CN112186734A - 一种电力系统中长期运行模拟方法、储存介质及计算设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力系统中长期运行模拟方法、储存介质及计算设备，获取电力系统数据；建立一阶段经济调度方式下的安全约束电厂组合模型，将经济调度改为三公调度方式，添加火电厂利用小时数约束并修正目标函数，添加火电发电进度偏差罚项；建立二阶段经济调度方式下的安全约束机组组合模型，设计边界条件传递原则，将一阶段问题求解结果改进为三公调度方式，添加火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，并对目标函数做出修正，添加火电厂发电进度偏差罚项；经过两次滚动计算求解得到1个规划年的电力系统运行模拟结果，从而实现中长期运行模拟的整体流程。本方法对大规模电力系统的电网规划评估具有更强的适应性以及实用价值。

Description

一种电力系统中长期运行模拟方法、储存介质及计算设备
技术领域
本发明属于电网规划评估技术领域，具体涉及一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法。
背景技术
随着能源革命的发展，我国电力系统的电源结构在几年间发生了质的改变，新能源的大规模接入，储能等灵活资源的投建，使得系统的不确定性变得更大，给电网规划方案的制定带来巨大挑战。因此评估电网规划方案的合理性变得至关重要。电网规划评估的核心思想是要建立数学模型，能够比较真实的模拟电力系统的运行情况，从而统计相应指标对计算结果进行评估分析。电力系统中长期运行模拟方法就是通过建立中长期尺度(时间尺度一般在1个规划水平年及以上)下的安全约束机组组合(SCUC)模型，模拟系统实际运行过程中的火电机组开停机状态，以及保证各时刻功率平衡下的各类电源出力水平。SCUC模型是一个复杂的混合整数线性规划(MILP)问题，添加的约束会随着系统元件类型的增加而变得更加复杂，整个模型的规模也会随着时间尺度和系统元件数目的增加而成倍上升，尤其是其中与时间相耦合的约束，会严重影响SCUC模型的求解速度。
由于已有研究中SCUC模型的计算尺度大多为短期时间尺度，对研究中长期尺度下SCUC加速技术的研究很少，因此本发明提出一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法，并设计新的边界条件传递形式，能通过求解一个简单的安全约束电厂组合(SCPC)模型得到近似的运行模拟结果，通过对近似结果进行处理，形成相应的边界约束传给常规的SCUC模型，从而减少其中整数变量的数目，而且边界条件可以通过具体参数设置进行调控，从而权衡计算效率和计算精度，在可接受的计算时间内得到合理的计算结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法、储存介质及计算设备，对电网规划方案进行评估，并为电网规划方案的改进提供依据和建议。
本发明采用以下技术方案：
一种电力系统中长期运行模拟方法，包括以下步骤：
S1、获取电力系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据；
S2、根据步骤S1的数据建立一阶段经济调度方式下的安全约束电厂组合模型，对模型进行改进，将经济调度改为三公调度方式，添加火电厂利用小时数约束并修正目标函数，添加火电发电进度偏差罚项；
S3、建立二阶段经济调度方式下的安全约束机组组合模型，设计边界条件传递原则，将步骤S2一阶段问题求解结果传给二阶段SCUC模型，改进为三公调度方式，添加火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，并对目标函数做出修正，添加火电厂发电进度偏差罚项；
S4、在步骤S1获取数据的基础上，滚动计算步骤S2中的一阶段SCPC模型，求解完毕后执行步骤S3，将SCPC模型的计算结果转换为SCUC模型的边界条件，滚动计算二阶段SCUC模型，求解得到1个规划年的电力系统运行模拟结果，实现中长期运行模拟的整体流程。
具体的，步骤S1中，系统基本技术数据包括：火电机组最大/最小技术出力
Figure BDA0002642958960000031
火电机组的最大上下爬坡速率RUThermal/RDThermal，火电机组最短开/停机时间TThermal,on/TThermal,off；水电机组最大技术出力
Figure BDA0002642958960000032
剩余数据为各电源/负荷所在节点位置、网架连接情况和断面信息；
系统运行约束条件数据包括：各输电设备热稳定传输功率极限
