一种考虑风电机组安全约束的机组组合方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑风电机组安全约束的机组组合方法。随着风能的广泛使用，安排发电计划时更多的风电机组将会被引入，这对传统的机组组合提出了新要求。由此建立的是一个非线性混合整数问题模型，为了提高计算效率，将问题分解为2层优化子问题，第1层为无网络约束的机组组合问题，第2层为以网损最小的目标函数的交流网络约束最优潮流问题，对于最优潮流算完后仍有电压或线路潮流越限的，将形成一些新的约束返回原问题。考虑到普通异步风电机组的大量使用，在处理约束问题时对风电机组采用无功功率-电压模型，避免出现无功不足而导致电压越限，以添加了风电机组的IEEE57节点测试系统为例，验证了该方法的可行性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电领域，尤其是一种考虑风电机组安全约束的机组组合方法。
技术介绍
风电作为一种清洁、低成本的可再生能源，近年来在中国各地发展迅速。然而，风电接入将对潮流与网损、电能质量、容量可信度等产生重大的影响。这些影响给安全约束机组组合(SCUC)和安全约束经济调度(SCED)带来新的挑战和要求。将风电机组引入机组组合问题能减少传统火电机组的运行费用，具有较高的实际应用价值。传统SCUC的研究已经有了很多成果，而引入风电机组的SCUC也可用类似的算法解决，总的归纳一下可以分为传统算法和智能算法2类。传统算法有优先级表法、动态规划法、拉格朗日松弛法、Benders分解法和混合整数规划法。传统算法求解精度比较高，但对大规模问题容易造成“维数灾”问题。而人工智能算法大都容易出现早熟现象，且已陷入局部最优，求解精度不高。至于网络约束，主要有直流约束和交流约束，其中直流约束比较简单，计算方便，而交流约束考虑了节点电压和无功功率约束，安全性较高。由于风电出力的波动，引入风电机组的SCUC在模型上有所改进。另外，目前应用最广泛的小型风电机组常采用异步发电形式，启动时需要从系统吸收无功功率，因此风电场的并网对电压分布将产生重要影响。新型数兆瓦级的风电机组(例如双馈风电机组和永磁同步风电机组)是未来风电技术的主流，不过这些风电机组有无功调节功能，在稳态计算时可以当成常规机组来考虑。计算交流网络约束时对异步风电机组采用无功功率-电压(Q-V)模型，避免出现无功不足而导致电压越限。因此添加风电机组的机组组合问题使用交流潮流约束更加合理。SCUC是非线性混合整数规划，为了提高计算效率，分两层解决有较好的效果。
技术实现思路
本专利技术要解决上述现有技术的缺点，提供一种能提高计算效率的考虑风电机组安全约束的机组组合方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案：这种考虑风电机组安全约束的机组组合方法，包括以下步骤：1)首先计算不考虑网络安全约束的机组组合问题，得到机组运行状态及其有功出力；2)根据第1)层计算得到的机组运行状态和有功出力及负荷的有功功率，算出每个节点的有功注入，再以网损最小为目标函数，以每个节点的电压、相角、发电机无功功率为优化量，并计入交流的相关约束，用原对偶内点法求解最优交流潮流分布；3)若第2)层问题迭代收敛，则此时的线路潮流和节点电压就是所求值，否则找出越限的线路潮流或节点电压，进入回代流程。专利技术有益的效果是：本专利技术在传统的机组组合问题基础上，加入了风电机组，并用交流网络约束来求解。通过仿真可以看出，引入风电后，SCUC的运行费用比无风电、无网络约束的机组有所减少。另外对于交流约束情况下的机组组合问题，网损的有功部分也被计价，得到的费用更准确。其次线路上的潮流变小，保证了线路上的一次、二次设备不会因为过载而跳闸。相比经济性，电力系统更强调安全稳定供电，而且大量异步风电机组的存在也需要考虑其无功特性，使用直流约束会导致相关节点无功不足且电压越限，因此用交流模型来约束机组组合很有必要。本文的算法能避免求解非线性的混合整数规划问题，将第1层问题线性化后用线性规划法处理，加快了计算速度；第2层用内点法求解，收敛效果好、精确度高，有较高的工程应用价值。附图说明图1是机组运行成本线性化示意图；图2是风电出力预测图；图3是极限爬坡情况图；图4是异步风力发电机的简化等值电路图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：一、含风电机组的机组组合问题的数学模型1.1目标函数线性化机组组合问题中，目标函数通常是在满足各种约束条件下使总的发电运行成本最低，即 min F ( P i t , I i t ) = Σ i = 1 M Σ t = 1 T [ C i ( p i t ) I i t + S i t I i t ( 1 - I i t - 1 ) ] - - - ( 1 ) ]]>式中：为发电总成本；和为决策变量，为机组i在t时段的实际出力，表示机组处于运行状态，表示机组处于停机状态；为机组i在t时段的发电运行成本；为机组i在t时段的启动成本；M为机组数；T为总时段数。通常情况下，可以用二次函数表示为： C i ( P i t ) = a i ( p i t ) 2 + b i P i t + c i - - - ( 2 ) ]]>式中：ai,bi,ci为机组在i的发电成本函数的参数。混合整数二次规划在常规方法求解时很慢，甚至得不到解，因此将目标函数线性化很有必要。作如图1所示处理。由图1可得： C i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑风电机组安全约束的机组组合方法，包括以下步骤：1)首先计算不考虑网络安全约束的机组组合问题，得到机组运行状态及其有功出力；2)根据第1)层计算得到的机组运行状态和有功出力及负荷的有功功率，算出每个节点的有功注入，再以网损最小为目标函数，以每个节点的电压、相角、发电机无功功率为优化量，并计入交流的相关约束，用原对偶内点法求解最优交流潮流分布；3)若第2)层问题迭代收敛，则此时的线路潮流和节点电压就是所求值，否则找出越限的线路潮流或节点电压，进入回代流程。

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电机组安全约束的机组组合方法，包括以下步骤：
1)首先计算不考虑网络安全约束的机组组合问题，得到机组运行状态及其有功出力；
2)根据第1)层计算得到的机组运行状态和有功出力及负荷的有功功率，算出每个节点
的有功注入，再以网损最小为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜延菱，刘晓敏，刘海涛，桑天松，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11