基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法技术方案

本发明专利技术公开了基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，主要步骤为：1)建立交流联络线下的外网最优潮流模型。2)建立直流联络线下的外网最优潮流模型。3)求解交流联络线功率可行域。4)求解直流联络线功率可行域。5)建立交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型,并求解交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流。6)建立直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型，并求解直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流。本发明专利技术能够在趸售及大用户直购电两种电力市场交易模式下，准确计算出电力系统市场最优出清结果。

Optimal Power Flow Calculation Method of Power System Based on Equivalent Operational Constraints of External Network

The invention discloses an optimal power flow calculation method of power system based on the equivalent of operation constraints of external network. The main steps are as follows: 1) Establishing an optimal power flow model of external network under AC tie-line. 2) Establish the optimal power flow model of external network under DC tie-line. 3) Solving AC tie-line power feasible region. 4) Solving the feasible region of DC tie-line power. 5) Establish the optimal power flow model of power system under AC tie-line considering the equivalent of external network operation constraints, and solve the optimal power flow model under AC tie-line considering the equivalent of external network operation constraints. 6) Establish the optimal power flow model of power system under DC tie-line considering the equivalent of external network operation constraints, and solve the optimal power flow model under DC tie-line considering the equivalent of external network operation constraints. The invention can accurately calculate the optimal clearing result of power system market under the trading modes of wholesale and direct power purchase by large users.

【技术实现步骤摘要】
基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法
本专利技术涉及电力系统经济优化计算领域，具体是基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法。
技术介绍
现有电力系统已经发展成为分层分区的复杂互联大电网，如美加互联大电网，欧洲互联大电网，中国同步大电网。为实现资源在各区域电网间的最优配置，达到电网经济最优，区域电网联络线间的功率交换十分重要。但由于区域电网通常隶属于不同的独立运营主体，因此存在数据隐私的担忧，导致数据无法共享，一体化最优潮流无法实现，无法合理安排联络线间的传输功率。因此，在实际电力工业中，通常将互联电网中不关心的外部网络采用等值模型进行简化，达到保护数据隐私的目的，同时提供必要的最优潮流计算交互数据。现有的等值模型可以根据是否保留外网运行约束分别如下2类：1)未保留外网运行约束的等值模型：大部分传统等值模型，如PV等值模型，Ward等值模型，REI等值模型，戴维南等值模型，仅保证等值前后边界节点处潮流状态的一致性，并利用高斯消元法消去外部等值网络。但由于它们未保留外网运行约束，使得它们无法保证所得到的电力系统优化结果的安全性和经济型。2)保留外网运行约束的等值模型。现有部分方法采用边界最大可用传输容量的概念刻画外网运行约束在联络线功率上对内网的影响，但是由于其以边界处最大功率的特定组合对联络线功率可行区域进行刻画，将导致联络线可行域的不准确。另有一部分文献通过求取等值模型中等值支路的传输功率约束，以保留外网运行约束。但该类等值模型所求取的等值支路传输功率约束极限，与等值前的潮流状态密切相关，若优化后潮流状态偏离等值前潮流状态，该类等值模型将产生巨大的误差。同时，现有的等值模型仅适用于交流联络线相连网络，未考虑如今广泛投入使用的直流联络线。并且由于未考虑外网经济性信息，现有等值模型无法适用于大用户直购电等电力市场交易模式。
