一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法和装置，该法包括根据预先采集的多端柔性直流电网的拓扑结构信息建立多端柔性直流电网中新能源发电运行优化模型和根据商业优化包求解优化模型确定最优发电方式；该装置包括求解单元和建模单元；本发明专利技术提供的技术方案涉及了考虑新能源发电、多端柔性直流电网系统、常规火电机组和抽蓄电站的运行限制，由该优化模型得到了调度时段内新能源的最大接纳量及其相应的新能源、常规火电机组和抽蓄电站的最优发电运行方式。

【技术实现步骤摘要】
一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法和装置
本专利技术涉及接入多端柔性直流电网的新能源发电运行优化领域，具体讲涉及一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法和装置。
技术介绍
风能和光能为主的新能源发电在我国迅猛发展，但由于新能源出力的随机性和间歇性很强，新能源大规模并网给我国电力系统的安全运行带来巨大的压力，而受本地消纳能力不足和外送通道限制等影响，新能源富集区域的弃风弃光限电问题日益突出，资源严重浪费。随着电力系统技术的发展，多端柔性直流输电逐渐成为解决风电并网和能源消纳难题的重要技术手段。柔性直流输电不存在接入新能源后电压波动和无功补偿的问题，能够快速、灵活、独立的控制有功功率和无功功率，具备成网条件。在此基础上形成的多端柔性直流电网具备多电源多地供电的优点，可以实现新能源、常规火电机组和抽蓄电站的灵活交互，提升利用效率；并且潮流反转方便快捷，运行方式变换灵活，可靠性高。目前，多端柔性直流电网接入新能源的研究主要集中在新能源接入后柔性直流电网的并网控制策略和交直流电网动态特性分析等方面，对接入多端柔性直流电网的新能源发电运行方式优化方面的研究甚少。进行该方面研究需建立相应的优化模型，优化建模时主要面临两个问题：一是增加方法的适应性，优化模型中需要考虑常规火电机组和抽蓄电站的运行限制以及线路的损耗，具有明显的非线性特征的物理约束条件，无疑增加了优化求解的难度；二是由于功率潮流在环形结构的柔性直流电网中循环流动，使优化问题存在多解性，与实际的物理情况不符，因此需要采取一定的建模技巧予以消除。为解决以上问题，需要提供一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法，使所建立的优化模型便于求解。
技术实现思路
为满足技术发展需要，本专利技术提供了一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法。本专利技术提供的多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法，其改进之处在于，所述优化方法包括:根据商业优化包求解的运行优化模型获取新能源最优发电方式；所述运行优化模型为根据预先采集的直流电网拓扑结构信息建立新能源发电方式的运行优化模型；进一步的，预先采集的多端柔性直流电网的所述拓扑结构信息包括：新能源、火电机组和抽蓄电站所连接的送端换流站节点位置信息和负荷连接的受端换流站节点位置信息；新能源在调度时段的预测出力值和负荷预测值，常规机组在调度开始时段的初始状态、抽蓄电站上水库初始储水量，以及直流电网换流站最大换流容量、线路长度和线损率。进一步的，所述运行优化模型如下式(1)所示：式中，表示接入柔性直流电网的新能源总发电量；T：为总调度时段数；IRN；直流电网中接入新能源的送端换流站的节点集合；和分别为t时刻接入送端换流站节点i的风电和光伏发电出力；：线路总损耗的惩罚项；a：惩罚因子；εi,j(t)：t时刻线路(i,j)上的功率的损耗；εj,i(t)：t时刻线路(j,i)上的功率的损耗；I为直流电网中的节点集合：Ji：与节点i相连的所有节点集合。进一步的，所述运行优化模型的约束条件包括：新能源出力约束、火电机组运行约束、抽蓄电站运行约束、传输线约束、送端换流站和受端换流站换流约束。