本发明专利技术涉及安全约束的电力系统运行模拟模型快速生成与求解方法,属于电力系统分析领域。该方法包括：获得在运行模拟时间范围内所有涉及到所有支路及节点信息，计算电力系统考虑所有支路的原始节点阻抗矩阵、负荷转移分布因子原始矩阵以及发电机转移分布因子原始矩阵；并根据每日电力系统支路状态对其进行修正；根据无安全约束的电力系统机组组合优化模型优化求解得到各发电机组各时段出力，再次判断是否有支路过载；通过多次迭代直至没有支路潮流过载，得到考虑安全约束的各机组各时段出力，完成全年考虑安全约束的运行模拟结果。本方法能够提高考虑安全约束的电力系统运行模拟的速度，有助于大规模电力系统考虑安全约束的运行模拟，有利于提高电力系统规划的精细化水平。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统分析领域，特别涉及考虑安全约束的电力系统运行模拟中的 模型快速生成与求解方法。
技术介绍
近年来，随着电力系统规模的不断增加，风电、太阳能等间歇性能源的加入，大规 模跨流域多级水电站的建设，核电、抽蓄、燃机等多种类型电源的接入以及电网远距离交直 流混合输电的格局等因素都极大地增加了电网运行的复杂度。传统的电力系统规划中往往 通过生产模拟技术来安排类型机组在负荷曲线上的运行位置，进而评价未来电力规划的适 应性与经济性。但随着电力系统电源结构日益多样化、电网结构日益复杂，电力系统运行中 涉及到的系统调峰、机组启停、线路断面潮流安全等多方面的限制因素，传统的电力系统生 产模拟技术往往难以考虑到实际运行当中的各项限制因素。因此，产生了电力系统运行模 拟这一新技术，即针对当前电力规划，采用机组组合模型对电力系统未来运行进行长时间、 考虑运行层面的各项约束的模拟，进而精细化的评估当前电力规划方案在未来运行中的适 应性、经济性、环保性等指标。 目前，不考虑系统安全约束的电力系统运行模拟技术已比较成熟，并在国际上已 有一些软件实现的产品。丹麦的Riso实验室研发了电力系统运行模拟软件Wilmar (WEBER Christoph, MEIBOM Peter, BARTH Rudiger, et al. WILMAR:A Stochastic Programming Tool to Analyze the Large-Scale Integration of Wind Energy. In:KALLRATH Josef, PARDAL0S Panos M, REBENNACK Steffen, et al. , Optimization in the Energy Industry, Energy Systems:Springer Berlin Heidelberg, 2009. p 437-458)，该软件实现 的电力系统运行模拟方法采用逐小时的运行模拟的方式评价系统运行成本，被应用于风电 接入规划以及抽水蓄能机组的规划中。但该方法仅能考虑电源侧的模拟，并没有对电力 网络进行建模，因而无法考虑电力系统线路潮流以及断面潮流等安全运行约束。通用电 气公司（GE)研发了 MAPS软件能够实现多区域互联电力系统考虑线路约束时序运行模拟 (http://www. geenergyconsulting. com/practice-area/software-products/maps. )〇 牛 津大学研发了 Switch软件中也实现了类似的功能（FRIPP Matthias. Switch:A Planning Tool for Power Systems with Large Shares of Intermittent Renewable Energy. Environmental Science&Technology, 2014, 46 (11) :6371-6378.)。虽然 MAPS 与 Switch 中 能够考虑多区域的电力系统中的潮流传输极限，但其仅能将电力系统分为几个或几十个地 区，建立不同地区之间的网流模型，并无法建立详细的电力网络潮流模型，运行模拟结果仅 能分析各地区电源结构与布局的合理性与经济性，无法分析电网规划的安全性、合理性与 经济性。 电力系统运行模拟中考虑系统安全约束为计算和建模带来极大的挑战，其原因在 于电力网络的规模较大，精细化考虑电力系统安全约束需要对电力系统各节点和支路进行 建模。以中等规模的省级网为例，一般包含发电机组约100~200台，节点1000~2000个， 支路2000~5000条。不考虑安全约束的运行模拟中每日机组组合模型决策变量个数将在 1万个以上，约束数也将达到2万个以上。包含安全约束后，约束条件个数将增加10万个以 上。大规模的优化模型的建模和求解的计算和存储开销极大，考虑安全约束的运行模拟模 型规模，对于个人电脑或高性能工作站，采用商业软件进行求解单日的机组组合模型，其建 模时间约在几十秒的数量级上，求解时间也会在几百秒的数量级上，全年逐日的运行模拟 的模拟总时间将超过几十小时的时间量级上，难以满足规划工作的实际需求。庞大的计算 与存储开销限制了考虑安全约束的电力系统运行模拟技术在实际大规模电力系统中的应 用。 综上所述，需要在电力系统运行模拟技术的基础上，提出安全约束的模型快速生 成以及考虑安全约束的机组组合快速计算技术，进而提升考虑安全约束的电力系统运行模 拟的计算效率，使其能够应用于大规模实际电力系统。与本专利技术相关的
