CN112581020A - 考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，针对嵌套分层的断面结构，从内层到外层的优先级顺序逐步进行搜索，保证断面不超过稳定极限的情况下，计算出新能源场站所能出力的最大空间，同时，还考虑了基于调度公平性指标，构造公平性计算方法，计算出越限断面下关联的各个电厂的出力受限分配得分，保证了各个风电场和光伏电站出力受限的公平分配。

Description

考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法

技术领域

本申请涉及技术能源调度领域，尤其涉及一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法。

背景技术

随着新能源迅速发展，地区电网调度管辖范围内的电厂愈来愈多，但地区电网110kV新能源电厂管理的基础条件相对滞后，大部分地区电网新能源电厂未接入AGC，针对上述电厂的发电计划控制缺乏有效的管理措施和技术手段，在正常运行方式下，可能存在断面越限，在电网检修方式或电网N-1事故情况下，断面越限更加严重，导致新能源出力受限时出现不合理弃风、弃光的现象。

随着风电场、光伏电站不断并网，地区电网网架结构发展跟不上新能源机组容量的增长速度，多能源混合的特点以及断面分层的特征给日前发电计划制定带来困难。

由于输电断面为嵌套分层结构，而且，风电和光伏发电特征不同，给日前发电计划制定带来困难，在断面受限时的功率分配原则也是一个难点，采用常规按合同电量完成率或者装机容量进行分配难以体现调度公平性。

发明内容

本申请提供了一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，用于解决多能源系统调度公平性较差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，包括以下步骤：

S1：以电厂最大化总出力预测值为目标，建立与断面关联的电厂总出力优化模型，并以所述断面按最大可接纳空间分配出力为目标，构建安全约束条件；

S2：将电厂最大化总出力预测值作为初始的电厂出力目标值分配至与最内层断面关联的电厂，根据所述电厂最大化总出力预测值和最内层断面的实时负荷计算所述最内层断面的断面功率；

S3：比较所述最内层断面的所述断面功率和该断面的有功限值，若所述断面功率大于所述有功限值，则所述最内层断面存在越限断面，并对所述最内层断面设置已确定标志，从而不再进行校验，计算所述越限断面关联的电厂的限制出力，将所述最内层断面的断面功率更新为所述有功限值，将所述初始的电厂出力目标值更新为所述有功限值和所述实时负荷之和；

S4：基于预设的调度公平性指标，根据熵值法计算越限断面关联的各个电厂的出力受限分配得分，根据所述越限断面关联的电厂的限制出力和各个电厂的出力受限分配得分计算得到所述越限断面关联的各个电厂的优化限制出力；

S5：基于更新后的电厂出力目标值按照所述越限断面关联的各个电厂的优化限制出力对所述越限断面及其以下层级子断面关联的各个电厂的有功功率进行重新分配；

S6：重复步骤S2～S5，采用深度优先搜索算法，从最内层至最外层的优先顺序依次校验剩余未设置所述已确定标志的断面，确定最内层至最外层的各层断面的断面功率及其关联各个电厂的出力。

优选地，所述步骤S1中的所述电厂总出力优化模型如下：

对断面i建立优化目标函数，设断面i关联的电厂总出力优化目标为P'_ti-g，优化目标函数为：

max(P′_ti-g)＝f(P′_ti-f,P′_ti-c,β_i)

式中，max(P'_ti-g)为电厂最大化总出力预测值，f为算法规则，P'_ti-f为断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值，P'_ti-c为断面i关联的电厂在t时刻的总出力预测值，β_i为断面i的深度系数；

