一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法技术

本发明专利技术提出一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法，属于电力系统安全运行技术领域。该方法首先在系统低负荷运行特性的基础上，对交流潮流模型的有功功率及无功功率的潮流方程做线性化处理；考虑风电出力的预测偏差，令传统机组对风电预测偏差保留备用，并考虑双馈风机的无功出力参与调压；在线性化潮流模型的基础上对低负荷运行日建立输电网结构与机组组合联合优化模型；对优化结果进行是否产生孤岛和交流可行性的校验，直到优化结果安全可行。本发明专利技术将输电网结构与机组组合联合优化，用于低负荷运行日的电压越限控制，并考虑风电接入的不确定性和风电参与调压，保证了系统的运行安全。

A Structural Optimization Method for Low Load Daily Transmission Network Considering Wind Power Access

The invention provides a low load daily transmission network structure optimization method considering wind power access, which belongs to the technical field of power system safe operation. This method firstly linearizes the power flow equation of active power and reactive power of AC power flow model on the basis of low load operation characteristics of the system; considers the forecast deviation of wind power output, makes the traditional units reserve the forecast deviation of wind power, and considers the reactive power of doubly-fed fans participating in voltage regulation; establishes the low load operation day on the basis of linear power flow model. The joint optimization model of transmission network structure and unit commitment is established, and the feasibility of islands and exchanges is verified until the optimization results are safe and feasible. The invention jointly optimizes the transmission network structure and unit combination for voltage over-limit control on low load operation day, and considers the uncertainty of wind power access and wind power participation in voltage regulation to ensure the operation safety of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法
本专利技术涉及电力系统安全运行
，特别涉及一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法。
技术介绍
随着电网的不断建设发展，电力系统的内部连接不断加强，超特高压更加广泛的使用，在提高系统运行可靠性的同时，却让节点电压幅值控制的难度越来越大。尤其是低负荷(本专利技术选择系统负荷低于系统全年峰值负荷50％的运行期间为低负荷时段)运行期间，大量的发电机关停造成系统无功储备不足，而紧密连接的输电线路的对地电容带来较大的无功充电功率，将导致系统出现大量的节点电压偏高越限的问题。传统发电机组是电力系统中的主要无功源，通过调节传统机组对无功功率的输出和吸收来平衡系统中的无功功率。然而根据华东地区部分城市电网低负荷期间同步发电机无功功率的运行统计数据，尽管机组已达到吸收无功功率能力的上限，电网中节点电压偏高的问题依然存在。中国专利技术专利(申请号201710442130.4)一种考虑网络结构优化的输电网电压协调优化控制方法，考虑了通过开断输电线路来缓解系统低负荷运行状态下的电压偏高越限问题。建立的输电网结构优化和机组无功出力的协调优化模型实现了对无功电压的协调优化控制。