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，基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，主要包括以下步骤：1)获取交流联络线下的电力网络基本参数和直流联络线下的电力网络基本参数。所述电力网络的基本参数主要包括原始网络中元件参数、原始网络拓扑结构和临近时刻潮流计算结果。所述原始网络中元件参数主要包括所有节点的对地导纳、所有节点的连接负荷功率、所有线路的阻抗、所有线路的对地电纳、线路传输功率约束条件、变压器阻抗、变压器对地导纳、变压器变比、变压器传输功率约束条件、发电机出力大小、发电机出力约束条件。所述原始网络拓扑结构主要包括所有节点的连接关系和网络分区情况。2)根据交流联络线下的电力网络基本参数，建立交流联络线下的外网最优潮流模型。建立交流联络线下的外网最优潮流模型的主要步骤如下：2.1)确定交流联络线下的外网最优潮流模型的目标函数，即交流联络线下外网最小运行费用交流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，cGE为交流联络线下外网发电机报价。PGE为交流联络线下外网发电机有功出力。θE为交流联络线下外网节点和边界节点相角。2.2)建立交流联络线下外网最小运行费用的约束方程，约束方程分别如公式2至公式7所示：式中，为交流联络线下电力网络边界节点和联络线的节点-支路关联矩阵。为交流联络线下电力网络边界节点和连接边界节点的外网支路的节点-支路关联矩阵。PB为交流联络线功率。为交流联络线下连接边界节点的外网支路功率。PLB为交流联络线下电力网络边界节点负荷。TEPGE-PLE＝BEEθE+BEBθB。(3)式中，PGE为交流联络线下外网发电机功率。TE为交流联络线下外网节点和外网发电机节点的关联矩阵。PLE为交流联络线下外网节点负荷。BEE为交流联络线下直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B的子矩阵。且，矩阵BEE的行对应于外网节点，列对应于外网节点。BEB为交流联络线下直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B的子矩阵。且，矩阵BEB的行对应于外网节点，列对应于边界节点。θE和θB分别为交流联络线下外网节点和边界节点相角。式中，为交流联络线下外网发电机出力上限。PGE为交流联络线下外网发电机出力下限。式中，为交流联络线传输功率的上限。PB为交流联络线传输功率的下限。式中，为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流。为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流下限。为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流上限。式中，为矩阵Bf子矩阵。且，矩阵的行对应于连接边界节点的外网支路，列对应于外网节点。矩阵Bf为交流联络线下电力网络中由支路导纳形成的矩阵。为矩阵Bf的子矩阵。且矩阵的行对应于连接边界节点的外网支路，列对应于边界节点。θE和θB分别为交流联络线下外网节点和边界节点相角。2.3)根据交流联络线下外网最小运行费用的约束方程，计算得到交流联络线下外网最小运行费用3)根据直流联络线下的电力网络基本参数，建立直流联络线下的外网最优潮流模型。建立直流联络线下的外网最优潮流模型的主要步骤如下：3.1)确定直流联络线下的外网最优潮流模型的目标函数，即直流联络线下外网最小运行费用直流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，c'GE为直流联络线下外网发电机报价。P′GE为直流联络线下外网发电机有功出力。θ′E为直流联络线下外网节点相角。为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流。3.2)建立直流联络线下外网最小运行费用的约束方程，约束方程分别如公式9至公式15所示：式中，为直流联络线下电力网络边界节点和联络线的节点-支路关联矩阵。为直流联络线下电力网络边界节点和连接边界节点的外网支路的节点-支路关联矩阵。P'B为直流联络线功率。为直流联络线下连接边界节点的外网支路功率。P'LB为直流联络线下电力网络边界节点负荷。T'EP'GE-P'LE＝B'EEθ'E+B'EBθ'B。(10)式中，P'GE为直流联络线下外网发电机功率。T'E为直流联络线下外网节点和外网发电机节点的关联矩阵。P'LE为外网节点负荷。B'EE为直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B中，行对应于外网节点，列对应于外网节点构成的子矩阵。B'EB为直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B中，行对应于外网节点，列对应于边界节点构成的子矩阵。θ'E和θ'B分别为外网节点和边界节点相角。式中，为直流联络线下外网发电机出力上限。P'GE为直流联络线下外网发电机出力下限。式中，为直流联络线传输功率的上限。P'B为直流联络线传输功率的下限。式中，为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流。为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流下限。为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流上限。式中，P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流。P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流下限。是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流上限。