一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法技术

本发明专利技术公开了属于电力系统运行与调度技术领域的一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法。所述方法首先根据传统直流输电的无功调节特性，确定直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间，以实现无功设备动作次数的降低；其次建立无功设备调节成本模型，将无功设备动作次数转换为无功调节成本进行优化，以避免直流两侧无功设备的频繁动作，减小无功设备寿命的损耗。最后建立直流联络线功率优化模型，在提高风电消纳比例的同时，提高了送受端电网的综合效益。本发明专利技术充分挖掘直流联络线的灵活调节能力与直流无功调节特性之间的协调优化效益，在更大的空间范围内对风电消纳，提高风电资源的消纳水平，实现直流跨区互联电网的运行经济性。

A DC tie-line power optimization method considering the cost of reactive power equipment regulation

The invention discloses a DC tie-line power optimization method, which belongs to the field of power system operation and dispatching technology and takes into account the regulation cost of reactive power equipment. Firstly, according to the reactive power regulation characteristics of traditional HVDC transmission, the feasible and infeasible regions of DC tie-line transmission power are determined to reduce the number of reactive power equipment actions. Secondly, the cost model of reactive power equipment adjustment is established to optimize the conversion of the number of reactive power equipment actions to the cost of reactive power regulation, so as to avoid frequent actions of reactive power equipment on both sides of DC and reduce them. Life loss of small reactive power equipment. Finally, the DC tie-line power optimization model is established to improve the wind power absorption ratio and the comprehensive benefits of the transmission and reception power grids. The invention fully taps the coordination and optimization benefit between the flexible regulation ability of DC tie-line and the regulation characteristics of DC reactive power, absorbs wind power in a larger space, improves the absorption level of wind power resources, and realizes the operation economy of DC cross-region interconnected power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法
本专利技术属于电力系统运行与调度
，尤其涉及一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法。
技术介绍