所述安全约束条件具体包括：

a.等式约束条件为：

式中，P_ti-f为断面i关联的当前变电站在t时刻的负荷预测值；

b.不等式约束条件为：

P′_ti-g≤P_i-max+P′_ti-f

式中，P_i-max为断面i的有功限值。

优选地，所述预设的调度公平性指标包括正向指标和负向指标，所述正向指标和所述负向指标均采用极值法表示；

所述正向指标为：

所述负向指标为：

式中，x_ijz为第i个断面，第j个电厂的z指标；m_iz为第i个断面，j个电厂中最小的z指标；M_iz为第i个断面，j个电厂中最大的z指标。

优选地，所述正向指标包括电厂的装机容量、合同电量完成率和发电设备利用小时数，所述负向指标包括电厂的出力预测准确率。

优选地，所述步骤S4具体包括：

S401：计算第i个断面关联的电厂第z个指标下，第j个电厂的特征比重P_ijz，特征比重P_ijz的计算公式为：

S402：根据所述特征比重P_ijz计算相应的熵值e_iz，熵值e_iz的计算公式为：

S403：计算第i个断面关联的电厂第z个指标的差异性系数g_iz，差异性系数g_iz的计算公式为：

g_iz＝1-e_iz

S404：根据所述差异性系数g_iz确定第i个断面关联的电厂第z个指标的权重w_iz，所述权重w_iz的计算公式为：

S405：根据所述特征比重P_ijz和所述权重w_iz计算第i个断面，第j个电厂的出力受限分配得分s_ij，出力受限分配得分s_ij的计算公式为：

S406：根据第i个断面，第j个电厂的限制出力和对应的出力受限分配得分s_ij计算得到第i个断面，第j个电厂的优化限制出力X_ij，所述优化限制出力X_ij的计算公式为:

式中，K_i为第i个断面，第j个电厂的限制出力，P_ti-j-c为断面i第j个电厂在t时刻的出力预测值。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本发明提供了一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，针对嵌套分层的断面结构，从内层到外层的优先级顺序逐步进行搜索，保证断面不超过稳定极限的情况下，计算出新能源场站所能出力的最大空间，同时，还考虑了基于调度公平性指标，构造公平性计算方法，计算出越限断面下关联的各个电厂的出力受限分配得分，保证了各个风电场和光伏电站出力受限的公平分配。

附图说明

图1为本申请实施例提供的新能源输电断面结构图；

图2为本申请实施例提供的一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法的流程图；

图3为本申请示例提供的实际电网断面结构图；

图4为本申请示例提供的断面1功率曲线图；

图5为本申请示例提供的断面2功率曲线图；

图6为本申请示例提供的断面3功率曲线图；

图7为本申请示例提供的断面4功率曲线图；

图8为本申请示例提供的电厂1功率曲线图；

图9为本申请示例提供的电厂2功率曲线图；

图10为本申请示例提供的电厂3功率曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供的一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法应用于能源场站与电网之间具有多分层嵌套断面的输电线路，如图1所示，假设某风电和光伏混合的新能源输电断面由分层嵌套的多个输电线路组成，其对应的变电站母线接有风电场、光伏电站和用电负荷，无储能装置，电厂未接入AGC控制。最外层的是断面1和断面2，处于第2层的是断面3，处于第3层的是断面4，处于第4层的是断面5。

为了便于理解，请参阅图2，本发明提供的一种考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，包括以下步骤：

S1：以电厂最大化总出力预测值为目标，建立与断面关联的电厂总出力优化模型，并以断面按最大可接纳空间分配出力为目标，构建安全约束条件。

需要说明的是，考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统是保证各个断面满足安全约束条件，且各个断面机组出力按最大可接纳空间进行分配。

在本实施例中，电厂总出力优化模型具体如下：

对断面i建立优化目标函数，设断面i关联的电厂总出力优化目标为P'_ti-g，优化目标函数为：

max(P′_ti-g)＝f(P′_ti-f,P′_ti-c,β_i)

式中，max(P'_ti-g)为电厂最大化总出力预测值，f为算法规则，P'_ti-f为断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值，P'_ti-c为断面i关联的电厂在t时刻的总出力预测值，β_i为断面i的深度系数；

安全约束条件具体包括：

a.等式约束条件为：

式中，P_ti-f为断面i关联的当前变电站在t时刻的负荷预测；

b.不等式约束条件为：

P′_ti-g≤P_i-max+P′_ti-f

式中，P_i-max为断面i的有功限值。

可以理解的是，电厂最大化总出力预测值由断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值、断面i关联的电厂在t时刻的总出力预测值和断面i的深度系数来共同决定，电厂最大化总出力预测值由断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值由断面i关联的电厂在t时刻的总出力预测值来决定，断面i关联的电厂总出力不应超过预设的有功限值与断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值之和。