Figure BDA0002642958960000033
和系统负荷备用率αRS；
系统运行预测数据包括：中长期尺度下负荷功率各时刻预测值PLoad，新能源各时刻出力预测值
Figure BDA0002642958960000034
和水电机组来水电量预测值
Figure BDA0002642958960000035
具体的，步骤S2具体为：
S201、构建SCPC模型的目标函数，最小化模型所含时间尺度下的火电厂发电成本以及新能源弃电成本的总和如下：
Figure BDA0002642958960000036
其中，Δt为运行时间粒度，本发明取1h，NT为运行模拟时段数；ΩTP为系统火电厂集合；ΩNE为系统新能源机组(包括风电和光伏)集合；
Figure BDA0002642958960000037
为火电厂i在t时刻的有功功率；CNi,t为新能源机组i在t时刻的弃电功率；βNE为新能源单位弃电量成本；Fi()为火电厂i的发电成本函数；
S202、对火电厂的等效发电成本曲线进行处理；
S203、构建模型约束条件，包括系统运行约束，电网侧运行约束和电源侧运行约束；系统运行约束包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束；电网侧运行约束包括网络潮流安全约束，断面运行约束；电源侧运行约束包括火电厂爬坡约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束；
S204、在目标函数中添加关于目标函数的罚项M1，通过求解三公调度方式下的SCPC，得到电力系统中长期运行模拟结果。
进一步的，步骤S202中，处理方法如下：
对每台机组发电成本曲线线性化处理，处理为一条直线，即分段线性化处理过程取分段数为1，确定机组g发电成本曲线的斜率；对每个火电厂内的机组进行排序，规定火电厂内部机组按照发电成本曲线斜率由小到大依次开启，即先运行经济性高的机组，再运行经济性低的机组；按照指定的机组开机顺序将火电厂发电成本曲线连续分段处理。
具体的，步骤S3中，SCUC模型的目标函数为最小化模型所含时间尺度下的火电机组发电成本、启停成本以及新能源弃电成本的总和，具体为：
Figure BDA0002642958960000041
其中，
Figure BDA0002642958960000042
火电厂i第g台机组的开/停机成本；Fi,g为火电厂i第g台机组的发电成本函数；
Figure BDA0002642958960000043
火电厂i第g台机组在t时刻的开机状态变量，当由关机状态变为开机状态时为1，否则为0；
Figure BDA0002642958960000044
为火电厂i第g台机组在t时刻的停机状量，当由开机状态变为关机状态时为1，否则为0。
具体的，步骤S3中，模型约束条件包括火电厂功率，系统有功功率平衡约束，网络潮流安全约束，断面运行约束，水电机组出力约束，来水电量约束，新能源机组出力约束，新能源弃电功率表达式，系统运行约束，电源侧运行约束和电网侧运行约束。
进一步的，系统运行约束包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束；电源侧运行约束包括火电厂出力约束，火电机组出力约束，火电机组运行状态逻辑约束，火电机组爬坡约束，火电机组最短开停机约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束；电网侧运行约束包括网络潮流安全约束，断面运行约束。
具体的，步骤S3中，边界条件传递原则具体为：
若为三公调度方式，则SCPC结果中各火电厂全时段的发电量作为边界条件传入SCUC模型，并允许SCUC中火电厂发电量有裕度偏差；
SCPC结果得到各台火电机组全时段的运行功率，规定若机组出力水平阈值α和β，0≤α＜β≤1，当满足
Figure BDA0002642958960000051
时，认为火电厂i第g台机组在t时刻应为关机状态，当满足
Figure BDA0002642958960000052
时认为火电厂i第g台机组在t时刻应为开机状态；
对火电机组状态传递做如下处理：首先删除火电机组最短开停机时间约束，若火电厂i第g台机组在一天内的平均功率不超过
Figure BDA0002642958960000053
对应机组全天关机，若不低于
Figure BDA0002642958960000054
对应机组全天开机，否则对对应的机组添加约束，保证对应机组在一天内启停次数不超过1次；三公调度方式下SCUC添加的边界条件约束包括火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，同时对目标函数进行修正。