进一步的，所述新能源出力约束如下式所示：式中，PiW(t)和PiV(t)：分别为t时刻风电和光伏发电的最大出力；所述火电机组运行约束包括：<1>机组出力约束：Xi(t)·Pimin≤pi(t)≤Xi(t)·Pimax,i∈ITH(3)式中，ITH：接入火电机组的直流电网节点集合；pi(t)：节点i接入的火电机组在t时刻的出力；Pimin和Pimax：节点i处火电机组的最小和最大技术出力；Xi(t)表示t时刻火电机组的运行状态，为0或1整数变量，1表示机组正在运行，0表示没有运行；<2>爬坡约束：式中，和分别表示机组的最大爬升和爬降功率；pi(t+1)：表示节点i接入的火电机组在t+1时刻的出力；<3>最小启停机时间约束：式中，Yi(t)和Zi(t)为机组在t时段的启动状态和停机状态，均为0-1整数变量；对于Yi(t)＝0表示不在启动状态，Yi(t)＝1表示正在启动；Zi(t)＝0表示不在停机状态，Zi(t)＝1表示正在停机；ki表示机组的最小启动时间或最小停机时间；<4>启停机状态约束：进一步的，所述抽蓄电站运行约束包括：1)发电功率约束：式中，ICX：直流电网中接入抽蓄电站的节点集合；抽蓄电站在t时段的发电功率；和分别为抽蓄电站的最小和最大发电功率；SXi(t)为0-1整数变量，表示抽蓄电站的运行状态，SXi(t)＝1表示抽蓄电站处于发电状态，SXi(t)＝0表示抽蓄电站未发电；2)抽水功率约束：式中，抽蓄电站在t时段的抽水功率；和分别为抽蓄电站的最小和最大抽水功率；SYi(t)为0-1整数变量，表示抽蓄电站的运行状态，SYi(t)＝1表示抽蓄电站处于抽水状态，SYi(t)＝0表示抽蓄电站未抽水；3)运行状态约束：0≤SXi(t)+SYi(t)≤1,i∈ICX(9)；4)库容约束：式中，Wi0(t)：抽蓄电站上水库在t时段的初始储水量；Wiend(t)：抽蓄电站上水库在t时段末的储水量；Wiend(t-1)：表示抽蓄电站上水库在t-1时段末的储水量；WiInitial：抽蓄电站上水库在第一个时段的初始储水量；ηG和ηS：分别为抽蓄电站发电和抽水时的平均水量/电量转换系数。进一步的，所述传输线约束包括：<1>线损约束：式中，为线路(i,j)上从节点i流出的功率；为线路(i,j)上流入到节点j的功率；εi,j(t)：线路(i,j)上的线损功率；αi,j为线路(i,j)的线损率；Li,j：线路(i,j)的传输距离；为线路(j,i)上从节点j流出的功率；为线路(j,i)上流入到节点i的功率；εj,i(t)：线路(j,i)上的线损功率；αj,i为线路(j,i)的线损率；Lj,i：线路(j,i)的传输距离；<2>传输安全约束：式中，为线路(i,j)上的最大传输功；为线路(j,i)上的最大传输功率。进一步的，送端换流站和受端换流站的约束包括：1)送端换流站换流容量约束：式中，Pibin为送端换流站的最大换流容量；2)受端换流站换流容量约束：式中，Pibout为受端换流站的最大换流容量，为下网功率，Iout为直流电网系统中的受端换流站集合；3)送端换流站功率平衡约束：式中，和分别为t时刻接入送端换流站i的风电和光伏发电出力；pi(t)为节点i所接入的火电机组在t时刻的出力；为抽蓄电站在t时段的发电功率；为抽蓄电站在t时段的抽水功率；IRN；直流电网中接入新能源的送端换流站的节点集合；ITH：接入火电机组的直流电网节点集合；ICX：直流电网中接入抽蓄电站的节点集合；Ji：表示与节点i相连的所有相邻节点集合；表示从其他相邻节点流入到节点i的总功率；表示从节点i流出到其他相邻节点的总功率；4)受端换流站负荷平衡约束：式中，为下网功率；Di(t)为t时段的受端负荷；Iout为直流电网系统中的受端换流站集合。进一步的，将运行优化模型代入到商业优化求解包CPLEX，得到调度时段内新能源的最大接纳量，及新能源、常规火电机组和抽蓄电站的最优发电运行方式。