CN113659580B - 一种区域电量传输可行域确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种区域电量传输可行域确定方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、构建区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束模型；S2、基于步骤S1构建的模型，采用全枚举法确定计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域。该方法及系统有利于自动、准确地获取区域电量传输可行域。

Description

一种区域电量传输可行域确定方法及系统

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种区域电量传输可行域确定方法及系统。

背景技术

随着电力负荷的快速增长和大规模新能源并网，单一区域电网已难以实现源-荷平衡。为实现电力资源的广域优化配置，互联电网通过联络线实现功率传输，提升电力资源利用效率。在我国新能源大规模并网的背景下，随着复奉、锦苏等特高压跨区域直流工程的相继投入，我国跨区电力资源交换不断增强。跨区电力资源交换需以保证区域内电网运行安全为基本前提，但现有方法难以满足精准描绘区域电量传输可行域的工业要求：1)考虑以机组组合约束为表征的离散运行特性；2)计及以区间数形式表征的新能源不确定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种区域电量传输可行域确定方法及系统，该方法及系统有利于自动、准确地获取区域电量传输可行域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种区域电量传输可行域确定方法，包括以下步骤：

S1、构建区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束模型；

S2、基于步骤S1构建的模型，采用全枚举法确定计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域。

进一步地，所述步骤S1中，考虑联络线全天电量，建立某区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束，包括系统约束、联络线约束、单机约束以及不确定性变量的区间表征，所述机组组合约束即为机组组合约束模型。

进一步地，所述系统约束包括功率平衡约束和线路潮流约束，所述功率平衡约束为：

式中，p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t分别为t时刻的机组出力、联络线功率、负荷和新能源出力；1_G、1_B、1_D、1_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t维度相匹配的元素均为1的列向量；T为调度时段集合；

所述线路潮流约束为：

式中，S为转移分布因子矩阵；A_G、A_B、A_D、A_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t的节点关联矩阵；

和F分别为线路潮流的上限和下限。

进一步地，所述联络线约束包括：

a.第b条联络线全天电量和各时段联络线功率的关系

式中，B为边界联络线集合；

b.联络线功率容量约束

式中，

和P _B分别为联络线传输上限和下限；

c.交割曲线约束

q_B＝f(p_B) (5)

式中，q_B为所有时刻所有联络线传输电量的变量集合；p_B为所有时刻所有联络线传输功率的变量集合；f表征交割曲线上电力与电量的关系。

进一步地，所述单机约束包括：

a.系统启停约束

式中：u_g,t为表征机组g在时刻t是否处于运行状态的0-1变量；v_g,t为表征机组g在时刻t是否由关闭状态变为开启状态的0-1变量；G为机组集合；

b.机组容量约束

式中，

和P _g分别为机组g出力上限和下限；

c.机组最小启停时间约束

式中，L_g和l_g分别为机组g的最小启动时间和最小关闭时间；

d.机组爬坡约束

式中，R_g为机组g的爬坡速率；V_g为机组g开启或关闭速率。

进一步地，所述不确定性变量的区间表征为：

式中，

和P_R,t分别为新能源出力的预测值上限和下限。

进一步地，综合所有约束条件，得到如下表达式：

式中：u_G为所有机组在所有时刻是否处于运行状态的0-1变量集合；v_G为所有机组在所有时刻是否处于启动的0-1变量集合；p_G为所有机组在所有时刻的出力变量集合；p_R为所有新能源场站在所有时刻的出力集合；

和P _R分别为的预测值上限和下限；式(13a)等价描绘约束(1)-(11)，其中B_q、B_u、B_v、B_p和B_R为系数矩阵，C为常数向量；式(13b)即表征约束。

进一步地，所述步骤S2的具体实现方法为：

将计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域表述为：电量若属于可行域R，则当新能源出力在

范围内变化时，均存在一组满足式(13a)式约束的可行解，即：

因此，若给定机组启停状态j，记其满足式(13a)的约束为：

B_qq_B+B_pp_G+B_Rp_R≤C^j (15)

记机组启停状态j下的电量交易可行域为：

则R和R_j存在如下关系：

R＝∪_j∈JR_j (17)