式中，P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流。θ'E为直流联络线下外网节点和相角。为矩阵B'f的子矩阵。且，矩阵的行对应于不与边界节点连接的外网支路，列对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述交流联络线下的电力网络基本参数和直流联络线下的电力网络基本参数；2)根据交流联络线下的电力网络基本参数，建立交流联络线下的外网最优潮流模型；3)根据直流联络线下的电力网络基本参数，建立直流联络线下的外网最优潮流模型；4)求解交流联络线功率可行域。5)求解直流联络线功率可行域；6)建立交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型,并求解交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流；7)建立直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型，并求解直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流。

【技术特征摘要】
1.基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)获取所述交流联络线下的电力网络基本参数和直流联络线下的电力网络基本参数；2)根据交流联络线下的电力网络基本参数，建立交流联络线下的外网最优潮流模型；3)根据直流联络线下的电力网络基本参数，建立直流联络线下的外网最优潮流模型；4)求解交流联络线功率可行域。5)求解直流联络线功率可行域；6)建立交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型,并求解交流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流；7)建立直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型，并求解直流联络线下的考虑外网运行约束等值的电力系统最优潮流模型的最优潮流。2.根据权利要求1所述的基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于：所述电力网络的基本参数主要包括原始网络中元件参数、原始网络拓扑结构和临近时刻潮流计算结果；所述原始网络中元件参数主要包括所有节点的对地导纳、所有节点的连接负荷功率、所有线路的阻抗、所有线路的对地电纳、线路传输功率约束条件、变压器阻抗、变压器对地导纳、变压器变比、变压器传输功率约束条件、发电机出力大小和发电机出力约束条件；所述原始网络拓扑结构主要包括所有节点的连接关系和网络分区情况。3.根据权利要求1或2所述的基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，建立交流联络线下的外网最优潮流模型的主要步骤如下：1)确定交流联络线下的外网最优潮流模型的目标函数，即交流联络线下外网最小运行费用交流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，cGE为交流联络线下外网发电机报价；PGE为交流联络线下外网发电机有功出力；θE为交流联络线下外网节点和边界节点相角；2)建立交流联络线下外网最小运行费用的约束方程，约束方程分别如公式2至公式7所示：式中，为交流联络线下电力网络边界节点和联络线的节点-支路关联矩阵；为交流联络线下电力网络边界节点和连接边界节点的外网支路的节点-支路关联矩阵；PB为交流联络线功率；为交流联络线下连接边界节点的外网支路功率；PLB为交流联络线下电力网络边界节点负荷；TEPGE-PLE＝BEEθE+BEBθB；(3)式中，PGE为交流联络线下外网发电机功率；TE为交流联络线下外网节点和外网发电机节点的关联矩阵；PLE为交流联络线下外网节点负荷；BEE为交流联络线下直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B的子矩阵；且，矩阵BEE的行对应于外网节点，列对应于外网节点；BEB为交流联络线下直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B的子矩阵；且，矩阵BEB的行对应于外网节点，列对应于边界节点；θE和θB分别为交流联络线下外网节点和边界节点相角；式中，为交流联络线下外网发电机出力上限；PGE为交流联络线下外网发电机出力下限；式中，为交流联络线传输功率的上限；PB为交流联络线传输功率的下限；式中，为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流；为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流下限；为交流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流上限；式中，为矩阵Bf子矩阵；且，矩阵的行对应于连接边界节点的外网支路，列对应于外网节点；矩阵Bf为交流联络线下电力网络中由支路导纳形成的矩阵；为矩阵Bf的子矩阵；且矩阵的行对应于连接边界节点的外网支路，列对应于边界节点；θE和θB分别为交流联络线下外网节点和边界节点相角；3)根据交流联络线下外网最小运行费用的约束方程，计算得到交流联络线下外网最小运行费用4.