一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法技术

本发明专利技术公开了一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征在于：将新能源机组调频能力、直流调制能力以及可中断负荷纳入弹性备用范畴，基于分解协调思想，实现常规备用和弹性备用在控制目标、控制对象、控制时间以及控制空间多维度的协调优化。本发明专利技术将备用范围从单一的发电侧拓展到全局源网荷侧弹性备用范畴，解决备用配置中可能存在的欠配和过配问题，为电力系统优化经济运行提供良好的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法
本专利技术涉及电力系统优化经济运行领域，具体涉及一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法。
技术介绍
随着我国电网新能源占比提高、特高压电网结构越来越复杂，电网自身的复杂性和外部环境多变性使得电力系统备用问题面临诸多新的挑战。首先，可再生能源的大规模应用，其随机性、间歇性增大了电网峰谷差和电网调控的不确定性，导致电网快速响应备用容量需求增大，同时还存在系统正、负备用需求带来的挑战。其次，在特高压交直流电网建设过渡期，电网“强直弱交”特征突出，随着直流受电规模增大和新能源出力占比提高，送、受端系统转动惯量减小，一旦发生直流闭锁故障将产生巨大有功缺额，落点区域可用的旋转备用容量难以满足大功率缺失下的控制需求，例如：2015年某馈入华东特高压直流双极闭锁，瞬时损失功率5400MW，华东频率最低跌至49.56Hz，近10年来首次跌破49.8Hz，频率越限长达数百秒。另一方面，随着城镇化进程的推进和极端气候的频繁出现，空调负荷持续快速增长已成为新常态，受空调负荷影响，电网用电负荷峰谷差进一步拉大，调节电网供需平衡进一步变难，部分受端电网用电高峰季节拉闸限电较频繁，在运行中可能会出现时段性备用不足的情况。此外，区域电网在极端气象条件下的调整压力日益增大，如2015年3月20日发生在欧洲的日食，导致部分地区的备用容量难以满足有功平衡的需求。电网运行新态势下单一的常规发电侧备用已难以满足系统需求，考虑全局源网荷协调的新能源机组调频、直流调制以及可中断负荷等弹性备用范畴，弹性备用对扰动和故障发生后的功率、频率维持和恢复起着重要的作用。另一方面，电网的备用容量越大，系统运行就越安全，同时备用成本也就越高。如何确定系统的备用容量，使其既能实现全系统运行成本最小化，又能满足系统安全性标准。本专利技术基于分解协调思想研究常规备用和弹性备用在控制目标、控制对象、控制时间以及控制空间等多维度的协调优方法，解决备用配置中可能存在的欠配和过配问题。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，解决了电力系统备用配置中可能存在的欠配和过配问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征在于：将新能源机组调频能力、直流调制能力以及可中断负荷纳入弹性备用范畴，基于分解协调思想，实现常规备用和弹性备用在控制目标、控制对象、控制时间以及控制空间多维度的协调优化。前述的一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征是：所述方法具体步骤包括：1)拓展备用的控制对象，除了常规的发电侧备用以外，将弹性备用纳入备用控制的范畴，建立常规备用与弹性备用协调优化数学模型：目标函数：以电力系统总成本F最小为目标函数，表达式如下：minF＝Fp+Fr(1)式中，Fp为电力系统总的发电成本，Fr为电力系统总的备用成本，备用成本Fr表示为：Fr＝Fg,r+FRe,r(2)式中，Fg,r为常规发电侧备用成本，FRe,r为弹性备用的总成本；根据备用响应时间，将常规发电侧备用分为一次备用、二次备用和三次备用3类，常规发电侧备用成本Fg,r表示为：式中：和C3,i,t分别为机组i时段t内正、负二次备用和三次备用的单位成本，和R3,i,t分别为机组i时段t内提供的正、负二次备用和三次备用；t是常规发电侧备用作用时段，T1是常规发电侧备用响应总时段数，t＝1～T1，Ng是常规发电侧机组数量，i＝1～Ng；弹性备用成本FRe,r包括新能源调频成本FNR,r和可中断负荷参与备用成本FDR,r，其中，新能源调频备用成本FNR,r表示为：式中：为由于参与备用而放弃使用单位新能源的损失，为时段t2内新能源参与调频备用的数量，T2是新能源参与备用响应总时段数，t2＝1～T2；可中断负荷参与备用成本FDR,r可表示为：式中：和R3,DR,j,t3分别为第j个可中断负荷DR在时段t3内提供的正、负二次备用和三次备用；和C3,DR,j,t3分别为第j个可中断负荷DR时段t3内提供单位正、负二次备用和三次备用的单位成本；T3是可中断负荷DR备用响应总时段数，t3＝1～T3，NDR是可中断负荷DR数量，j＝1～NDR；2)基于分解协调的思想，整个协调优化过程以电力系统总成本最小为目标，将常规备用与弹性备用多维协调优化问题分解为有限故障态安全约束机组组合子问题A、基于蒙特卡洛方法的二次负备用约束检查子问题B、基于大扰动长过程时域仿真分析的频率安全约束检查子问题C和基于最小切负荷的故障态静态安全约束检查子问题D四个子问题并行进行求解；有限故障态安全约束机组组合子问题A：在指定的调度周期内，以最小的成本为目标安排发电计划，考虑有限个故障约束，实现与给定负荷的平衡，同时满足约束条件和备用要求；基于蒙特卡洛方法的二次负备用约束检查子问题B：构建大容量电厂大功率缺额故障，计及故障发生的概率，采用蒙特卡洛随机模拟的方法，检验系统功率平衡情况，检查系统二次负备用是否充足；基于大扰动长过程时域仿真分析的频率安全约束检查子问题C：构造大容量电厂大功率缺额故障，采用时域仿真分析的方法仿真模拟，通过监视故障后系统频率情况，检查系统频率是否安全；基于最小切负荷的故障态静态安全约束检查子问题D：考虑系统元件N-1开断故障状态，计及最小切负荷情况，检查系统的静态安全情况；3)A、B、C三个安全约束检查子问题如果满足，则得到系统备用配置情况，结束计算；4)如果A、B、C其中有一个不能通过，则修改二次负备用总量进入基于最小切负荷的故障态静态安全约束检查子问题D中，再重新求解最优的备用配置问题，直到最后所有子问题全部满足为止，最终得到电力系统运行方式的安排。前述的一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征是：所述多维协调优化方法控制目标维度包括频率稳定、断面/设备安全、系统功率平衡；控制对象维度包括常规机组、新能源机组、直流系统和可中断负荷；控制时间维度包括毫秒级、秒级和分钟级的控制；控制空间维度包括直流落点、控制分区和控制分层。前述的一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征是：所述新能源机组调频能力纳入弹性备用范畴，在系统备用紧张情况下，考虑新能源降载运行、非最大功率跟踪点运行、附加储能控制，参与系统功率调整从而提供运行备用；所述直流调制能力纳入弹性备用范畴，通过调制实现紧急功率支援，提供快速响应备用服务；所述可中断负荷纳入弹性备用范畴，通过可中断负荷需求响应快速切除和时序平移来响应不同时间尺度的功率平衡需求。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术考虑新能源机组调频、直流调制、可中断负荷等弹性备用供给能力，将备用范围从单一的发电侧拓展到全局源网荷侧弹性备用范畴，提高系统运行的可靠性和经济性；为应对电网严重功率缺额故障，基于分解协调思想实现常规备用与弹性备用多维协调优化，解决备用配置中可能存在的欠配和过配问题，为电力系统优化经济运行提供良好的技术支撑。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。针对电网运行新态势下运行备用灵活可调、无法定容定址的特点，考虑源网荷侧的新能源调频、直流调制及可中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征在于：将新能源机组调频能力、直流调制能力以及可中断负荷纳入弹性备用范畴，基于分解协调，实现常规备用和弹性备用在控制目标、控制对象、控制时间以及控制空间多维度的协调优化。