本发明的另一技术方案是，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据所述的方法中的任一方法。
本发明的另一技术方案是，一种计算设备，包括：
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种电力系统中长期运行模拟方法，通过求解一阶段SCPC模型，得到对应边界条件传递给二阶段SCUC模型，能稳定、有效地削减SCUC中的整数变量，降低问题规模，在保证计算结果在可接受范围内的前提下，大幅提高求解效率，提高电力系统中长期运行模拟方法的实际应用价值，在对大规模电力系统进行电网规划评估时更加高效。
进一步的，步骤S1设置系统元件的基础参数，是SCPC和SCUC模型中添加约束所必须的参数，可以保证模型的完整性。
进一步的，步骤S2设计一阶段三公调度方式下的SCPC模型的目标函数及相应约束条件，可以保证求解模型是一个纯线性的优化问题，计算速度特别快，能够快速得到近似结果供二阶段模型使用。
进一步的，步骤S202设计了火电厂发电成本函数的线性化方法，它使得SCPC模型得到的计算结果能够比较准确地反映火电厂整体的运行情况，可为二阶段精细计算SCUC模型提供有效的边界条件。
进一步的，步骤3设计了二阶段三公调度方式下的SCUC模型的目标函数及相应约束条件，保证了模型的完整性，足以高精度模拟电力系统在三公调度方式下的运行情况。
进一步的，步骤S303设计了一阶段SCPC模型传递给二阶段SCUC模型的边界条件，有效减少了二阶段SCUC模型中的整数变量个数，降低问题规模并提高求解效率，其中边界条件的设置可以通过具体参数进行调节，实现不同程度的变量削减，增加该方法的灵活性。
综上所述，本发明所提出的基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法具有更加稳定、高效、灵活的加速效果，相比传统的SCUC模型，本方法对大规模电力系统的电网规划评估具有更强的适应性以及实用价值。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法、储存介质及计算设备，在已知电源规划、电网规划方案以及负荷水平的前提下，建立基于PC&UC的两阶段数学优化模型，其中一阶段SCPC模型为纯LP问题，可以快速求解得到一个近似的运行模拟结果，通过设计合理的边界条件传递原则，用以对二阶段SCUC模型添加相应约束，从而有效削减SCUC模型中的整数变量数目，大幅降低问题规模并提高计算效率。同时边界条件可以通过具体参数设置进行调控，权衡计算效率和计算精度，在可接受的计算耗时和计算误差范围内得到合理的计算结果，从而实现对电网规划方案的有效评估。
请参阅图1，本发明一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法，包括以下步骤：
S1、从电力系统规划部门获取系统基本技术数据、系统运行约束条件数据、系统运行预测数据；
系统基本技术数据，包括：火电机组最大/最小技术出力
Figure BDA0002642958960000071
火电机组的最大上下爬坡速率RUThermal/RDThermal，火电机组最短开/停机时间TThermal,on/TThermal,off；水电机组最大技术出力
Figure BDA0002642958960000072
剩余数据为各电源/负荷所在节点位置、网架连接情况和断面信息。
系统运行约束条件数据，包括：各输电设备热稳定传输功率极限
Figure BDA0002642958960000081
系统负荷备用率αRS。
系统运行预测数据，包括：中长期尺度下负荷功率各时刻预测值PLoad，新能源各时刻出力预测值
Figure BDA0002642958960000082
水电机组来水电量预测值
Figure BDA0002642958960000083
S2、建立一阶段经济调度方式下的安全约束电厂组合(SCPC)模型；
S201、构建SCPC模型的目标函数；
最小化模型所含时间尺度下的火电厂发电成本以及新能源弃电成本的总和；
Figure BDA0002642958960000084
其中，Δt为运行时间粒度，本发明取1h，NT为运行模拟时段数；ΩTP为系统火电厂集合；ΩNE为系统新能源机组(包括风电和光伏)集合；
Figure BDA0002642958960000085
为火电厂i在t时刻的有功功率；CNi,t为新能源机组i在t时刻的弃电功率；βNE为新能源单位弃电量成本；Fi()为火电厂i的发电成本函数。
S202、对火电厂的等效发电成本曲线进行处理；
处理方法如下：
