CN112200498A - 一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法 - Google Patents

一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法 Download PDF

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CN112200498A CN202011289626.0A CN202011289626A CN112200498A CN 112200498 A CN112200498 A CN 112200498A CN 202011289626 A CN202011289626 A CN 202011289626A CN 112200498 A CN112200498 A CN 112200498A
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Abstract

本发明涉及电力系统技术投资经济分析技术领域，提出了一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，包括以下步骤：建立常规机组运行成本最小的双层鲁棒备用容量分配模型；采用线性规划问题的对偶原理，将双层鲁棒备用容量分配模型转化为传统的二次规划问题并求解，计算得出拉格朗日乘子，若拉格朗日乘子≥0，则进行下一步；若拉格朗日乘子＜0，则再次对二次规划问题求解，计算得出新的拉格朗日乘子，直至拉格朗日乘子大于等于零为止；求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式；电力系统选择最合适的备用容量及分配方式。解决了现有技术中准备比实际需要大许多的备用容量，直接影响了系统运行的经济性的问题。

Description

一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术投资经济分析技术领域，具体的，涉及一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法。
背景技术
电力系统在发电计划制定过程中都会配置一定的备用容量，当发生设备检修、事故、调频等情况下仍能保证电力系统的正常运行。因此，在电力系统规划设计工作中，如何实现备用容量的最优配置就成为一个重要问题。当前对备用容量的分配主要是依据专家经验或者简单的电力系统计算，容错率低，且为了保证安全、稳定用电，往往准备比实际需要大许多的备用容量，直接影响了系统运行的经济性。
发明内容
本发明提出一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，解决了现有技术中准备比实际需要大许多的备用容量，直接影响了系统运行的经济性的问题。
本发明的技术方案如下：一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，关键在于，所述方法包括以下步骤：
(1)读取电网备用容量类型及容量，以常规机组运行成本最小为目标，建立常规机组运行成本最小的双层鲁棒备用容量分配模型；
(2)采用线性规划问题的对偶原理，将双层鲁棒备用容量分配模型转化为传统的二次规划问题并求解，计算得出拉格朗日乘子λk，
若拉格朗日乘子λk≥0，则进行步骤(3)；
若拉格朗日乘子λk＜0，则再次对二次规划问题求解，计算得出新的拉格朗日乘子λk，直至拉格朗日乘子λk≥0为止；
(3)求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式；
(4)电力系统选择最合适的备用容量及分配方式。
步骤(1)中，双层鲁棒备用容量分配模型如下所示：
Figure BDA0002782693970000021
式(2-1)中，ai、bi、ci为常规机组运行成本系数，pit为水火电机组出力计划，i为不同类型机组，t为常规机组运行时间，Gcon为常规机组运行顺序，T为运行时间，发电负荷平衡约束条件如下所示：
Figure BDA0002782693970000022
式(2-2)中，mit为常规机组运行状态变量，
Figure BDA0002782693970000023
为风电场出力计划，Dt为负荷预测需求，Gwind为风电场总数量，j为风电场顺序，Pi，t＝pit，上式等值为如下的形式：
Figure BDA0002782693970000024
Figure BDA0002782693970000025
式(2-3)中，
Figure BDA0002782693970000026
分别为机组i在第t时段的上、下备用容量，线路潮流约束条件如下所示：
Figure BDA0002782693970000031
式(2-4)中，l代表第l条线路，kli代表机组对线路的灵敏度因子，TLl为线路的最大传输容量，备用容量约束条件如下：
Figure BDA0002782693970000032
Figure BDA0002782693970000033
式(2-5)中，pi为备用容量，T为运行时间，△pui为水火电机组向上的爬坡率，△pdi为水火电机组向下的爬坡率，机组爬坡率的约束条件如下所示：
pi,t-1-ΔpdiT≤pit≤pi,t-1+ΔpuiT (2-6)
步骤(2)具体包括以下步骤：
首先将双层鲁棒备用容量分配模型转化为以下等式约束二次规划形式：