然而该方法仅考虑了一种系统运行状态，无法给出一个含多种运行状态的完整运行日的优化方案，也没有将输电网结构优化与机组组合即系统的无功储备联合优化。中国专利技术专利(申请号201510532996.5)一种无功电压分布式优化控制系统及方法，通过中心主站和多个变电站子站之间的协调，能够实现主、配电网无功电压分层分布式控制，可以确保所有配电变压器的低压侧电压合格率，实现无功的就地平衡和分层平衡。该方法分布式地解决了无功电压控制的问题，没有从全局出发进行系统电压的协调优化控制，也无法应对系统感性无功不足时电压偏高的情况。中国专利技术专利(申请号201410591659.9)一种输配电网全局无功电压优化方法，通过选定输电网和主动配电网协调边界点，将输电网和主动配电网无功电压优化交替迭代，直到输配电网全局无功电压优化收敛，消除了输配电网优化结果在输配电网边界节点不一致的功率失配情况。该方法没有考虑主动配电网中可再生能源接入带来的出力不确定的情况，没有考虑可再生能源的无功出力。工业实践和理论分析表明，通过开断部分输电线路改变电网拓扑的方式解决电压过高的问题，是一种实际且有效的电压控制策略。因此运行人员会选择在低负荷运行日，如春节期间，开断部分输电线路来缓解电压偏高越限的情况。根据运行经验开断输电线路的方法难以实现开断线路和发电机组无功出力的协调优化控制，也可能会对系统的可靠性造成影响。此外，目前广泛使用的双馈风机具有独立可控的无功输出能力，在风电接入比例较大的系统中，若能有效发挥风电场的无功输出和电压调节能力，也将对系统运行中的无功电压的控制发挥重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法。本专利技术针对低负荷运行日(本专利技术选择日内负荷均低于系统全年峰值负荷50％的运行日)，感性无功相对不足，容易产生电压偏高越限的情况，将网络结构优化与机组组合联合优化，并考虑风电接入的不确定性和风场的无功调节能力，实现低负荷运行日系统的安全运行。本专利技术提出的一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风电场无功出力限值与有功出力关系的表达式；具体步骤如下：1-1)双馈风机的无功出力的下、上限与有功出力关系如表达式(1)、(2)所示：其中，和分别是双馈机组无功出力的最小值和最大值；Us和Xs分别是风机定子电压幅值和定子电抗；Xm是定子励磁电抗，Imax是转子电流上限；Pw是双馈风机的有功出力；将式(1)和式(2)在直角坐标系绘制出对应的两段圆弧曲线；1-2)对式(1)和式(2)分别对应的曲线进行线性化，得到风机无功出力范围的线性化表达，如式(3)所示：cwPwt+dw≤Qwt≤awPwt+bw(3)其中，aw、bw、cw和dw为两条直线的系数，cw和dw对应式(1)曲线线性化的直线，aw和bw对应式(2)曲线线性化的直线；1-3)根据风机数量对式(3)进行倍乘得到风场无功出力限值与风场有功出力的关系表达式并作为风场无功出力约束；2)建立低负荷运行日的输电网结构与机组组合联合优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：2-1)确定优化模型的目标函数，如式(4)所示：其中，G为传统发电机集合，T为时段集合；fg(·)是发电机出力的成本函数，Pgt为发电机g在时段t的有功出力；Ugt表示传统发电机是否进行启动的0/1变量，Dgt表示传统发电机是否进行停止的0/1变量；SUg表示传统发电机的启动成本，SDg表示传统发电机的停止成本；2-2)确定优化模型的约束条件；具体如下：2-2-1)线性化潮流约束；具体如下：2-2-1-1)无功支路潮流方程如式(5)和(6)所示：Q(i,j)＝Vi2B(i,j)+ViVjG(i,j)sinθ(i,j)-ViVjB(i,j)cosθ(i,j)(5)其中，式(5)是支路无功潮流方程，式(6)是支路充电无功方程；其中Q(i,j)和分别表示支路i-j的无功功率潮流和在支路i-j在节点i的等效充电无功功率；Vi为节点i的电压幅值；θ(i,j)为节点i和j间的电压相角差；G(i,j)和B(i,j)分别为节点导纳矩阵对应元素的电导和电纳，为支路i-j的充电电纳；对二次项Vi2和ViVj进行如下式(7)和(8)的泰勒展开：Vi2＝2Vi-1(7)ViVj＝Vi+Vj-1(8)将式(7)和(8)代入式(5)和(6)，得搭配无功潮流的线性化等式如式(9)和(10)所示：Q(i,j)＝(Vi-Vj)B(i,j)(9)2-2-1-2)含线路开断变量的线性化支路潮流约束，如式(11)-(15)所示：P(i,j)t+(θit-θjt)b(i,j)+(1-z(i,j))M(i,j)≥0(11)P(i,j)t+(θit-θjt)b(i,j)-(1-z(i,j))M(i,j)≤0(12)Q(i,j)t+(Vit-Vjt)B(i,j)+(1-z(i,j))M(i,j)≥0(13)Q(i,j)t+(Vit-Vjt)B(i,j)-(1-z(i,j))M(i,j)≤0(14)其中，P(i,j)t、Q(i,j)t和分别表示时段t支路i-j的有功功率、无功功率和在节点i的充电