当前我国的能源分布极不均匀，大型能源基地主要分布在偏远的西北地区，当地电网负荷水平低，电力富余较多；东部地区虽然经济发达，负荷水平高，能源供用却相对不足。因此推动大型能源基地开发和电网跨区直流互联，实现清洁能源大范围、高效率优化配置，是电网发展的重要方向。传统的直流日前计划大多根据受端的电网负荷峰谷变化编制，运行方式多采用两段式的定功率运行，既缺乏应对送端电网风电出力波动的能力，又难与受端电网的功率协调，加之无法避免高压直流无功设备的频繁调节。因此如何建立合理有效的直流联络线功率优化模型，充分发挥直流输电的灵活调节能力是当前调度计划亟需解决的问题。针对上述问题，文献1《以直流联络线运行方式优化提升新能源消纳能力的新模式》将直流联络线功率分为N挡，借鉴机组组合的思想模拟直流联络线的阶梯化运行特性，但其离散控制直流传输功率，难以充分发挥直流系统的调节能力。文献2《促进跨区新能源消纳的直流联络线功率优化模型及分析》将直流联络线的各个阶梯化功率视为直流联络线的一个可行状态，建立直流联络线功率阶梯化运行模型，但也为功率点的离散控制。文献3《直流跨区互联电网发输电计划模型与方法》提出了直流联络线功率的多单元协调建模方法，将直流联络线功率分为多个输电单元功率之和，精细化地考虑直流运行特性约束。由于直流联络线灵活的有功调节会带来直流无功调节设备的频繁动作，影响设备的使用寿命，上述方法虽然考虑直流联络线的灵活运行特性，并在直流联络线功率优化模型方面不断精进，但均未考虑直流联络线两侧的无功设备特性。因此，有必要根据直流无功调节特性，规定直流功率的可行区间与不可行区间，制定一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，充分挖掘直流联络线的灵活调节能力与直流无功调节特性之间的协调优化效益。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据传统直流输电的无功调节特性，划分直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间，并依据划分的可行区间建立直流联络线功率模型；步骤2：依据步骤1确定的可行区间和不可行区间，建立无功设备调节成本模型；步骤3：利用负荷与风电短期预测数据，考虑直流运行约束条件和交流系统安全运行约束条件，以电网总发电成本最小为目标函数，建立计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化模型；所述电网总发电成本包括送受端电网火电机组的发电成本、弃风惩罚成本以及无功设备调节成本；步骤4：采用GAMS求解模型，得到直流联络线的优化结果和送端电网火电机组出力计划。所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：根据直流无功调节特性以及无功设备动作特性，确定直流联络线两侧无功设备动作所对应的直流有功变化大小；步骤1-2：根据无功设备动作时对应的直流功率运行点，确定直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间；可行区间：式中，n为直流联络线传输功率的可行区间序号；N为直流联络线功率总的可行区间数；分别为第n个可行区间的上限值和下限值；Id,n,t为0-1离散变量，表示t时段直流联络线功率是否处于可行区间n中；不可行区间：式中，Yn为不可行区间n；为第n个可行区间的上限值，为第n+1个可行区间的下限值；步骤1-3：建立直流联络线功率模型，以确保直流联络线功率在同一时段有且仅运行在一个可行区间中，即满足所述直流联络线功率模型为：式中，Pd,t为t时段直流联络线功率；Pd,n,t为t时段的第n可行区间直流联络线功率。所述步骤2建立无功设备调节成本模型的具体方法为：步骤2-1：确定各时段直流联络线功率所在的可行区间序号，其计算公式为：步骤2-2：根据相邻时段的功率可行区间序号差值确定在该时段的直流无功设备动作次数，其计算公式为：式中，为t-1时段到t时段的无功设备动作次数；为t时段的直流联络线功率所在的可行区间序号，为t-1时段的直流联络线功率所在的可行区间序号；步骤2-3：计算无功设备调节成本，其计算公式为：式中，K为综合交流滤波器和换流变调整的成本因子，为t时段的无功设备调节成本；步骤2-4：将无功设备调节成本线性化：式中，为线性化引入的两个非负变量；经线性化后，得到无功设备调节成本模型为：式中，λt为线性化后的t时段无功设备调节成本。所述步骤3建立的计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化模型为：目标函数：式中，F为直流跨区互联电网的全天运行的总成本；为火电机组i在t时段的四分段线性化发电成本；Kw为弃风惩罚因子，为风电的弃风量；约束条件：a)直流运行约束条件：ⅰ)直流联络线出力约束式中，Pd,t为直流联络线d在t时段的运行功率；分别为直流联络线t时段的出力上限和下限；ⅱ)直流相邻时段出力调整方向约束式中，均为0-1离散变量，分别表示直流联络线在t时段内是否爬坡以及是否滑坡；若是，则取值为1，否则取值为0；ⅲ)直流出力调整速率约束式中，δdc为直流联络线的最小调整幅值，为直流联络线的最大调整幅值；ⅳ)直流出力调整连续性约束ⅴ)直流调整间隔约束式中，均为0-1离散变量，分别表示直流联络线的出力在t时刻开始调整和结束调整；ⅵ)直流出力调整次数约束式中，Nmax为直流联络功率日调节的最大次数；ⅶ)直流日交易量约束式中，E为直流联络线日计划交易电量，ρ为允许的传输偏差比例；b)交流系统安全运行约束条件ⅰ)火电机组出力约束式中，PiGmax、PiGmin分别为火电机组i的出力上限和下限，为火电机组i在t时段的出力；ⅱ)火电机组爬坡约束式中，RUi