考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法技术

技术编号:20330956 阅读:55 留言:0更新日期:2019-02-13 06:54
本发明专利技术公开了考虑输电运行弹性空间的电网N‑1安全经济调度优化方法,主要步骤为:1)获取电网基本数据。2)建立输电线路故障短时增容弹性模型。3)建立联络线调整弹性模型。4)建立考虑输电运行弹性空间的N‑1安全经济调度模型。5)根据考虑输电运行弹性空间的N‑1安全经济调度模型,对电网进行优化。本发明专利技术在考虑故障短时增容和联络线调整输电运行弹性空间时,提升了机组出力的寻优空间,扩大了电网运行可行域。本发明专利技术构建的考虑输电运行弹性空间的优化方法在降低运行成本的前提下,进一步提高了电网接纳风电的能力。

【技术实现步骤摘要】
考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法
本专利技术涉及电力系统经济调度领域,具体是考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法。
技术介绍
由于电网负荷的增长和以新能源为代表的电网注入不确定性的增加,电网安全运行的可行域逐渐缩小,电网运行逼近极限。电力系统的新变化和新形态为电网经济、安全运行提出了新的挑战。已有众多学者针对考虑不确定性的电网运行优化方法等关键问题开展研究,这类方法可在电网运行安全域内提高电网运行的安全性和经济性。然而,若要从根本上解决负荷增长和电网注入不确定性增加情况下的电力系统安全运行难题,需要扩大电网的运行边界,扩展电力系统运行优化问题的可行域。因此,若能够根据电网设备运行约束的物理本质,挖掘电网运行安全域的“弹性空间”,将更充分的利用现有电网设备,扩展电网优化的寻优空间,提高电网资源优化配置的广度和深度。在电网优化问题中,输电环节的主要约束为输电线路容量约束和区域电网联络线的计划传输功率约束,其可挖掘的弹性空间主要包含故障短时增容和联络线调整两个方面。故障短时增容方面,目前已有文献在风险节点边界定价计及短时增容,部分文献提出考虑了故障短时增容弹性的调度方法,但多以电压相角方式建模,大规模计算时引入大量优化变量;联络线调整弹性方面,现有的方法建模较为粗略,没有考虑外网对联络线功率传输的影响;并且,现有方法未全面计及故障短时增容、联络线调整等输电运行弹性空间,分析其经济效益及对新能源消纳的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的,考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法,主要包括以下步骤:1)获取电网基本数据。进一步,所述电网基本数据主要包括系统负荷数据、新能源预测出力数据、机组、网络参数以及联络线参数。2)建立输电线路故障短时增容弹性模型,主要步骤如下:2.1)确定基本状态下线路潮流约束,即:式中,fk×1为k维线路潮流向量。k为电网线路数目。为u维机组出力向量。u为电网机组数目。为n维节点负荷注入向量。矩阵Cn×u为电网机组-节点连接矩阵。矩阵Ak×n为电网的转移分布因子矩阵。矩阵Ak×n描述节点注入和线路潮流的线性耦合关系。为k维线路极限传输容量向量。2.2)确定故障后瞬间、机组出力尚未调整时的线路潮流约束,即:式中,参数kc为故障状态下线路的短时增容系数。kc≥1。(c)表示线路c断开的N-1故障场景。C为N-1故障集合。为线路c断开后电网新的转移分布因子矩阵。2.3)故障Ta时间内,机组出力调整线路潮流。考虑故障后机组出力调整的线路潮流约束如下所示:式中,为故障调整后的机组出力向量,为机组调整后的线路潮流向量。2.4)机组出力调整Ta时间内机组的爬坡能力,得到Ta时间内机组的爬坡能力约束如下所示:式中,为Ta时间内机组的爬坡能力。为u维机组出力向量。2.5)根据公式2至公式4所述约束条件,建立考虑故障短时增容的输电运行弹性空间模型。3)建立联络线调整弹性模型。建立联络线调整弹性模型的主要步骤如下:3.1)确认外网运行等值约束,主要步骤如下:3.1.1)根据互联外部网络的发电机容量、线路传输等运行约束建立等值优化模型。