一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法技术

本发明专利技术公开一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，对电力系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，包括以下步骤：步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日负荷曲线；步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划目标函数；步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的多源调峰负荷分配方案。符合实际电网运行要求，并采用蚁群算法进行全局搜索求解，使该算法更适合实用化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统运行与优化
，具体涉及一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，特别是一种包含水电、火电、核电、抽水蓄能机组的多阶段动态调峰优化方法。
技术介绍
随着核电在电网中比重的增长以及负荷峰谷差的日益增大，电力系统调峰形势越来越严峻，对核电机组参与电网调峰的需求日益增强，传统机组的爬坡速率往往不能满足可再生能源带来的大幅度、短时的功率波动要求，各种电源间的联合运行和协调控制成为现代电网运行中的关键问题，是保证电网安全、稳定、经济运行的必要手段。在核电参与电网调峰运行前提下，如何对多电源联合调峰问题进行优化是电网急需解决的问题之一。电力系统内多种电源投入运行后，由于风、光等新能源具有随机性、波动性等反调峰特性，电力系统调峰问题必然受到巨大考验，急需找到核电参与调峰前提下，多种电源联合调峰运行的优化方法，以满足未来电网调峰需要。研究一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法具有重大现实意义。目前，关于多种电源联合调峰优化的研究主要体现在以下方面。(1)在优化建模方面，主要考虑的电源类型为水电、火电的联合调峰，也有考虑抽水蓄能、风电对调峰的影响，关于核电参与电网调峰运行前提下的多电源联合调峰运行优化鲜有研究。(2)在优化目标方面，多为以一定周期内网内电源总运行成本最小为优化目标，以保证电力系统以最安全、稳定、经济的调峰方式进行调峰优化。(3)在约束条件方面，通常是在有功功率平衡的基础上，主要考虑各类发电机组的运行特性、电网安全稳定运行约束、实际工程约束等，模型多较为复杂，具有求解困难、收敛率低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法。本专利技术采用的方法对含有水电、火电、核电、抽水蓄能电站的多源电网进行建模优化，通过对各类电源调峰运行特性的分析，给出相应约束条件，并给出实际电网运行的相关约束，最后通过蚁群算法进行求解。本专利技术采用的方法，能够有效的解决核电参与的多电源联合调峰动态优化问题，具有重大现实意义。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，对电力系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，在有功功率平衡的基础上，结合各类发电机组运行约束及电网运行约束条件；采用蚁群算法进行求解多源最优调峰方案；包括以下步骤：步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日负荷曲线；步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划目标函数；步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的多源调峰负荷分配方案。本专利技术采用的方法，可以有效的求解核电参与调峰前提下的多电源联合调峰优化问题，具有实际应用价值。本专利技术的特点及与现有调峰优化方法的根本区别是：(1)首次考虑核电参与电网调峰前提下的多电源联合调峰问题的优化，并考虑多阶段动态优化规划建模，求取1天内最优调峰方案；(2)优化目标为单位时间内总运行成本最小，考虑火电运行煤耗及水、火、核电、抽水蓄能调峰成本，其中各机组单位容量调峰成本按定值计算，使优化目标更清晰，计算更简化；(3)在优化目标的约束方面，考虑水电、火电、核电、抽水蓄能电站的各类等式与不等式约束，考虑电网实际运行的各类约束，具有实际应用价值；(4)在优化目标的求解方面，采用蚁群算法进行全局搜索求取最优解，将目标函数转化为TSP问题寻找最优路径，可在复杂约束条件下求取多阶段动态优化目标；上述方法可有效求解核电参与调峰运行前提下的多电源联合调峰优化问题，提高了基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法的有效性与实用性。本专利技术的优点是：1.本专利技术考虑核电参与电网调峰运行。随着越来越多不具备调峰能力的新能源接入电力系统，且核电所占比例越来越大，电网将面临更大的调峰考验，核电参与电网调峰运行迫在眉睫，本方法考虑核电参与电网调峰的基础上，考虑了核电自身的安全及经济影响，安排核电按“12-3-6-3”的出力方式运行，符合核电安全运行要求，对电网调峰有较好影响。2.本专利技术建立的模型为多阶段动态规划模型。本模型考虑全天24个时段多阶段的动态优化，各个时段之间相互耦合关联，先求解各类机组单位容量调峰成本，模型求解难度小，且能有效的对全天的调峰负荷进行最优化分配。3.本专利技术便于实用化。本模型所考虑约束包括电力系统实际运行约束、各类电源运行约束等，符合实际电网运行要求，并采用蚁群算法进行全局搜索求解，这些特点使该算法更适合实用化。附图说明图1是基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法具体流程图；图2是某区域电网等效日负荷曲线；图3是网内调峰电源单位容量调峰成本曲线；图4是典型的核电机组日负荷跟踪模式；图5是蚁群路径搜索实例；图6是蚁群算法状态转移空间图；图7是调峰优化结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式做进一步详细说明。一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，对电力系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，在有功功率平衡的基础上，结合各类发电机组运行约束及电网运行约束条件；采用蚁群算法进行求解多源最优调峰方案；包括以下步骤：步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日负荷曲线；步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划目标函数；步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的多源调峰负荷分配方案。