【技术特征摘要】
1.一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征在于：将新能源机组调频能力、直流调制能力以及可中断负荷纳入弹性备用范畴，基于分解协调，实现常规备用和弹性备用在控制目标、控制对象、控制时间以及控制空间多维度的协调优化。2.根据权利要求1所述的一种常规备用与弹性备用多维协调优化方法，其特征是：所述方法具体步骤包括：1)拓展备用的控制对象，除了常规的发电侧备用以外，将弹性备用纳入备用控制的范畴，建立常规备用与弹性备用协调优化数学模型：目标函数：以电力系统总成本F最小为目标函数，表达式如下：minF＝Fp+Fr(1)式中，Fp为电力系统总的发电成本，Fr为电力系统总的备用成本，备用成本Fr表示为：Fr＝Fg,r+FRe,r(2)式中，Fg,r为常规发电侧备用成本，FRe,r为弹性备用的总成本；根据备用响应时间，将常规发电侧备用分为一次备用、二次备用和三次备用3类，常规发电侧备用成本Fg,r表示为：式中：和C3,i,t分别为机组i时段t内正、负二次备用和三次备用的单位成本，和R3,i,t分别为机组i时段t内提供的正、负二次备用和三次备用；t是常规发电侧备用作用时段，T1是常规发电侧备用响应总时段数，t＝1～T1，Ng是常规发电侧机组数量，i＝1～Ng；弹性备用成本FRe,r包括新能源调频成本FNR,r和可中断负荷参与备用成本FDR,r，其中，新能源调频备用成本FNR,r表示为：式中：为由于参与备用而放弃使用单位新能源的损失，为时段t2内新能源参与调频备用的数量，T2是新能源参与备用响应总时段数，t2＝1～T2；可中断负荷参与备用成本FDR,r可表示为：式中：和R3,DR,j,t3分别为第j个可中断负荷DR在时段t3内提供的正、负二次备用和三次备用；和C3,DR,j,t3分别为第j个可中断负荷DR时段t3内提供单位正、负二次备用和三次备用的单位成本；T3是可中断负荷DR备用响应总时段数，t3＝1～T3，NDR是可中断负荷DR数量，j＝1～NDR；2)基于分解协调的思想，整个协调优化过程以电力系统总成本最小为目标，将常规备用与弹性备用多维协调优化问题分解为有限故障态安全约束机组组合子...

【专利技术属性】
技术研发人员：周霞，岳东，付蓉，黄崇鑫，解相朋，张慧峰，欧阳志友，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32