、RDi分别为机组i的爬坡、滑坡速率；ⅲ)功率平衡约束式中，分别为送端电网A的火电机组和风电场的集合；为送端电网A的负荷节点的集合；为风电场w在t时段的出力；为送端电网A的负荷节点k在t时段的预测值；ⅳ)正负旋转备用约束正旋转备用：式中，为风电场w在t时段的预测出力值，为送端电网A在时刻t所需的正备用容量；wu、wD分别为风电正备用系数、负荷备用系数；负旋转备用：式中，为送端电网A在时刻t所需的负备用容量；wd为风电负备用系数；ⅴ)潮流安全约束式中，分别为火电机组i、风电场w、负荷k和直流联络线的功率转移分布因子；Fl分别为交流线路l的传输上限和下限；ⅵ)风功率约束本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提出的一种直流联络线传输功率可行区间与不可行区间，可避免因直流功率在无功设备动作点附近波动，造成直流无功设备往复动作，提高了直流系统的调节精度。(2)本专利技术建立的无功设备调节成本模型。在直流功率规定可行区间与不可行区间的基础上，将无功设备动作次数转换为无功调节成本进行优化，可以避免直流两侧无功设备的频繁动作，减小无功设备寿命的损耗。(3)本专利技术建立的无功设备调节成本的直流联络线功率优化模型，使送端电网火电机组的出力较平缓，避免了火电机组出力的大幅波动，在提高风电消纳比例的同时，并未给送端火电机组带来较重的调节负担，提高了送受端电网的综合效益。(4)本专利技术充分挖掘直流联络线的灵活调节能力与直流无功调节特性之间的协调优化效益，在更大的空间范围内对风电消纳，提高风电资源的消纳水平，实现直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据传统直流输电的无功调节特性，划分直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间，并依据划分的可行区间建立直流联络线功率模型；步骤2：依据步骤1确定的可行区间和不可行区间，建立无功设备调节成本模型；步骤3：利用负荷与风电短期预测数据，考虑直流运行约束条件和交流系统安全运行约束条件，以电网总发电成本最小为目标函数，建立计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化模型；所述电网总发电成本包括送受端电网火电机组的发电成本、弃风惩罚成本以及无功设备调节成本；步骤4：采用GAMS求解模型，得到直流联络线的优化结果和送端电网火电机组出力计划。

【技术特征摘要】
1.一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据传统直流输电的无功调节特性，划分直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间，并依据划分的可行区间建立直流联络线功率模型；步骤2：依据步骤1确定的可行区间和不可行区间，建立无功设备调节成本模型；步骤3：利用负荷与风电短期预测数据，考虑直流运行约束条件和交流系统安全运行约束条件，以电网总发电成本最小为目标函数，建立计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化模型；所述电网总发电成本包括送受端电网火电机组的发电成本、弃风惩罚成本以及无功设备调节成本；步骤4：采用GAMS求解模型，得到直流联络线的优化结果和送端电网火电机组出力计划。2.根据权利要求1所述的一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：根据直流无功调节特性以及无功设备动作特性，确定直流联络线两侧无功设备动作所对应的直流有功变化大小；步骤1-2：根据无功设备动作时对应的直流功率运行点，确定直流联络线传输功率的可行区间与不可行区间；可行区间：式中，n为直流联络线传输功率的可行区间序号；N为直流联络线功率总的可行区间数；分别为第n个可行区间的上限值和下限值；Id,n,t为0-1离散变量，表示t时段直流联络线功率是否处于可行区间n中；不可行区间：式中，Yn为不可行区间n；为第n个可行区间的上限值，为第n+1个可行区间的下限值；步骤1-3：建立直流联络线功率模型，以确保直流联络线功率在同一时段有且仅运行在一个可行区间中，即满足所述直流联络线功率模型为：式中，Pd,t为t时段直流联络线功率；Pd,n,t为t时段的第n可行区间直流联络线功率。3.根据权利要求1所述的一种计及无功设备调节成本的直流联络线功率优化方法，其特征在于，所述步骤2建立无功设备调节成本模型的具体方法为：步骤2-1：确定各时段直流联络线功率所在的可行区间序号，其计算公式为：步骤2-2：根据相邻时段的功率可行区间序号差值确定在该时段的直流无功设备动作次数，其计算公式为：式中，为t-1时段到t时段的无功设备动作次数；为t时段的无功设备动作次数，为t-1时段的无功设备动作次数；步骤2-3：计算无功设备调节成本，其计算公式为：式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，马伸铜，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11