a)对每台机组发电成本曲线线性化处理，处理为一条直线，即分段线性化处理过程取分段数为1，确定机组g发电成本曲线的斜率；
b)对每个火电厂内的机组进行排序，规定火电厂内部机组按照发电成本曲线斜率由小到大依次开启，即先运行经济性高的机组，再运行经济性低的机组；
c)按照指定的机组开机顺序将火电厂发电成本曲线连续分段处理，得到相关表达式：
(1)火电厂发电成本曲线表达式
Figure BDA0002642958960000091
(2)火电厂功率表达式
Figure BDA0002642958960000092
(3)火电厂装机容量表达式
Figure BDA0002642958960000093
(4)火电厂分段功率约束
Figure BDA0002642958960000094
其中，ΩTP,i为火电厂i所包含的火电机组集合；
Figure BDA0002642958960000095
为火电厂i第g台机组在t时刻的有功出力；
Figure BDA0002642958960000096
为火电厂i第g台机组装机容量；
Figure BDA0002642958960000097
为火电厂i装机容量；
Figure BDA0002642958960000098
为火电厂i第g台机组线性化发电成本曲线的斜率。
S203、构建模型约束条件，包括：系统运行约束，电网侧运行约束和电源侧运行约束；
系统运行约束，包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束；
系统有功功率平衡约束：
Figure BDA0002642958960000099
其中，t＝1,2,…NT，ΩH/ΩD为系统水电机组/负荷集合；
Figure BDA00026429589600000910
为第i个水电机组/新能源机组/负荷点在t时刻的有功功率。
系统负荷备用约束：
Figure BDA00026429589600000911
其中，t＝1,2,…NT，
Figure BDA00026429589600000912
为系统第i个火电厂/水电机组的装机容量；αRS为负荷备用比例。
电网侧运行约束，包括网络潮流安全约束，断面运行约束；
网络潮流安全约束：
Figure BDA0002642958960000101
其中，
Figure BDA0002642958960000102
ΩB/ΩL为系统网架所包含的母线集合/输电线路集合；Gl,i为第l条输电线路对母线i的潮流分布转移因子(即线路有功潮流对节点净负荷的潮流灵敏度)；
Figure BDA0002642958960000103
为第l条输电线路的可传输有功功率上限(热稳定极限)。
断面运行约束：
Figure BDA0002642958960000104
其中，
Figure BDA0002642958960000105
ΩSec为系统输电断面集合；ΩSec,i为系统第i个断面所包含线路的集合；
Figure BDA0002642958960000106
为第i个断面的传输控制功率上限。
注意同一断面中的线路功率取同方向。
电源侧运行约束，包括火电厂爬坡约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束。
火电厂爬坡约束：
由于火电厂功率被划分为了多段，其分段划分即为该火电厂内包含机组数，这里给出爬坡约束，其相当于火电厂每段功率范围内的爬坡速率限制：
Figure BDA0002642958960000107
其中，
Figure BDA0002642958960000108
Figure BDA0002642958960000109
为火电厂i中第g台机组的最大向下/上爬坡速率。
火电厂安全运行约束：
为保证火电厂的安全运行，每个火电厂要求必开一台机，这里默认必开的一台机为上文机组排序中最经济的一台，即取机组编号g＝1的机组开机，则有
Figure BDA0002642958960000111
其中，
Figure BDA0002642958960000112
Figure BDA0002642958960000113
为火电厂i中第g台机组的最小技术出力。
水电机组出力约束：
Figure BDA0002642958960000114
其中，
Figure BDA0002642958960000115
水电机组来水电量约束：
Figure BDA0002642958960000116
其中，
Figure BDA0002642958960000117
ΩR为系统所包含流域集合；ΩR,k为系统第k流域所包含水电机组的集合；
Figure BDA0002642958960000118
为第k流域的来水电量；
新能源机组出力约束：
Figure BDA0002642958960000119