所述步骤3)中的多阶段动态规划，是指：1天内各类电源各个时间段内的负荷分配规划，各时间段之间相互关联耦合。所述多源调峰包含以下电源：水电、火电、核电、抽水蓄能4类电源，且4类电源共同参与电网调峰运行。所述的最优调峰方案，是指：寻求系统总的运行成本最低的调峰方案，包括火电煤耗量和调峰产生的费用。所述步骤2)中的各个调峰机组单位容量调峰成本，包括：a.常规压负荷调峰不计入调峰成本，单位容量调峰成本指高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，其特征在于，对电力系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，在有功功率平衡的基础上，结合各类发电机组运行约束及电网运行约束条件；采用蚁群算法进行求解多源最优调峰方案；包括以下步骤：步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日负荷曲线；步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划目标函数；步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的多源调峰负荷分配方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，其特征在于，对电力
系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，在有
功功率平衡的基础上，结合各类发电机组运行约束及电网运行约束条件；采
用蚁群算法进行求解多源最优调峰方案；
包括以下步骤：
步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日
负荷曲线；
步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；
步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划
目标函数；
步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类
发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；
步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的
多源调峰负荷分配方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：步骤3)中的多阶段动态规划，是指：1天内各类电源各个
时间段内的负荷分配规划，各时间段之间相互关联耦合。
3.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：所述多源调峰包含以下电源：水电、火电、核电、抽水蓄
能4类电源，且4类电源共同参与电网调峰运行。
4.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：所述的最优调峰方案，是指：寻求系统总的运行成本最低
的调峰方案，包括火电煤耗量和调峰产生的费用。
5.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：所述步骤2)中的各个调峰机组单位容量调峰成本，包括：
a.常规压负荷调峰不计入调峰成本，单位容量调峰成本指高成本调峰的
成本；
b.高成本调峰包括常规火电机组深度调峰、核电调峰、抽水蓄能调峰、
火电机组启停调峰、水电弃水调峰。
6.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：所述步骤3)的系统1天内运行费用最低的优化目标，是
指：
a.不考虑常规水电、核电、抽水蓄能机组的发电成本，运行费用包括常
规火电机组发电成本与水电、火电、核电、抽水蓄能机组的调峰运行成本；
b.优化目标为：式1
J=min(Σt=124Σi=1m0fi(PT,it)+Σt=124Σi=1m1(gN,it·CN,i)+Σt=124Σi=1m2(gH,it·CH,i)+Σt=124Σi=1m3(gT,it·CT,i)+Σt=124Σi=1m4(gTOf,it·CTOf,i)+Σt=124Σi=1m5(gPu,it·CPu,i))]]>式1中，6项子式依次代表：火电机组发电成本、核电机组调峰成本、水电
机组弃水调峰成本、火电机组深度调峰成本、火电机组启停调峰成本、抽水
蓄能机组调峰成本；为i火电机组t时段的发电成本，m0为火电机组总
数；为i核电机组t时段调峰负荷量，CN,i为i核电机组单位容量调峰成本，
m1为核电机组总数；为i水电站t时段弃水电量，CH,i为i水电站单位弃水
电量成本，m2为水电站总数；为i火电机组t时段深度调峰容量，CT,i为i
火电机组深度调峰单位容量调峰成本，m3为参与深度调峰的火电机组数量；
为i火电机组t时段关停容量，需从其深度调峰下限往下减，CTOf,i为i火
电机组开停单位容量成本，m4为参与启停调峰的火电机组数量；为i抽水
蓄能电厂t时段的调峰容量，CPu,i为i抽水蓄能电厂单位容量调峰成本，m5为抽水蓄能电厂数量。
7.根据权利要求1所述的一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方
法，其特征在于：所述步骤4)具体包括：
a.电网运行系统约束；
①功率平衡方程：
Σi=1m0PT,it+Σi=1m1PN,it+Σi=1m2PH,it+Σi=1m5PPu,it=PLt]]>    式2
式2中：左侧4项依次为火电机组t时段出力、核电机组t时段出力、水
电机组t时段出力、抽水蓄能机组t时段出力，为发电功率，为
抽水功率，为全网等效日负荷；
②规避频率越限风险约束：
Pi,tk≤60%Pi,N,i∈G1]]>           式3
式3中：G1为低负荷时要求规避频率越限风险约束的百万千瓦容量机组
集合，Pi,N是机组i的额定容量；
③电网输电断面功率约束：
Σi∈G2,kPi,tk≤PL,max,k]]>       式4
式4中：G2,k为输电断面k定义的机组组合，PL,max,k为输电断面k最大输
送有功功率；
④网络安全约束：
fl,tk≤flmax]]>     ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，朱钰，马晓东，邵宝珠，孙峰，张强，程绪可，曾辉，叶鹏，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网辽宁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