式中，J为所有可能的机组启停状态集合；

在机组状态j下，需满足下述约束：

则式所示的可等价表征为：

综上，得出计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域即为：所有机组启停状态下、所有新能源极端出力场景下的省间电量交易可行空间的并集。

本发明还提供了一种区域电量传输可行域确定系统，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1-8所述的方法步骤。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：基于考虑新能源不确定性的机组组合约束，提出基于枚举新能源极端出力场景和机组启停状态的区域电量传输可行域确定方法，从而可以自动、快速地获得计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域，提高了获取的区域电量传输可行域的精度。

附图说明

图1是本发明实施例的方法实现原理图。

图2是本发明实施例中区域电量传输可行域计算流程图。

图3是本发明实施例中获得的区域电量传输可行域。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种区域电量传输可行域确定方法，包括以下步骤：

S1、构建区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束模型。

所述步骤S1中，考虑联络线全天电量，建立某区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束，包括系统约束、联络线约束、单机约束以及不确定性变量的区间表征，所述机组组合约束即为机组组合约束模型。

所述系统约束包括功率平衡约束和线路潮流约束，所述功率平衡约束为：

式中，p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t分别为t时刻的机组出力、联络线功率、负荷和新能源出力；1_G、1_B、1_D、1_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t维度相匹配的元素均为1的列向量；T为调度时段集合；

所述线路潮流约束为：

式中，S为转移分布因子矩阵；A_G、A_B、A_D、A_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t的节点关联矩阵；

和F分别为线路潮流的上限和下限。

所述联络线约束包括：

a.第b条联络线全天电量和各时段联络线功率的关系

式中，B为边界联络线集合；

b.联络线功率容量约束

式中，

和P _B分别为联络线传输上限和下限；

c.交割曲线约束

q_B＝f(p_B) (5)

式中，q_B为所有时刻所有联络线传输电量的变量集合；p_B为所有时刻所有联络线传输功率的变量集合；f表征交割曲线上电力与电量的关系。

所述单机约束包括：

a.系统启停约束

式中：u_g,t为表征机组g在时刻t是否处于运行状态的0-1变量；v_g,t为表征机组g在时刻t是否由关闭状态变为开启状态的0-1变量；G为机组集合；

b.机组容量约束

式中，

和P _g分别为机组g出力上限和下限；

c.机组最小启停时间约束

式中，L_g和l_g分别为机组g的最小启动时间和最小关闭时间；

d.机组爬坡约束

式中，R_g为机组g的爬坡速率；V_g为机组g开启或关闭速率。

所述不确定性变量的区间表征为：

式中，

和P _R,t分别为新能源出力的预测值上限和下限。

综合所有约束条件，得到如下表达式：

式中：u_G为所有机组在所有时刻是否处于运行状态的0-1变量集合；v_G为所有机组在所有时刻是否处于启动的0-1变量集合；p_G为所有机组在所有时刻的出力变量集合；p_R为所有新能源场站在所有时刻的出力集合；

和P _R分别为的预测值上限和下限；式(13a)等价描绘约束(1)-(11)，其中B_q、B_u、B_v、B_p和B_R为系数矩阵，C为常数向量；式(13b)即表征约束。

S2、基于步骤S1构建的模型，采用全枚举法确定计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域。

所述步骤S2的具体实现方法为：

将计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域表述为：电量若属于可行域R，则当新能源出力在

范围内变化时，均存在一组满足式(13a)式约束的可行解，即：

因此，若给定机组启停状态j，记其满足式(13a)的约束为：

B_qq_B+B_pp_G+B_Rp_R≤C^j (15)

记机组启停状态j下的电量交易可行域为：

则R和R_j存在如下关系：

R＝∪_j∈JR_j (17)

式中，J为所有可能的机组启停状态集合；

在机组状态j下，需满足下述约束：

则式所示的可等价表征为：

综上，得出计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域即为：所有机组启停状态下、所有新能源极端出力场景下的省间电量交易可行空间的并集。

本实施例还提供了用于实现上述方法的区域电量传输可行域确定系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1-8所述的方法步骤。