其中，
Figure BDA00026429589600001110
Figure BDA00026429589600001111
为新能源机组i的t时刻的功率预测值(资源曲线值)。
新能源弃电功率表示为：
Figure BDA00026429589600001112
其中，
Figure BDA00026429589600001113
S204、对模型进行改进，将经济调度改为三公调度方式，添加火电厂利用小时数约束并修正目标函数，添加火电发电进度偏差罚项。
以上为经济调度方式下的SCPC模型，在经济调度过程中，经济性是调度过程中最为看重的指标，因此经济调度将优先安排度电煤耗低，经济性好的机组发电，而经济性差的机组发电较少甚至不开机，因此经济性好的火电机组利用小时数一般来说比较大，而经济性较差的机组利用小时数比价低下，有的时候甚至为0，因此为了保证各个电厂发电的公平性，近年来我国提出了三公调度的调度方法，即各个电厂制定相应的发电计划，“公开、公平、公正”地参与到调度过程中去，其中最关键的一点是尽可能保证同类型火电厂利用小时数接近。
因此本节对模型进行改进，增加三公约束，保证各火电厂利用小时数之差不会超过一定比例，同时添加相应的松弛变量保证模型有可行解。
首先给出每个电厂利用小时数的表达式：
Figure BDA0002642958960000121
其中，i∈ΩTP，
Figure BDA0002642958960000122
为火电厂i的利用小时数。
为了表示各个电厂利用小时数的偏差，在三公调度模型中引入标准利用小时数，各个电厂利用小时数和标准利用小时数的偏差作为发电进度的偏差，其中标准利用小时数作为决策变量由模型优化得到。
各电厂利用小时数和标准利用小时数满足以下约束：
Figure BDA0002642958960000123
其中，i∈ΩTP，
Figure BDA0002642958960000124
为火电厂标准利用小时数；
Figure BDA0002642958960000125
为松弛变量，火电厂i实际利用小时数与标准利用小时数间超出允许偏差范围的部分，ε为火电厂实际利用小时数与标准利用小时数间允许产生偏差的最大范围，一般可取5％～10％。
为了保证三公约束能够尽可能满足，需要在目标函数中添加关于目标函数的罚项M1，其中M1为三公偏差罚项因子，是一个很大的正数。
Figure BDA0002642958960000126
通过求解三公调度方式下的SCPC，得到近似的电力系统中长期运行模拟结果。
S3、建立二阶段经济调度方式下的安全约束机组组合(SCUC)模型；
S301、构建SCUC模型的目标函数；
最小化模型所含时间尺度下的火电机组发电成本、启停成本以及新能源弃电成本的总和。
Figure BDA0002642958960000131
其中，
Figure BDA0002642958960000132
火电厂i第g台机组的开/停机成本；Fi,g为火电厂i第g台机组的发电成本函数；
Figure BDA0002642958960000133
火电厂i第g台机组在t时刻的开机状态变量，当由关机状态变为开机状态时为1，否则为0；
Figure BDA0002642958960000134
为火电厂i第g台机组在t时刻的停机状量，当由开机状态变为关机状态时为1，否则为0。
其中火电机组发电成本表示为：
将火电机组发电成本函数分段线性化，均分为m段，则有：
Figure BDA0002642958960000135
其中，
Figure BDA0002642958960000136
Figure BDA0002642958960000137
为火电厂i第g台机组第k段运行功率的发电成本函数斜率。
S302、构建模型约束条件；
包括火电厂功率(3)，系统有功功率平衡约束(6)，网络潮流安全约束(8)，断面运行约束(9)，水电机组出力约束(12)，来水电量约束(13)，新能源机组出力约束(14)，新能源弃电功率表达式(15)，系统运行约束，电源侧运行约束和电网侧运行约束；
系统运行约束，包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束。
系统负荷备用约束：
Figure BDA0002642958960000141
其中，t＝1,2,…,NT。
电源侧运行约束，包括火电厂出力约束，火电机组出力约束，火电机组运行状态逻辑约束，火电机组爬坡约束，火电机组最短开停机约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束。
火电机组出力约束：
Figure BDA0002642958960000142
其中，