等值优化模型的目标函数如公式5和公式6所示。CBi'=maxPBi'(i'=1,2,...,NB)。(5)式中,NB是联络线边界节点个数。CBi'为边界节点Bi'处的可用容量。i'为任意边界节点。PBi'为边界节点Bi'传输的有功功率;式中,CB-all为断面可用容量。i'为任意边界节点。PBi'为边界节点Bi'传输的有功功率。NB是联络线边界节点个数。3.1.2)等值优化模型的约束条件即为互联外网的运行约束,如公式7至公式9所示。潮流平衡约束如下所示:PE=BEθE。(7)式中,PE为外网和边界节点注入功率向量。θE为外网和边界节点相角向量。BE是为建立外网和边界节点注入功率与和相应相角间关系的电纳子矩阵。发电机容量约束如下所示:式中,PGE是外网发电机有功功率向量。线路传输功率约束如下所示:式中,PlE是输电线路有功功率向量。3.1.3)根据公式7至公式9所述约束条件,对目标函数CBi和CB-all进行更新,得到联络线外网运行等值约束。fL≤fc。(10)式中,fL为联络线传输功率。fc为等值优化结果。3.2)确定功率阶梯化约束,即:式中,和分别为联络线传输容量上下限。Zi”为表征等效发电机机组运行状态的0-1变量。Pi”为第i”台等效机组出力,且机组出力为固定值Pd。3.3)确定日电量不变约束,即:式中,D为联络线日交换电量,由交易计划确定。fL,t为联络线在时段t的传输功率。3.4)根据公式10至公式12所述约束条件,对目标函数CBi和CB-all进行更新,从而建立联络线调整弹性模型。4)建立考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型。建立考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型的主要步骤如下:4.1)确定目标函数minF,即:式中,F为总发电成本。T为调度时间。U为机组个数。CGi,t为机组i在时段t的发电费用。CL,t为外网各时段的购电费用。Cw,t为风电机组在时段t的弃风惩罚成本。风电机组在时段t的弃风惩罚成本Cw,t如下所示:式中,λw为弃风惩罚因子。为时段t风电机组预测出力功率。Pw,t为风电机组实际出力功率。机组i在时段t的发电费用主要包括煤耗成本CCi,t、机组启动成本Ci,t,U和机组关停成本Ci,t,D。4.2)结合线路短时增容弹性安全约束式和联络线传输弹性约束式,建立优化约束条件,如公式15至19所示。负荷平衡约束如下所示:式中,Ng为系统常规发电机台数。Pgi,t为机组i在时段t的出力。fL,t为联络线在时段t的传输功率。Pw,t为时段t的风电出力。Pd,t为时段t的总用电负荷。机组出力上下限约束如下所示:式中,Ii,t表征各机组在时段t的启停状态。为各机组在时段t的最大、最小出力。Pgi,t为机组i在时段t的出力。机组最小启停时间约束如下所示:式中,ti,t,on和ti,t,off分别为机组i在时刻t的持续开机和关停时间。Ti,on和Ti,off分别为机组i在时段t的最小开机和关停时间。Ii,t表征各机组在时段t的启停状态。Ii,t-1表征各机组在时段t-1的启停状态。Ti,U为机组i启动时间。Ti,D为机组i关停时间。机组启停费用约束如下所示:式中,Ki和Ji分别为机组i和机组j的单次开停机费用。机组爬坡约束如下所示:Ii,t-1Pi,t-1-λidown≤Pgi,t≤Ii,t-1Pi,t-1+λiup。(19)式中,λiup为机组i的向上爬坡率。λidown为机组i的向下爬坡率。4.3)线性求解公式15至公式19,对目标函数minF进行更新,从而得到考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型。线性求解的方法主要包括:1)利用CPLEX软件进行线性求解。2)利用GUROBI软件进行线性求解。5)根据考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型,对电网进行优化。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的。本专利技术在考虑故障短时增容和联络线调整输电运行弹性空间时,提升了机组出力的寻优空间,扩大了电网运行可行域。本专利技术构建的考虑输电运行弹性空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑输电运行弹性空间的电网N‑1安全经济调度优化方法,其特征在于:主要包括以下步骤:1)获取所述电网基本数据;2)建立输电线路故障短时增容弹性模型;3)建立联络线调整弹性模型;4)建立考虑输电运行弹性空间的N‑1安全经济调度模型。5)根据考虑输电运行弹性空间的N‑1安全经济调度模型,对电网进行优化。