功率；b(i,j)等于-1/x(i,j)，x(i,j)为支路i-j的电抗；z(i,j)为表示支路i-j开断的0/1变量，当值为1时表示支路连通，为0时表示支路断开；和分别表示系统运行允许的节点i和j间的最大节点电压相角差和最大电压幅值差，用以反应支路开断对潮流是否约束的逻辑；2-2-1-3)节点潮流平衡方程约束，如式(16)和(17)所示：其中，G(n)、W(n)和L(n)分别表示连接至节点n的传统发电机集合、风机集合和支路集合；PLnt和QLnt分别表示节点n时段t的有功负荷和无功负荷；2-2-2)限制电压越限的安全约束，如式(18)-(20)所示：其中，Vimin和Vimax分别为节点i电压幅值的下限和上限；和分别是节点i电压幅值越限的向下和向上的松弛变量；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风电场无功出力限值与有功出力关系的表达式；具体步骤如下：1‑1)双馈风机的无功出力的下、上限与有功出力关系如表达式(1)、(2)所示：

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电接入的低负荷运行日输电网结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风电场无功出力限值与有功出力关系的表达式；具体步骤如下：1-1)双馈风机的无功出力的下、上限与有功出力关系如表达式(1)、(2)所示：其中，和分别是双馈机组无功出力的最小值和最大值；Us和Xs分别是风机定子电压幅值和定子电抗；Xm是定子励磁电抗，Imax是转子电流上限；Pw是双馈风机的有功出力；将式(1)和式(2)在直角坐标系绘制出对应的两段圆弧曲线；1-2)对式(1)和式(2)分别对应的曲线进行线性化，得到风机无功出力范围的线性化表达，如式(3)所示：cwPwt+dw≤Qwt≤awPwt+bw(3)其中，aw、bw、cw和dw为两条直线的系数，cw和dw对应式(1)曲线线性化的直线，aw和bw对应式(2)曲线线性化的直线；1-3)根据风机数量对式(3)进行倍乘得到风场无功出力限值与风场有功出力的关系表达式并作为风场无功出力约束；2)建立低负荷运行日的输电网结构与机组组合联合优化模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：2-1)确定优化模型的目标函数，如式(4)所示：其中，G为传统发电机集合，T为时段集合；fg(·)是发电机出力的成本函数，Pgt为发电机g在时段t的有功出力；Ugt表示传统发电机是否进行启动的0/1变量，Dgt表示传统发电机是否进行停止的0/1变量；SUg表示传统发电机的启动成本，SDg表示传统发电机的停止成本；2-2)确定优化模型的约束条件；具体如下：2-2-1)线性化潮流约束；具体如下：2-2-1-1)无功支路潮流方程如式(5)和(6)所示：Q(i,j)＝Vi2B(i,j)+ViVjG(i,j)sinθ(i,j)-ViVjB(i,j)cosθ(i,j)(5)其中，式(5)是支路无功潮流方程，式(6)是支路充电无功方程；其中Q(i,j)和分别表示支路i-j的无功功率潮流和在支路i-j在节点i的等效充电无功功率；Vi为节点i的电压幅值；θ(i,j)为节点i和j间的电压相角差；G(i,j)和B(i,j)分别为节点导纳矩阵对应元素的电导和电纳，为支路i-j的充电电纳；对二次项Vi2和ViVj进行如下式(7)和(8)的泰勒展开：Vi2＝2Vi-1(7)ViVj＝Vi+Vj-1(8)将式(7)和(8)代入式(5)和(6)，得搭配无功潮流的线性化等式如式(9)和(10)所示：Q(i,j)＝(Vi-Vj)B(i,j)(9)2-2-1-2)含线路开断变量的线性化支路潮流约束，如式(11)-(15)所示：P(i,j)t+(θit-θjt)b(i,j)+(1-z(i,j))M(i,j)≥0(11)P(i,j)t+(θit-θjt)b(i,j)-(1-z(i,j))M(i,j)≤0(12)Q(i,j)t+(Vit-Vjt)B(i,j)+(1-z(i,j))M(i,j)≥0(13)Q(i,j)t+(Vit-Vjt)B(i,j)-(1-z(i,j))M(i,j)≤0(14)其中，P(i,j)t、Q(i,j)t和分别表示时段t支路i-j的有功功率、无功功率和在节点i的充电功率；b(i,j)等于-1/x(i,j)，x(i,j)为支路i-j的电抗；z(i,j)为表示支路i-j开断的0/1变量，当值为1时表示支路连通，为0时表示支路断开；和分别表示系统运行允许的节点i和j间的最大节点电压相角差和最大电压幅值差，用以反应支路开断对潮流是否约束的逻辑；2-2-1-3)节点潮流平衡方程约束，如式(16)和(17)所示：其中，G(n)、W(n)和L(n)分别表示连接至节点n的传统发电机集合、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博石，胡泽春，周前，张宁宇，
申请(专利权)人：清华大学，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11