Figure BDA0002782693970000034
式(3-1)中，H为n阶对称矩阵，x为全局最小点，cT为输入转置矩阵，ai T为经营成本系数转置，bi为营业成本系数，上述问题等价于下式，
Figure BDA0002782693970000035
式(3-2)中，pk(q)为等式约束二次规划结果，gk T为输入转置矩阵，q为上式的全局最小点；
然后通过上式求得全局最小点q，此时分为以下两种情况，
第一种，q不为零，此时又分为以下两种情况，
①(x+q)是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜索确定步长因子：
Figure BDA0002782693970000041
②(x+q)不是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜素确定步长因子：
Figure BDA0002782693970000042
式(3-4)中，xk为顺序为k时的最小点值，qk为等价后的顺序为k时的最小点值，αk为满足可行条件的最大步长，若步长为1，则令Sk+1＝Sk，Sk为相对应的有效集，计算公式如下：
Sk＝E∪I(xk) (3-5)
若步长小于1，则令Sk+1＝Sk∪(jk)，重新计算极小点直至为零；
第二种，q为零，则此时x是公式(3-1)的全局最小点，故有，
Figure BDA0002782693970000043
于是有，
Figure BDA0002782693970000044
式(3-7)中，ajk T为顺序为j时满足可行条件的最大步长的转置，ej为单位矩阵，以式(3-7)确定q是一个下降可行方向，最后计算拉格朗日乘子λk，拉格朗日乘子的计算方法如下所示：
λk＝BkGk (3-8)
式(3-8)中，
Figure BDA0002782693970000045
xi为自变量，C为输入矩阵，Ak为对偶变量，Ak T为对偶变量转置，若拉格朗日乘子≥0，计算终止，进行步骤(3)；否则令Sk＝Sk/t,继续重复以上步骤计算，直至拉格朗日乘子≥0为止。
该方法所用设备包括分布式备用容量控制器，分布式备用容量控制器包括双层鲁棒备用容量分配模型装置、PLC控制电路和计算装置，双层鲁棒备用容量分配模型装置和计算装置都与PLC控制电路连接，PLC控制电路与电力系统的备用容量连接。
本发明的工作原理及有益效果为：结合鲁棒优化建立双层鲁棒备用容量分配模型，并采用二次规划问题求解得到电力系统备用容量的最优配置，并使电力系统选择最合适的备用容量及分配方式，实现对备用容量的最优选择和配置，能够节约大量时间和成本，提高了工作效率，为电力系统的稳定、高效、经济运行提供了一种新的辅助参考方法。
鲁棒优化方法是在约束条件均满足的前提下，对可能出现的所有情况进行评估分析，并且可以得到最坏情况下的目标函数的函数值最优解。鲁棒优化方法适用于变化范围大、稳定裕度小，比较关键但不确定因素变化范围大的对象，及以稳定性和可靠性作为首要目标的系统。通过建立对应的鲁棒分析模型，然后利用相关的优化理论将其转化为可求解的数学问题，并计算得到鲁棒最优解。
二次规划问题是非线性规划中的一种特殊数学规划问题，其约束函数是线性函数，目标函数是二次实函数。二次规划的求解方法较早引起人们的重视，很多学者从事了这方面的研究工作，到目前为止，已经出现了很多求解二次规划问题的算法，常见的解法有椭球算法、广义消去法、有效集法、拉格朗日(Lagrange)法等。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明中分布式备用容量控制器的应用图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
传统的故障约束备用容量分配模型如下所示：
Figure BDA0002782693970000061
式(1-1)中，x0为状态变量，u0为控制变量，有功发电负荷平衡及系统安全约束条件如下所示：
hk(xk,uk)≥0 k＝0,…c (1-2)
式(1-2)中，hk为安全约束条件，k＝0对应系统的基态运行模式，k＝1，…，c对应预想事故下的系统运行模式，xk为对应预想事故下系统运行的状态变量，uk为对应预想事故下系统运行的控制变量，预想事故前后控制变量变化限值的耦合约束条件如下所示：
Figure BDA0002782693970000062
式(1-3)中，
Figure BDA0002782693970000063
为耦合约束条件，从表达式中看出考虑所有c种情况的约束要求数量太大，降低了工作效率，因此对传统的故障约束备用容量分配模型进行优化与转化，经过转化后的鲁棒备用容量分配模型如下所示，
Figure BDA0002782693970000064
新模型能够从所有c种故障情况中寻找到每一时刻的最严重故障，进而分析最严重的故障情况下的运行情况，提高了工作效率。
本发明的一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)读取电网备用容量类型及容量，以常规机组运行成本最小为目标，建立常规机组运行成本最小的双层鲁棒备用容量分配模型，双层鲁棒备用容量分配模型如下所示：
Figure BDA0002782693970000071
式(2-1)中，ai、bi、ci为常规机组运行成本系数，pit为水火电机组出力计划，i为不同类型机组，t为常规机组运行时间，Gcon为常规机组运行顺序，T为运行时间，发电负荷平衡约束条件如下所示：
Figure BDA0002782693970000072