【技术特征摘要】
1.考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法,其特征在于:主要包括以下步骤:1)获取所述电网基本数据;2)建立输电线路故障短时增容弹性模型;3)建立联络线调整弹性模型;4)建立考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型。5)根据考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度模型,对电网进行优化。2.根据权利要求1所述的一种考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法,其特征在于:所述电网基本数据主要包括系统负荷数据、新能源预测出力数据、机组、网络参数以及联络线参数。3.根据权利要求1或2所述的一种考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法,其特征在于:建立考虑故障短时增容的输电运行弹性空间模型的主要步骤如下:1)确定基本状态下线路潮流约束,即:式中,fk×1为k维线路潮流向量;k为电网线路数目;为u维机组出力向量;u为电网机组数目;为n维节点负荷注入向量;矩阵Cn×u为电网机组-节点连接矩阵;矩阵Ak×n为电网的转移分布因子矩阵;矩阵Ak×n描述节点注入和线路潮流的线性耦合关系;为k维线路极限传输容量向量;2)确定故障后瞬间、机组出力尚未调整时的线路潮流约束,即:式中,参数kc为故障状态下线路的短时增容系数,kc≥1;上标(c)表示线路c断开的N-1故障场景;C为N-1故障集合;为线路c断开后电网新的转移分布因子矩阵;3)故障Ta时间内,机组出力调整线路潮流。考虑故障后机组出力调整的线路潮流约束如下所示:式中,为故障调整后的机组出力向量;为机组调整后的线路潮流向量;Ta为故障时间;4)机组出力调整Ta时间内机组的爬坡能力,得到Ta时间内机组的爬坡能力约束如下所示:式中,为Ta时间内机组的爬坡能力;为u维机组出力向量。4.根据权利要求1或3所述的一种考虑输电运行弹性空间的电网N-1安全经济调度优化方法,其特征在于,建立联络线调整弹性模型的主要步骤如下:1)确认外网运行等值约束,主要步骤如下:1.1)根据互联外部网络的发电机容量、线路传输等运行约束建立等值优化模型;等值优化模型的目标函数如公式5和公式6所示;CBi'=maxPBi'(i'=1,2,...,NB);(5)式中,NB是联络线边界节点个数;CBi'为边界节点Bi'处的可用容量;i'为任意边界节点;PBi'为边界节点Bi'传输的有功功率;式中,CB-all为断面可用容量;i'为任意边界节点;PBi'为边界节点Bi'传输的有功功率;NB是联络线边界节点个数;1.2)等值优化模型的约束条件即为互联外网的运行约束,如公式7至公式9所示;潮流平衡约束如下所示:PE=BEθE;(7)式中,PE为外网和边界节点注入功率向量;θE为外网和边界节点相角向量;BE是为建立外网和边界节点注入功率与和相应相角间关系的电纳子矩阵;发电机容量约束如下所示:式中,PGE是外网发电机有功功率向量;(*)max、(*)min分别代表变量*的上下限;线路传输功率约束如下所示:式中,PlE是输电...

【专利技术属性】
技术研发人员:张林杨高峰张同尊古济铭陈涛吴迎霞金黎明汪洋夏清
申请(专利权)人:国家电网公司国网重庆市电力公司北京清能互联科技有限公司清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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