技术介绍
包括： 1)考虑安全约束的电力系统运行模拟技术：其含义是，根据电力系统电网规划方 案及电源装机规划，结合系统负荷预测、一次能源情况形成电力系统运行边界条件，选定一 定的调度目标，在发电机运行约束、系统线路与断面潮流安全约束等约束下模拟系统一段 时间的运行过程，根据系统运行模拟结果评估系统规划方案或系统运行方式。电力系统运 行模拟的核心是逐日或逐周求解系统的机组组合模型，其形式为一混合整数规划模型，如 下式所示： 上式中，P，I为上述优化模型的决策变量，P为各类型机组各时段出力组成的向 量，其元素为连续变量，I为表示各类型机组状态的变量组成的向量，其元素为0-1变 量，上标T表示向量或矩阵的转置。目标函数f(P，I)为系统运行总成本最低，总成本包 括机组燃料成本、系统启停成本以及网损成本等。约束条件CPT+DIT< b表示系统运行 约束以及发电机组的运行约束，系统运行约束包括负荷平衡约束、备用平衡约束，发电机 组运行约束包括机组出力约束、出力变化速率约束、机组启停状态约束、电量约束等；其 中C表示上述各约束中机组出力对应决策变量P前面的系数矩阵，D表示上述各约束中 机组状态对应决策变量I前面的系数矩阵，b表示上述各约束中右端常数项向量。约束 条件约束表示电力线路与变压器潮流安全约束，其中Gti为发电 机转移分布因子，L为系统各节点负荷组成的向量，E与f分别为支路的潮流上下限；约 束条件为P的上下限约束，T为转置符号。电力系统运行模拟的详细模型 详见 Ning Zhang, Chongqing Kang, Daniel S. Kirschen, Qing Xia, ffeimin Xi, Junhui Huang, Qian Zhang. Planning pumped storage capacity for wind power integration. IEEE Transactions on Sustainable Energy,2013, 4(2):393-401. 2)发电机转移分布因子矩阵与负荷转移分布因子矩阵：发电机转移分布因子矩 阵表示系统各发电机出力对各支路潮流的灵敏度，负荷转移分布因子矩阵表示系统各发电 机出力对各支路潮流的灵敏度，设系统共有K条支路，N个节点，M台发电机，发电机转移分 布因子Gti以及负荷转移分布因子矩阵G D可表示为： Ge矩阵共有K行M列，g 1ηι表示第m台机组出力对第1条支路的灵敏度，G D矩阵共 有K行N列，gln表示第η个节点负荷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种安全约束的电力系统运行模拟模型快速生成与求解方法，定义输电线路、电缆、变压器以及连接两个母线的输电设备为“支路”；定义电力系统中的所有母线为“节点”；定义K为系统支路数，N为节点系统节点数，M为系统发电机数；其特征在于，该方法包括以下步骤：1)获得在运行模拟时间范围内所有涉及到所有支路及节点信息，根据支路与节点的连接关系以及各支路电抗，计算电力系统考虑所有支路的原始节点阻抗矩阵、负荷转移分布因子原始矩阵以及发电机转移分布因子原始矩阵；2)依次开始进行逐日运行模拟计算，获取当前模拟日的支路开断状态，根据支路开断状态，将负荷转移分布因子原始矩阵与发电机转移分布因子原始矩阵进行修正后得到当前模拟日考虑支路开断状态后的负荷转移分布因子矩阵与发电机转移分布因子矩阵；3)根据无安全约束的电力系统机组组合优化模型采用混合整数规划优化求解技术进行求解得到各发电机组各时段出力，对于每一时段，根据发电机各时段出力以及节点负荷，计算各支路潮流，根据各支路潮流以及支路潮流极限判断各支路过载情况；根据过载线路对应的负荷转移分布因子以及发电机转移分布因子矩阵的行，生成机组组合模型中的安全约束，加入无安全约束的电力系统机组组合优化模型中利用混合整数规划优化求解技术再次进行求解，得到发电机各时段出力后再次判断是否有支路过载；通过多次迭代直至没有支路潮流过载，得到考虑安全约束的各机组各时段出力，完成当日运行模拟并跳转至下一日进行运行模拟，依次对待模拟日进行运行模拟得到全年考虑安全约束的运行模拟结果。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，康重庆，夏清，杜尔顺，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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