S2：将电厂最大化总出力预测值作为初始的电厂出力目标值分配至与最内层断面关联的电厂，根据电厂最大化总出力预测值和最内层断面的实时负荷计算最内层断面的断面功率。

可以理解的是，将电厂最大化总出力预测值作为初始的电厂出力目标值进行分配，可以达到新能源最大化消纳的目的。

在本实施例中，图1中的断面5为最内层断面，需将电厂最大化总出力预测值分配给与其关联的风电场4和光伏电站4，在分配后，获得最内层断面的实时负荷P'_ti-f，最内层断面的断面功率计算为P_ti＝P'_ti-g-P'_ti-f。

S3：比较最内层断面的断面功率和该断面的有功限值，若断面功率大于有功限值，则最内层断面存在越限断面，并对最内层断面设置已确定标志，从而不再进行校验，计算越限断面关联的电厂的限制出力，将最内层断面的断面功率更新为有功限值，将初始的电厂出力目标值更新为有功限值和实时负荷之和。

可以理解的是，风电和光伏为主的多能源并网，其发电特征不同，风力发电具有随机波动以及反调峰特性，光伏在夜间不具备发电条件，仅在白天发电，具有明显的间歇性。多能源混合的电厂日前发电计划需要考虑输电断面的安全约束，根据可就地消纳的负荷预测、输电断面的输送能力等因素，计算断面安全约束条件下的风电场和光伏电站的可接纳空间，当该断面下各个电厂的发电预测功率超过该接纳空间时，输电断面越限，需对风电和光伏的发电计划进行出力限制。

在本实施例中，若不满足P_ti≤P_i-max，则最内层断面存在越限断面，将最内层断面的断面功率更新为P_i-max，电厂出力目标值更新为P_i-max+P'_ti-f，计算最内层断面的关联电厂的限制出力为P_ti-P_i-max；若满足，则停止校验，按照电厂最大化总出力预测值进行分配。

S4：基于预设的调度公平性指标，根据熵值法计算越限断面关联的各个电厂的出力受限分配得分，根据越限断面关联的电厂的限制出力和各个电厂的出力受限分配得分计算得到越限断面关联的各个电厂的优化限制出力。

在本实施例中，预设的调度公平性指标包括正向指标和负向指标，正向指标和负向指标均采用极值法表示；

正向指标为：

负向指标为：

式中，x_ijz为第i个断面，第j个电厂的z指标；m_iz为第i个断面，j个电厂中最小的z指标；M_iz为第i个断面，j个电厂中最大的z指标。

本实施例基于信息熵的公平性调度出力受限分配策略，利用经济学领域中信息熵的概念指导评价调度公平性的量化指标，构造公平性计算方法，计算出越限断面下相关电厂的出力受限分配得分。

将电厂的出力预测准确率、装机容量、合同电量完成率、发电设备利用小时数四个指标要素纳入调度公平性指标，其中，出力预测准确率为负向指标，即断面超稳定极限时，出力预测准确率较低的电厂出力受限较多，装机容量、合同电量完成率、发电设备利用小时数为正向指标，即断面超稳定极限时，装机容量、合同电量完成率、发电设备利用小时数中的任一指标较高的电厂出力受限较多。而本实施例是通过极值法对各个公平性指标进行标准化处理。

同时，断面受到安全约束时，新能源出力受限，但风力发电不分昼夜，而光伏仅在白天可以发电，本实施例以发电设备利用小时数作为调度公平性的一个指标，可将光伏与风电昼夜发电的不同特征明显表现出来，从而保证了各个风电场和光伏电站出力受限的公平分配。

具体地，步骤S4包括：

S401：计算第i个断面关联的电厂第z个指标下，第j个电厂的特征比重P_ijz，特征比重P_ijz的计算公式为：

S402：根据特征比重P_ijz计算相应的熵值e_iz，熵值e_iz的计算公式为：

S403：计算第i个断面关联的电厂第z个指标的差异性系数g_iz，差异性系数g_iz的计算公式为：

g_iz＝1-e_iz

S404：根据差异性系数g_iz确定第i个断面关联的电厂第z个指标的权重w_iz，权重w_iz的计算公式为：

S405：根据特征比重P_ijz和权重w_iz计算第i个断面，第j个电厂的出力受限分配得分s_ij，出力受限分配得分s_ij的计算公式为：

S406：根据第i个断面，第j个电厂的限制出力和对应的出力受限分配得分s_ij计算得到第i个断面，第j个电厂的优化限制出力X_ij，优化限制出力X_ij的计算公式为:

式中，K_i为第i个断面，第j个电厂的限制出力，P_ti-j-_c为断面i第j个电厂在t时刻的出力预测。

S5：基于更新后的电厂出力目标值按照越限断面关联的各个电厂的优化限制出力对越限断面及其以下层级子断面关联的各个电厂的有功功率进行重新分配。

S6：重复步骤S2～S5，采用深度优先搜索算法，从最内层至最外层的优先顺序依次校验剩余未设置已确定标志的断面，确定最内层至最外层的各层断面的断面功率及其关联各个电厂的出力。

在本实施例中，通过步骤S2～S4计算得出断面5的关联电厂的限制出力后，考虑调度公平性的出力受限分配的方法对该断面关联的各个电厂进行出力限制，并基于更新后的电厂出力目标值对该断面及其以下层级子断面关联的各个电厂的有功功率进行重新分配给断面4，断面4根据更新后的各电厂分配的出力，重新计算各断面功率，根据步骤3进行比较断面功率和预设的有功限值，来判断是否存在越限断面，从而获得断面4的断面功率及其关联的各个电厂的限制出力，再根据步骤4～5的操作获得越限断面关联的各个电厂的优化限制出力，并对该断面及其以下层级子断面关联的各个电厂的有功功率进行重新分配，以此类推，直至最外层断面1，从而确定最内层至最外层的各层断面的断面功率及其关联各个电厂的出力。

同时，本实施例采用深度优先搜索算法，从最内层至最外层的优先顺序依次校验剩余未设置已确定标志的断面，使得校验过程不存在剩余调节功率重新分配的情况，每个断面仅进行一次有功功率控制。

可以理解的是，本实施例是以各层断面关联的电厂的优化限制出力为调节量，在基于电厂目标出力值作为分配值进行调节从而为各层断面关联的各个电厂进行分配总出力。

本实施例针对嵌套分层的断面结构，从内层到外层的优先级顺序逐步进行搜索，保证断面不超过稳定极限的情况下，计算出新能源场站所能出力的最大空间，同时，还考虑了基于调度公平性指标，构造公平性计算方法，计算出越限断面下关联的各个电厂的出力受限分配得分，保证了各个风电场和光伏电站出力受限的公平分配。

示例1

如图3所示，本示例以某实际区域的110kV电网断面结构进行分析，其中，电厂1和电厂3为风电，电厂2为光伏，总装机容量为197MW，变电站所供负荷多为居民用电，负荷较轻，就地消纳能力较弱。网架结构为环网线路，在计算分析时，将上级电网到变电站3的线路作为开口点，此时的新能源场站均通过断面1并入主网，断面1、断面2、断面3的线路有功限值为90MW，断面4为100MW。深度优先搜索越限的断面，以断面功率接近稳定极限值运行，最终保证所有断面不超稳定极限，达到断面的最大化利用。

出力受限进行分配时，本示例考虑断面约束和调度公平性，各断面涉及电厂的出力受限分配综合得分情况如表1所示。

表1各断面电厂出力受限权重表

首先将各电厂发电计划初始值设置为出力预测值，断面功率初始值也由电厂的出力预测值计算，从内层到外层的优先顺序搜索越限断面，判断出断面3、断面2、断面1越限，如图4至图7所示。从最内层即断面3开始重新分配出力，保持断面接近稳定极限值，同一个电厂可属于不同断面，多个断面功率进行控制时，一个电厂存在多次出力受限分配的情况。各断面控制后的功率如图4至图7所示，断面1、3、4均运行在初始功率的下方，断面2在出力受限时稳定在极限值运行，整体实现了对输电断面的最大化利用。

根据表1综合得分计算出各电厂受限的出力，如表2所示，表2中仅列举新能源出力受限的时段。

表2各断面电厂出力受限情况

通过考虑调度公平性与考虑装机容量相比较，光伏电站在白天时段限制的有功功率有所减少，风电场受限出力有所增加。白天时段的风电场给光伏电站腾出一定裕度，夜间光伏电站不发电，风电场可占用光伏的全部发电空间，体现了多能源电厂出力受限的调度公平性。各电厂最终的日前发电计划曲线如图8至图10所示。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：以电厂最大化总出力预测值为目标，建立与断面关联的电厂总出力优化模型，并以所述断面按最大可接纳空间分配出力为目标，构建安全约束条件；