Figure BDA0002642958960000143
Figure BDA0002642958960000144
其中，
Figure BDA0002642958960000145
Figure BDA0002642958960000146
其中，
Figure BDA0002642958960000147
火电机组运行状态逻辑约束：
Figure BDA0002642958960000148
其中，
Figure BDA0002642958960000149
Figure BDA00026429589600001410
——火电厂i第g台机组在t时刻的运行状态变量，1表示开机，0表示停机；
火电机组爬坡约束：
Figure BDA00026429589600001411
Figure BDA00026429589600001412
其中，
Figure BDA00026429589600001413
由于某些机组的爬坡速率上限小于最小技术出力，因此为了保证火电机组能够顺利改变运行状态，将原爬坡约束松弛。
火电机组最短开停机约束：
Figure BDA0002642958960000151
Figure BDA0002642958960000152
其中，
Figure BDA0002642958960000153
Figure BDA0002642958960000154
为火电厂i第g台机组的最短开/停机时间。
火电厂安全运行约束：
Figure BDA0002642958960000155
其中，
Figure BDA0002642958960000156
电网侧运行约束，包括网络潮流安全约束，断面运行约束。
S303、设计边界条件传递原则，将一阶段问题求解结果传给二阶段SCUC模型，改进为三公调度方式，添加火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，并对目标函数做出修正，添加火电厂发电进度偏差罚项。
求解完SCPC模型后，设计如下边界条件传递原则：
1)若为三公调度方式，则SCPC结果中各火电厂全时段的发电量作为边界条件传入SCUC模型，并允许SCUC中火电厂发电量可以有一定裕度的偏差；
2)SCPC结果可以得到各台火电机组全时段的运行功率，但在SCPC中火电出力处理较为简单，因此得到的运行功率很可能不满足实际运行情况，很可能出现小于
Figure BDA0002642958960000157
的情况，因此规定若机组出力水平阈值α和β(0≤α＜β≤1)，当满足
Figure BDA0002642958960000158
时，则认为火电厂i第g台机组在t时刻应为关机状态，当满足
Figure BDA0002642958960000159
时认为火电厂i第g台机组在t时刻应为开机状态。由SCPC模型可以分析得出，经济性越高的机组越容易被判断为开机状态，经济性越低的机组越容易被判断为关机状态，而经济性一般的机组用于进行功率平衡，因此这部分机组是我们需要在SCUC中进行优化的。
3)由于在2)中被确定的机组状态很可能不满足最短开停机时间约束，考虑到火电机组在实际中一般按日安排开停机状态，不会在日内出现频繁启停的情况。因此对火电机组状态传递做如下处理：
首先删除火电机组最短开停机时间约束，若火电厂i第g台机组在一天内的平均功率不超过
Figure BDA0002642958960000161
则认为该机组全天关机，若不低于
Figure BDA0002642958960000162
则认为该机组全天开机，否则对该机组添加约束，保证该机组在一天内启停次数不超过1次。
经过上述处理，有很大一部分机组的运行状态可以确定，有效地减少了SCUC中的整数变量，降低了问题求解的复杂度。
给出三公调度方式下SCUC需要添加的边界条件约束：
火电厂发电量约束
Figure BDA0002642958960000163
其中，
Figure BDA0002642958960000164
为由PC问题得到的火电厂i的总发电量，ΔWi Plant为松弛变量，火电厂i实际发电量与PC结果间超出允许偏差范围的部分，σ为火电厂实际发电量与PC结果间允许产生偏差的最大范围。
火电机组运行状态限制约束
Figure BDA0002642958960000171
其中，d＝1,2,…,ND，ND为运行模拟周期所含天数；NDT为1天包含小时数。
同时对目标函数做出修正：
Figure BDA0002642958960000172
其中，M2为发电量进度偏差罚项因子，很大的正数。