根据权利要求1或3所述的基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，建立直流联络线下的外网最优潮流模型的主要步骤如下：1)确定直流联络线下的外网最优潮流模型的目标函数，即直流联络线下外网最小运行费用直流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，c'GE为直流联络线下外网发电机报价；P′GE为直流联络线下外网发电机有功出力；θ′E为直流联络线下外网节点相角；为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流；2)建立直流联络线下外网最小运行费用的约束方程，约束方程分别如公式9至公式15所示：式中，为直流联络线下电力网络边界节点和联络线的节点-支路关联矩阵；为直流联络线下电力网络边界节点和连接边界节点的外网支路的节点-支路关联矩阵；P'B为直流联络线功率；为直流联络线下连接边界节点的外网支路功率；P'LB为直流联络线下电力网络边界节点负荷；T'EP'GE-P'LE＝B'EEθ'E+B'EBθ'B；(10)式中，P'GE为直流联络线下外网发电机功率；T'E为直流联络线下外网节点和外网发电机节点的关联矩阵；P'LE为外网节点负荷；B'EE为直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B中，行对应于外网节点，列对应于外网节点构成的子矩阵；B'EB为直流潮流中由节点导纳矩阵虚部构成的矩阵B中，行对应于外网节点，列对应于边界节点构成的子矩阵；θ'E和θ'B分别为外网节点和边界节点相角；式中，为直流联络线下外网发电机出力上限；P'GE为直流联络线下外网发电机出力下限；式中，为直流联络线传输功率的上限；P'B为直流联络线传输功率的下限；式中，为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流；为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流下限；为直流联络线下电力网络和边界节点相连外部支路的有功潮流上限；式中，P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流；P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流下限；是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流上限；式中，P'LineEE是直流联络线下电力网络中不与边界节点相连的外部支路的有功潮流；θ'E为直流联络线下外网节点和相角；为矩阵B'f的子矩阵；且，矩阵的行对应于不与边界节点连接的外网支路，列对应于外网节点；B'f为直流联络线下由支路导纳形成的矩阵；3)根据直流联络线下外网最小运行费用的约束方程，计算得到直流联络线下外网最小运行费用5.根据权利要求1或2所述的基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，基于多参数规划理论，求取交流联络线功率可行域的主要步骤如下：1)设定交流联络线下的外网潮流模型的优化变量为规划参数为2)对交流联络线下的外网潮流模型的若干参数进行线性规划，主要步骤如下：2.1)确定优化目标，即优化的交流联络线下外网最小运行费用优化的交流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，为优化的交流联络线下外网最小运行费用；矩阵A、矩阵C和矩阵D为用于建立交流联络线下外网潮流平衡约束、发电机容量约束和线路传输极限约束的确定性矩阵；2.2)计算规划参数w的最优分割方程；令K为式(16)约束的下标；记任意的约束集为AJ,CJ和DJ对应的子矩阵，所述子矩阵为所有约束中对应于下标记J的约束；对于一个给定的多维空间若其最优分割定义记为(γ(w),γc(w))，即：式中，w为规划参数；x1为交流联络线下的优化变量；为交流联络线下临界域i上的最优解；2.3)计算规划参数w的临界域；对于给定的规划参数定义约束集为(γ(w0),γc(w0))，则对应于γ0的临界域如下所示：式中，w为规划参数；γ(w)为交流联络线下的有效约束集；γc(w)为交流联络线下的不起作用约束集；2.4)根据规划参数w的临界域和最优分割方程，得到规划参数w的可行域；3)根据规划参数w的可行域，计算得到优化的交流联络线功率的可行域；优化的交流联络线功率可行域由唯一的空间确定；其中，GwAC和FwAC为等值参数；WAC为空间的元素；交流联络线功率的第i个临界域主要由唯一的空间确定；i＝1,2,3…,n；n为划分的临界域个数；其中，GwACi和FwACi为等值参数；W为空间的元素；第i个临界域上外网最小运行费用和规划参数w的解析表达式如下所示：式中，GzACi和FzACi为等值参数。6.根据权利要求1或2所述的基于外网运行约束等值的电力系统最优潮流计算方法，其特征在于，基于多参数规划理论，求取直流联络线功率可行域的主要步骤如下：1)设定直流联络线下的外网潮流模型的优化变量为规划参数为为直流联络线下行对应于连接边界节点的外网支路功率，列对应于外网节点的矩阵；2)对直流联络线下的外网潮流模型的若干参数进行线性规划，主要步骤如下：2.1)确定优化目标，即优化的直流联络线下外网最小运行费用优化的直流联络线下外网最小运行费用如下所示：式中，为优化的直流联络线下外网最小运行费用；矩阵A'、矩阵C'和矩阵D'为用于建立直流联络线下外网潮流平衡约束、发电机容量约束和线路传输极限约束的确定性矩阵；x'为直流联络线下的优化变量；2.2)计算规划参数w'的最优分割方程；令K'为式(20)约束的下标；记任意的约束集为A'J,C'J和D'J对应的子矩阵，所述子矩阵为所有约束中对应于下标记J'的约束；对于一个给定的多维空间若其最优分割定义记为(γ'(w'),γ'c(w'))，即：式中，w'为规划参数；x2为直流联络线下的优化变量；为直流联络线下临界域i'上的最优解；γ'(w'为直流联络线下的有效约束集；γ'c(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，古济铭，史成钢，金黎明，吴迎霞，赵科，余娟，杨知方，林伟，代伟，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网重庆市电力公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：北京,11