式(2-2)中，mit为常规机组运行状态变量，
Figure BDA0002782693970000073
为风电场出力计划，Dt为负荷预测需求，Gwind为风电场总数量，j为风电场顺序，Pi，t＝pit，上式等值为如下的形式：
Figure BDA0002782693970000074
Figure BDA0002782693970000075
式(2-3)中，
Figure BDA0002782693970000076
分别为机组i在第t时段的上、下备用容量，线路潮流约束条件如下所示：
Figure BDA0002782693970000077
式(2-4)中，l代表第l条线路，kli代表机组对线路的灵敏度因子，TLl为线路的最大传输容量，备用容量约束条件如下：
Figure BDA0002782693970000081
Figure BDA0002782693970000082
式(2-5)中，pi为备用容量，T为运行时间，△pui为水火电机组向上的爬坡率，△pdi为水火电机组向下的爬坡率，机组爬坡率的约束条件如下所示：
pi,t-1-ΔpdiT≤pit≤pi,t-1+ΔpuiT (2-6)
(2)采用线性规划问题的对偶原理，将双层鲁棒备用容量分配模型转化为传统的二次规划问题并求解，计算得出拉格朗日乘子λk，
若拉格朗日乘子λk≥0，则进行步骤(3)；
若拉格朗日乘子λk＜0，则再次对二次规划问题求解，计算得出新的拉格朗日乘子λk，直至拉格朗日乘子λk≥0为止；
具体包括以下步骤：
首先将双层鲁棒备用容量分配模型转化为以下等式约束二次规划形式：
Figure BDA0002782693970000083
式(3-1)中，H为n阶对称矩阵，x为全局最小点，cT为输入转置矩阵，ai T为经营成本系数转置，bi为营业成本系数，上述问题等价于下式，
Figure BDA0002782693970000084
式(3-2)中，pk(q)为等式约束二次规划结果，gk T为输入转置矩阵，q为上式的全局最小点；
然后通过上式求得全局最小点q，此时分为以下两种情况，
第一种，q不为零，此时又分为以下两种情况，
①(x+q)是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜索确定步长因子：
Figure BDA0002782693970000091
②(x+q)不是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜素确定步长因子：
Figure BDA0002782693970000092
式(3-4)中，xk为顺序为k时的最小点值，qk为等价后的顺序为k时的最小点值，αk为满足可行条件的最大步长，若步长为1，则令Sk+1＝Sk，Sk为相对应的有效集，计算公式如下：
Sk＝E∪I(xk) (3-5)
若步长小于1，则令Sk+1＝Sk∪(jk)，重新计算极小点直至为零；
第二种，q为零，则此时x是公式(3-1)的全局最小点，故有，
Figure BDA0002782693970000093
于是有，
Figure BDA0002782693970000094
式(3-7)中，ajk T为顺序为j时满足可行条件的最大步长的转置，ej为单位矩阵，以式(3-7)确定q是一个下降可行方向，最后计算拉格朗日乘子λk，拉格朗日乘子的计算方法如下所示：
λk＝BkGk (3-8)
式(3-8)中，
Figure BDA0002782693970000101
xi为自变量，C为输入矩阵，Ak为对偶变量，Ak T为对偶变量转置，若拉格朗日乘子≥0，计算终止，进行步骤(3)；否则令Sk＝Sk/t,继续重复以上步骤计算，直至拉格朗日乘子≥0为止。
(3)通过二次规划问题求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式；
(4)电力系统选择最合适的备用容量及分配方式。
该方法所用设备包括分布式备用容量控制器，分布式备用容量控制器包括双层鲁棒备用容量分配模型装置、PLC控制电路和计算装置，双层鲁棒备用容量分配模型装置和计算装置都与PLC控制电路连接，PLC控制电路与电力系统的备用容量连接。双层鲁棒备用容量分配模型装置根据每个电力系统不同的备用容量形式及大小建立双层鲁棒备用容量分配模型；计算装置根据二次规划问题求解原理，求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式；PLC控制电路是当求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式后，给电力系统的备用容量发送逻辑控制信号，选择最合适的备用容量及分配方式。不同的电力系统有不同的种类及备用容量，将分布式备用容量控制器安装到电力系统后，可以自动对备用容量建模、计算及控制是否接入电力系统，得到电力系统最优的备用容量及分配方式，提高电力系统运行的稳定性、高效性与经济性。
如图2所示，分布式备用容量控制器与电力系统的1#旋转备用、2#停机备用、3#提门备用、4#落门备用连接，旋转备用特指运行正常的发电机组维持额定转速，随时可以并网，或已并网运行仅带一部分负荷，随时可以加出力至额定容量的发电机组。停机备用指发电机组与电网解列并停止运行，机组处于完好状态，随时可以启动并网，投入运行。提门备用指水力发电机组与电网解列并停止运行，机组处于完好状态，机组进水口工作闸门在开启状态。落门备用指水力发电机组与电网解列并停止运行，机组处于完好状态，机组进水口工作闸门在关闭状态。