由此完成两阶段PC&UC模型，相比求解单纯的SCUC模型，本发明所提模型求解速度更快，且求解结果所得的统计指标与纯SCUC差距很小。其中边界传递参数中，当取α＝0和β＝1时，可让二阶段SCUC确定的机组状态达到最小，此时计算精度最高；当取α和β均接近0.5时，可让二阶段SCUC确定的机组状态达到最大，因此使用者可根据对计算效率和计算精度的需求进行灵活调整。
S4、在步骤S1获取数据的基础上，以1个月为计算周期，1年为整体计算尺度，滚动计算步骤S2中的一阶段SCPC模型，求解完毕后执行步骤S3，将SCPC的计算结果转换为SCUC模型的边界条件，同样以1个月为计算周期，1年为整体计算尺度，滚动计算二阶段SCUC模型，求解得到1个规划年的电力系统运行模拟结果，从而实现中长期运行模拟的整体流程。
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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
实例分析
为验证本发明所提方法的有效性，此处采用中国某省输电主网架进行分析，该网架含146个节点和273条输电线路，电源中含火电机组83台，水电机组4台，新能源机组23台。其中影响模型计算效率的主要是火电机组的变量和约束。下面给出纯SCUC与PC&UC的方法结果对比，其中PC&UC设置α＝0.2和β＝0.8。
以672h为一个计算周期，滚动运行8736h(364天，近似一年)的结果对比(其中计算机配置为12核24线程，3.8GHz)：
Figure BDA0002642958960000181
可以看出，在对一个大规模电力系统进行电网规划评估时，采用PC&UC模型的计算时间相比纯SCUC缩减接近10倍，而运行成本间的误差十分小，从新能源弃资源率可以看出，采用PC&UC模型时，由于二阶段把很大一部分火电机组状态预先确定了，所以相比纯SCUC模型，两阶段模型中火电机组灵活性较小，因此新能源弃资源率稍微偏高，但在可接受范围内。
综上所述，本发明一种基于两阶段PC&UC的电力系统中长期运行模拟方法，能够在误差可接受范围内大幅降低电力系统中长期运行模拟的计算时间，提高了该方法的实用价值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力系统中长期运行模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取电力系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据；
S2、根据步骤S1的数据建立一阶段经济调度方式下的安全约束电厂组合模型，对模型进行改进，将经济调度改为三公调度方式，添加火电厂利用小时数约束并修正目标函数，添加火电发电进度偏差罚项；
S3、建立二阶段经济调度方式下的安全约束机组组合模型，设计边界条件传递原则，将步骤S2一阶段问题求解结果传给二阶段SCUC模型，改进为三公调度方式，添加火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，并对目标函数做出修正，添加火电厂发电进度偏差罚项；
S4、在步骤S1获取数据的基础上，滚动计算步骤S2中的一阶段SCPC模型，求解完毕后执行步骤S3，将SCPC模型的计算结果转换为SCUC模型的边界条件，滚动计算二阶段SCUC模型，求解得到1个规划年的电力系统运行模拟结果，实现中长期运行模拟的整体流程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，系统基本技术数据包括：火电机组最大/最小技术出力
Figure FDA0002642958950000011
火电机组的最大上下爬坡速率RUThermal/RDThermal，火电机组最短开/停机时间TThermal,on/TThermal,off；水电机组最大技术出力
Figure FDA0002642958950000012
剩余数据为各电源/负荷所在节点位置、网架连接情况和断面信息；
系统运行约束条件数据包括：各输电设备热稳定传输功率极限
Figure FDA0002642958950000013
和系统负荷备用率αRS；
系统运行预测数据包括：中长期尺度下负荷功率各时刻预测值PLoad，新能源各时刻出力预测值
Figure FDA0002642958950000014
和水电机组来水电量预测值
Figure FDA0002642958950000015
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：
S201、构建SCPC模型的目标函数，最小化模型所含时间尺度下的火电厂发电成本以及新能源弃电成本的总和如下：
Figure FDA0002642958950000021
