因此在T5D6D6实施例中会存在输电网成本减小，配电网成本均大幅度提升的情况，但就社会总成本而言，依然是有利的；
4)由于分布式发电较输电网发电成本更低，因此配电网从自身经济利益出发，必然更多选择消纳分布式发电量。售电方配电网可以将分布式发电盈余发电量转卖给临近配电网获取收益，减小成本；而购电方配电网在输电网电价与临近配电网供电电价比较决策以达到最小化成本；
5)在T5D6D6实施例场景3中，在采用考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法后，作为购电方的配电网2的DG消纳率有所下降，这是因为临近配电网供电成本小于本地DG供电成本。这将促使配电网2进一步优化DG，改进技术，减小成本。另一方面，T6D33D33实施例中由于配电网2的分布式发电成本较输电网和临近配电网供电仍占有优势，因此优先消纳；
6)针对购电方配电网2进行分析，在采用考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法后，配电网2成本并不一定比未采用时低。这是因为在前两种机制中，输电网由于多发电提供的低电价补偿了配电网2的发电成本。随着竞争的引入，补偿机制不复存在，因此配电网2成本可能会不降反升，这促使配电网2加速引入分布式发电，革新技术，减小成本。
综上所述，考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法，各个实施例中基于输电网基本安全约束及机组出力约束，以输电网经济运行成本最小为目标，建立输电网安全约束经济调度模型；基于配电网潮流约束及安全约束，以配电网经济运行成本最小为目标，建立配电网有功无功联合优化调度模型；综合输电网及配电网调度模型，建立输配两级电网一体化优化模型；求解输电网安全约束经济调度模型，并计算各联络线处节点边际电价；各配电网根据对应的输电网电价求解各配电网有功无功联合优化调度模型，计算配电网间联络线处节点边际电价；比较相邻配电网间联络线处节点边际电价，决定配电网间是否发生互动，并迭代求解配电网有功无功联合优化调度模型直至收敛；配电网间协调互动达成一致后，进一步求解输电网安全约束经济调度模型直至收敛，完成协调调度，输出收敛解。其实质是在非合作环境下对电力资源进行的优化配置。本发明特别应对高渗透率分布式电源接入这一电力系统目前面临挑战，在配电公司运营系统面临更大规模消纳分布式发电的基础上进一步减小运营成本。本发明结合分布式发电及相关配网建设的发展形势，针对配网实际发展中可能出现的互联的情况，建立了考虑配网间互联的输配一体化优化模型，利用二阶锥松弛技术实现了非凸模型的近似求解；根据节点边际电价的原理，推导出二阶锥凸优化模型下的节点边际电价求解方法并获取联络线处节点边际电价；提出了一种以节点边际电价和边界需求功率交互迭代为基础的输电网和配电网联合协调优化调度方法，从平衡预算和运行时间两个方面对该方法和传统供需平衡调度进行分析比较，验证了本发明所提方法在准确性和合理性方面具有更大的优势；最后通过实施例分析表明了在保障各配网主体利益最优前提下，考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法的实质是在非合作环境下对电力资源进行的优化配置，降低了社会生产总成本，释放了市场活力。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种考虑配网间互联的输配一体化协调调度方法，其特征在于，包括步骤：建立输电网安全约束经济调度模型、配电网有功无功联合优化调度模型以及输配一体化优化模型三个非凸模型，根据对非凸模型求解结果对输电网和配电网实施输配一体化协调调度；
所述求解结果包括：
根据一输电网的所述输电网安全约束经济调度模型获得的各联络线处节点边际电价；
根据所述输电网相邻各配电网的所述配电网有功无功联合优化调度模型获得的配电网间联络线处节点边际电价；以及，
根据所述输配一体化优化模型迭代调用所述输电网安全约束经济调度模型和所述配电网有功无功联合优化调度模型所获得的指定配电网从所述输电网的购电电价以及售电方配电网与购电方配电网彼此的互动电价。
2.根据权利要求1所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述对非凸模型求解方法为使用二阶锥松弛方法近似求解。
3.根据权利要求1或2所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于，包括步骤：
S100，初始化各配电网之间的以及输电网与各配电网的联络线传输功率；
S200，使用当前参数，调用输电网安全约束经济调度模型，获得输电网中与各个配电网相连的节点处的第一节点边际电价；
S300，使用当前参数，根据各配电网对应输电网节点的第一节点边际电价求解其配电网有功无功联合优化调度模型，根据输配一体化优化模型获得各配电网中与其他配电网连接的节点处的第二节点边际电价；
S400，比较相邻配电网之间联络线两端节点的第二节点边际电价，若两者差的绝对值小于第一阈值，则执行S800，否则，第二节点边际电价较大的节点所在配电网设为购电方，另一方设为售电方；
S500，将相邻配电网中售电方配电网提供的第二节点边际电价作为购电方配电网购电的电价，与该购电方配电网连接的输电网节点的第一节点边际电价比较，并据此调用该购电方配电网的配电网有功无功联合优化调度模型，求解相邻配电网中购电方配电网向售电方配电网购买的购电功率；
S600，根据S500中的购电功率，求解售电方配电网的配电网有功无功联合优化调度模型，更新相邻配电网之间联络线两端节点的第二节点边际电价；
S700，计算所有售电方配电网在S300和S600获得的第二节点边际电价的差值，如果各差值的绝对值之和小于第二阈值，则执行S800，否则，执行S500；
S800，标记配电网间协调互动达成一致，输电网与各配电网的联络线传输功率更新为各配电网对该输电网的购电功率，求解其输电网安全约束经济调度模型，更新输电网中与各个配电网相连的节点处的第一节点边际电价；
S900，计算输电网在S200和S800获得的各个第一节点边际电价的差值，如果各差值的绝对值之和小于第三阈值，则标记输电网和各配电网协调互动达成一致，输出当前各节点边际电价和所述购电功率为收敛解，否则，执行S300。
4.根据权利要求1所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述输电网安全约束经济调度模型中，目标函数收敛方向为取输电网经济运行净成本最小，基本约束条件包括功率平衡约束、系统旋转备用约束、机组处理上下限约束、机组爬坡约束和线路潮流约束。
5.根据权利要求1所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述配电网有功无功联合优化调度模型中，目标函数收敛方向为取配电网经济运行净成本最小，基本约束条件包括潮流方程约束、功率平衡约束、分布式发电出力约束和安全约束。
6.根据权利要求5所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：每个所述配电网的经济运行净成本至少包括配电网自有分布式发电成本、配电网向输电网购电成本、配电网向邻近各配电网购电成本和配电网向邻近各配电网售电成本。
7.根据权利要求1所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述输配一体化优化模型中，目标函数收敛方向为包括所述输电网和配电网的整个电力系统经济运行成本最小，约束条件包括所述输电网安全约束经济调度模型的基本约束条件、所述配电网有功无功联合优化调度模型的基本约束条件以及边界条件约束。
8.根据权利要求7所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述边界条件约束包括输配两级电网边界条件约束、联络线传输功率约束和无功返送限制。
9.根据权利要求3所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述第一阈值、第二阈值和/或第三阈值小于5%。
10.根据权利要求3所述的输配一体化协调调度方法，其特征在于：所述第二阈值与第三阈值相同。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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