Claims (4)

1.一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)读取电网备用容量类型及容量，以常规机组运行成本最小为目标，建立常规机组运行成本最小的双层鲁棒备用容量分配模型；
(2)采用线性规划问题的对偶原理，将双层鲁棒备用容量分配模型转化为传统的二次规划问题并求解，计算得出拉格朗日乘子λk，
若拉格朗日乘子λk≥0，则进行步骤(3)；
若拉格朗日乘子λk＜0，则再次对二次规划问题求解，计算得出新的拉格朗日乘子λk，直至拉格朗日乘子λk≥0为止；
(3)求解得到电力系统最优的备用容量及分配方式；
(4)电力系统选择最合适的备用容量及分配方式。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，其特征在于，步骤(1)中，双层鲁棒备用容量分配模型如下所示：
Figure FDA0002782693960000011
式(2-1)中，ai、bi、ci为常规机组运行成本系数，pit为水火电机组出力计划，i为不同类型机组，t为常规机组运行时间，Gcon为常规机组运行顺序，T为运行时间，发电负荷平衡约束条件如下所示：
Figure FDA0002782693960000012
式(2-2)中，mit为常规机组运行状态变量，
Figure FDA0002782693960000021
为风电场出力计划，Dt为负荷预测需求，Gwind为风电场总数量，j为风电场顺序，Pi，t＝pit，上式等值为如下的形式：
Figure FDA0002782693960000022
Figure FDA0002782693960000023
式(2-3)中，
Figure FDA0002782693960000024
分别为机组i在第t时段的上、下备用容量，线路潮流约束条件如下所示：
Figure FDA0002782693960000025
式(2-4)中，l代表第l条线路，kli代表机组对线路的灵敏度因子，TLl为线路的最大传输容量，备用容量约束条件如下：
Figure FDA0002782693960000026
Figure FDA0002782693960000027
式(2-5)中，pi为备用容量，T为运行时间，△pui为水火电机组向上的爬坡率，△pdi为水火电机组向下的爬坡率，机组爬坡率的约束条件如下所示：
pi,t-1-ΔpdiT≤pit≤pi,t-1+ΔpuiT (2-6) 。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，其特征在于，步骤(2)具体包括以下步骤：
首先将双层鲁棒备用容量分配模型转化为以下等式约束二次规划形式：
Figure FDA0002782693960000028
式(3-1)中，H为n阶对称矩阵，x为全局最小点，cT为输入转置矩阵，ai T为经营成本系数转置，bi为营业成本系数，上述问题等价于下式，
Figure FDA0002782693960000031
式(3-2)中，pk(q)为等式约束二次规划结果，gk T为输入转置矩阵，q为上式的全局最小点；
然后通过上式求得全局最小点q，此时分为以下两种情况，
第一种，q不为零，此时又分为以下两种情况，
①(x+q)是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜索确定步长因子：
Figure FDA0002782693960000032
②(x+q)不是公式(3-1)的可行点，则通过以下公式进行线性搜素确定步长因子：
Figure FDA0002782693960000033
式(3-4)中，xk为顺序为k时的最小点值，qk为等价后的顺序为k时的最小点值，αk为满足可行条件的最大步长，若步长为1，则令Sk+1＝Sk，Sk为相对应的有效集，计算公式如下：
Sk＝E∪I(xk) (3-5)
若步长小于1，则令Sk+1＝Sk∪(jk)，重新计算极小点直至为零；
第二种，q为零，则此时x是公式(3-1)的全局最小点，故有，
Figure FDA0002782693960000041
于是有，
Figure FDA0002782693960000042
式(3-7)中，ajk T为顺序为j时满足可行条件的最大步长的转置，ej为单位矩阵，以式(3-7)确定q是一个下降可行方向，最后计算拉格朗日乘子λk，拉格朗日乘子的计算方法如下所示：
λk＝BkGk (3-8)
式(3-8)中，
Figure FDA0002782693960000043
xi为自变量，C为输入矩阵，Ak为对偶变量，Ak T为对偶变量转置，若拉格朗日乘子≥0，计算终止，进行步骤(3)；否则令Sk＝Sk/t,继续重复以上步骤计算，直至拉格朗日乘子≥0为止。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态调度决策分析的电网经济运行方法，其特征在于，该方法所用设备包括分布式备用容量控制器，分布式备用容量控制器包括双层鲁棒备用容量分配模型装置、PLC控制电路和计算装置，双层鲁棒备用容量分配模型装置和计算装置都与PLC控制电路连接，PLC控制电路与电力系统的备用容量连接。
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