S2：将电厂最大化总出力预测值作为初始的电厂出力目标值分配至与最内层断面关联的电厂，根据所述电厂最大化总出力预测值和最内层断面的实时负荷计算所述最内层断面的断面功率；

S3：比较所述最内层断面的所述断面功率和该断面的有功限值，若所述断面功率大于所述有功限值，则所述最内层断面存在越限断面，并对所述最内层断面设置已确定标志，从而不再进行校验，计算所述越限断面关联的电厂的限制出力，将所述最内层断面的断面功率更新为所述有功限值，将所述初始的电厂出力目标值更新为所述有功限值和所述实时负荷之和；

S4：基于预设的调度公平性指标，根据熵值法计算越限断面关联的各个电厂的出力受限分配得分，根据所述越限断面关联的电厂的限制出力和各个电厂的出力受限分配得分计算得到所述越限断面关联的各个电厂的优化限制出力；

S5：基于更新后的电厂出力目标值按照所述越限断面关联的各个电厂的优化限制出力对所述越限断面及其以下层级子断面关联的各个电厂的有功功率进行重新分配；

S6：重复步骤S2～S5，采用深度优先搜索算法，从最内层至最外层的优先顺序依次校验剩余未设置所述已确定标志的断面，确定最内层至最外层的各层断面的断面功率及其关联各个电厂的出力。

2.根据权利要求1所述的考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述电厂总出力优化模型如下：

对断面i建立优化目标函数，设断面i关联的电厂总出力优化目标为P'_ti-g，优化目标函数为：

max(P’_ti-g)＝f(P’_ti-f,P’_ti-c,β_i)

式中，max(P'_ti-g)为电厂最大化总出力预测值，f为算法规则，P'_ti-f为断面i及子断面关联的电厂在t时刻总的负荷预测值，P'_ti-c为断面i关联的电厂在t时刻的总出力预测值，β_i为断面i的深度系数；

所述安全约束条件具体包括：

a.等式约束条件为：

式中，P_ti-f为断面i关联的当前变电站在t时刻的负荷预测值；

b.不等式约束条件为：

P’_ti-g≤P_i-max+P’_ti-f

式中，P_i-max为断面i的有功限值。

3.根据权利要求1所述的考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，其特征在于，所述预设的调度公平性指标包括正向指标和负向指标，所述正向指标和所述负向指标均采用极值法表示；

所述正向指标为：

所述负向指标为：

式中，x_ijz为第i个断面，第j个电厂的z指标；m_iz为第i个断面，j个电厂中最小的z指标；M_iz为第i个断面，j个电厂中最大的z指标。

4.根据权利要求3所述的考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，其特征在于，所述正向指标包括电厂的装机容量、合同电量完成率和发电设备利用小时数，所述负向指标包括电厂的出力预测准确率。

5.根据权利要求3所述的考虑断面安全约束和调度公平性的多能源系统调度方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S401：计算第i个断面关联的电厂第z个指标下，第j个电厂的特征比重P_ijz，特征比重P_ijz的计算公式为：

S402：根据所述特征比重P_ijz计算相应的熵值e_iz，熵值e_iz的计算公式为：

S403：计算第i个断面关联的电厂第z个指标的差异性系数g_iz，差异性系数g_iz的计算公式为：

g_iz＝1-e_iz

S404：根据所述差异性系数g_iz确定第i个断面关联的电厂第z个指标的权重w_iz，所述权重w_iz的计算公式为：

S405：根据所述特征比重P_ijz和所述权重w_iz计算第i个断面，第j个电厂的出力受限分配得分s_ij，出力受限分配得分s_ij的计算公式为：

S406：根据第i个断面，第j个电厂的限制出力和对应的出力受限分配得分s_ij计算得到第i个断面，第j个电厂的优化限制出力X_ij，所述优化限制出力X_ij的计算公式为：

式中，K_i为第i个断面，第j个电厂的限制出力，P_ti-j-c为断面i第j个电厂在t时刻的出力预测值。

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