其中，Δt为运行时间粒度，本发明取1h，NT为运行模拟时段数；ΩTP为系统火电厂集合；ΩNE为系统新能源机组(包括风电和光伏)集合；
Figure FDA0002642958950000022
为火电厂i在t时刻的有功功率；CNi,t为新能源机组i在t时刻的弃电功率；βNE为新能源单位弃电量成本；Fi()为火电厂i的发电成本函数；
S202、对火电厂的等效发电成本曲线进行处理；
S203、构建模型约束条件，包括系统运行约束，电网侧运行约束和电源侧运行约束；系统运行约束包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束；电网侧运行约束包括网络潮流安全约束，断面运行约束；电源侧运行约束包括火电厂爬坡约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束；
S204、在目标函数中添加关于目标函数的罚项M1，通过求解三公调度方式下的SCPC，得到电力系统中长期运行模拟结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S202中，处理方法如下：
对每台机组发电成本曲线线性化处理，处理为一条直线，即分段线性化处理过程取分段数为1，确定机组g发电成本曲线的斜率；对每个火电厂内的机组进行排序，规定火电厂内部机组按照发电成本曲线斜率由小到大依次开启，即先运行经济性高的机组，再运行经济性低的机组；按照指定的机组开机顺序将火电厂发电成本曲线连续分段处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，SCUC模型的目标函数为最小化模型所含时间尺度下的火电机组发电成本、启停成本以及新能源弃电成本的总和，具体为：
Figure FDA0002642958950000031
其中，
Figure FDA0002642958950000032
火电厂i第g台机组的开/停机成本；Fi,g为火电厂i第g台机组的发电成本函数；
Figure FDA0002642958950000033
火电厂i第g台机组在t时刻的开机状态变量，当由关机状态变为开机状态时为1，否则为0；
Figure FDA0002642958950000034
为火电厂i第g台机组在t时刻的停机状量，当由开机状态变为关机状态时为1，否则为0。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，模型约束条件包括火电厂功率，系统有功功率平衡约束，网络潮流安全约束，断面运行约束，水电机组出力约束，来水电量约束，新能源机组出力约束，新能源弃电功率表达式，系统运行约束，电源侧运行约束和电网侧运行约束。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，系统运行约束包括系统有功功率平衡约束，系统负荷备用约束；电源侧运行约束包括火电厂出力约束，火电机组出力约束，火电机组运行状态逻辑约束，火电机组爬坡约束，火电机组最短开停机约束，火电厂安全运行约束，水电机组出力约束，水电机组来水电量约束，新能源机组出力约束；电网侧运行约束包括网络潮流安全约束，断面运行约束。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，边界条件传递原则具体为：
若为三公调度方式，则SCPC结果中各火电厂全时段的发电量作为边界条件传入SCUC模型，并允许SCUC中火电厂发电量有裕度偏差；
SCPC结果得到各台火电机组全时段的运行功率，规定若机组出力水平阈值α和β，0≤α＜β≤1，当满足
Figure FDA0002642958950000041
时，认为火电厂i第g台机组在t时刻应为关机状态，当满足
Figure FDA0002642958950000042
时认为火电厂i第g台机组在t时刻应为开机状态；
对火电机组状态传递做如下处理：首先删除火电机组最短开停机时间约束，若火电厂i第g台机组在一天内的平均功率不超过
Figure FDA0002642958950000043
对应机组全天关机，若不低于
Figure FDA0002642958950000044
对应机组全天开机，否则对对应的机组添加约束，保证对应机组在一天内启停次数不超过1次；三公调度方式下SCUC添加的边界条件约束包括火电厂发电量约束和火电机组运行状态限制约束，同时对目标函数进行修正。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至8所述的方法中的任一方法的指令。
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