一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化装置，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法，其特征在于，所述方法包括：根据商业优化求解包求解运行优化模型获取新能源最优发电方式；所述运行优化模型为根据预先采集的多端柔性直流电网的拓扑结构信息建立的新能源发电方式的运行优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种多端柔性直流电网中新能源发电运行优化方法，其特征在于，所述方法包括：根据商业优化求解包求解运行优化模型获取新能源最优发电方式；所述运行优化模型为根据预先采集的多端柔性直流电网的拓扑结构信息建立的新能源发电方式的运行优化模型。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，预先采集的多端柔性直流电网的所述拓扑结构信息包括：新能源、火电机组和抽蓄电站所连接的送端换流站节点位置信息和负荷连接的受端换流站节点位置信息；新能源在调度时段内的预测出力值和负荷预测值，常规机组在调度开始时段的初始状态、抽蓄电站上水库初始储水量，以及直流电网换流站最大换流容量、线路长度和线损率。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述运行优化模型的目标函数为：其中，表示接入柔性直流电网的新能源总发电量；T：为总调度时段数；IRN；直流电网中接入新能源的送端换流站的节点集合；和分别为t时刻接入送端换流站节点i的风电和光伏发电出力；线路总损耗的惩罚项；a：惩罚因子；εi,j(t)：t时刻线路(i,j)上的功率损耗；εj,i(t)：t时刻线路(j,i)上的功率损耗；I为直流电网中的节点集合：Ji：与节点i相连的所有节点集合。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述运行优化模型的约束条件包括：新能源出力约束、火电机组运行约束、抽蓄电站运行约束、传输线约束、送端换流站和受端换流站换流约束。5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述新能源出力约束如下式所示：式中，PiW(t)和PiV(t)：分别为t时刻风电和光伏发电的最大出力。6.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述火电机组运行约束包括：<1>机组出力约束：Xi(t)·Pimin≤pi(t)≤Xi(t)·Pimax,i∈ITH(3)式中，ITH：接入火电机组的直流电网节点集合；pi(t)：节点i接入的火电机组在t时刻的出力；Pimin和Pimax：节点i处火电机组的最小和最大技术出力；Xi(t)表示t时刻火电机组的运行状态，为0或1整数变量，1表示机组正在运行，0表示没有运行；<2>爬坡约束：式中，和分别表示机组的最大爬升和爬降功率；pi(t+1)：表示节点i接入的火电机组在t+1时刻的出力；<3>最小启停机时间约束：式中，Yi(t)和Zi(t)为机组在t时段的启动状态和停机状态，均为0-1整数变量；对于Yi(t)＝0表示不在启动状态，Yi(t)＝1表示正在启动；Zi(t)＝0表示不在停机状态，Zi(t)＝1表示正在停机；ki表示机组的最小启动时间或最小停机时间；<4>启停机状态约束：7.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述抽蓄电站运行约束包括：1)发电功率约束：式中，ICX：直流电网中接入抽蓄电站的节点集合；抽蓄电站在t时段的发电功率；和分别为抽蓄电站的最小和最大发电功率；SXi(t)为0-1整数变量，表示抽蓄电站的运行状态，SXi(t)＝1表示抽蓄电站处于发电状态，SXi(t)＝0表示抽蓄电站未发电；2)抽水功率约束：式中，抽蓄电站在t时段的抽水功率；和分别为抽蓄电站的最小和最大抽水功率；SYi(t)为0-1整数变量，表示抽蓄电站的运行状态，SYi(t)＝1表示抽蓄电站处于抽水状态，SYi(t)＝0表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘纯，李湃，王伟胜，黄越辉，王跃峰，张琳，张楠，高云峰，许晓艳，潘霄锋，李丽，唐林，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11