以IEEE 9节点系统为例，验证本发明方法的正确性。

在节点5和节点9分别连接一条联络线，在节点1接入新能源机组1台，并以2时段时间尺度为例。

在2时段IEEE 9节点测试系统中，共有两台火电机组和1台新能源机组。根据推论可知：计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域为，所有机组启停状态下、所有新能源极端出力场景下的区域电量传输可行域的并集。因此，共需枚举机组状态2²*2²＝16个，新能源极端场景2^1*2＝2个。

1)可行域的确定

在16种机组状态中，仅有2种机组启停状态下的电量交易可行域为非空集。采用图2所示方法，可得计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域如图3所示。

2)可行域的有效性证明

为验证图3所得可行域有效性，本专利采用蒙特卡洛法进行验证。随机抽取图3区域内的10000个样本，并对新能源出力在其预测区间内同时随机采样。对于每个样本，总存在一组可行解使得约束(13a)可行的，即验证了本专利所提推论的正确性。

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。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种区域电量传输可行域确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束模型；

S2、基于步骤S1构建的模型，采用全枚举法确定计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域；

所述步骤S1中，考虑联络线全天电量，建立区域电网计及新能源不确定性的机组组合约束，包括系统约束、联络线约束、单机约束以及不确定性变量的区间表征，所述机组组合约束即为机组组合约束模型；

所述系统约束包括功率平衡约束和线路潮流约束，所述功率平衡约束为：

式中，p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t分别为t时刻的机组出力、联络线功率、负荷和新能源出力；1_G、1_B、1_D、1_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t维度相匹配的元素均为1的列向量；T为调度时段集合；

所述线路潮流约束为：

式中，S为转移分布因子矩阵；A_G、A_B、A_D、A_R分别为p_G,t、p_B,t、p_D,t、p_R,t的节点关联矩阵；

和F分别为线路潮流的上限和下限；

所述联络线约束包括：

a.第b条联络线全天电量和各时段联络线功率的关系

式中，B为边界联络线集合；

b.联络线功率容量约束

式中，

和P _B分别为联络线传输上限和下限；

c.交割曲线约束

q_B＝f(p_B) (5)

式中，q_B为所有时刻所有联络线传输电量的变量集合；p_B为所有时刻所有联络线传输功率的变量集合；f表征交割曲线上电力与电量的关系；

所述单机约束包括：

a.系统启停约束

式中：u_g,t为表征机组g在时刻t是否处于运行状态的0-1变量；v_g,t为表征机组g在时刻t是否由关闭状态变为开启状态的0-1变量；G为机组集合；

b.机组容量约束

式中，

和P_g分别为机组g出力上限和下限；

c.机组最小启停时间约束

式中，L_g和l_g分别为机组g的最小启动时间和最小关闭时间；

d.机组爬坡约束

式中，R_g为机组g的爬坡速率；V_g为机组g开启或关闭速率；

所述不确定性变量的区间表征为：

式中，

和P _R,t分别为新能源出力的预测值上限和下限；

综合所有约束条件，得到如下表达式：

式中：u_G为所有机组在所有时刻是否处于运行状态的0-1变量集合；v_G为所有机组在所有时刻是否处于启动的0-1变量集合；p_G为所有机组在所有时刻的出力变量集合；p_R为所有新能源场站在所有时刻的出力集合；

和P _R分别为的预测值上限和下限；式(13a)等价描绘约束(1)-(11)，其中B_q、B_u、B_v、B_p和B_R为系数矩阵，C为常数向量；式(13b)即表征约束；

所述步骤S2的具体实现方法为：

将计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域表述为：电量若属于可行域R，则当新能源出力在

范围内变化时，均存在一组满足式(13a)式约束的可行解，即：

因此，若给定机组启停状态j，记其满足式(13a)的约束为：

B_qq_B+B_pp_G+B_Rp_R≤C^j (15)

记机组启停状态j下的电量交易可行域为：

则R和R_j存在如下关系：

R＝∪_j∈JR_j (17)

式中，J为所有可能的机组启停状态集合；

在机组状态j下，需满足下述约束：

则式所示的可等价表征为：

综上，得出计及新能源不确定性及机组离散运行特性的区域电量传输可行域即为：所有机组启停状态下、所有新能源极端出力场景下的省间电量交易可行空间的并集。

2.一种区域电量传输可行域确定系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1所述的方法步骤。

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