一种考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法，适用于大扰动下兼顾经济性和可靠性的电力系统日前发电计划和旋转备用优化配置。本发明专利技术方法在现有的电力系统日前调度和旋转备用优化配置的基础上，将频率安全性引入约束条件中，从而提高了优化结果的可靠性，并提出一种计及频率安全性的旋转备用评价指标。相比现有技术，本发明专利技术可获得兼顾经济性和可靠性的日前发电计划和旋转备用优化配置方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电网调度运行控制领域，具体涉及一种考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法。
技术介绍
近年来，随着大规模新能源和大容量交直流电源的接入以及需求侧响应的参与使得我国能源结构发生巨大变化，由此造成的波动性、不确定性和逆调峰性也给系统的安全稳定运行带来了诸多问题。为了维持电力系统可靠运行，电力系统必须配置一定容量的旋转备用以保证一次调频的正常运作，满足各种运行和事故情况下的系统快速有功需求。因此，为了维持全网的经济稳定运行，结合频率安全约束，合理安排日前发电计划并预留恰当且充足的旋转备用对于保证电力系统安全、经济运行是至关重要的。机组日前发电计划和旋转备用容量配置的优化长期以来都是十分重要的课题。随着大规模风电等随机性新能源以及大容量交直流电源的接入，关于暂态稳定约束对于旋转备用容量配置的影响开始逐渐进入各国学者的研究领域。文献一《电力系统旋转事故备用容量的配置研究》(电力系统自动化，2014年第38卷第19期第114页)详细综述了国内外旋转事故备用容量配置标准状况并进行了分析，从系统频率响应方面提出了旋转事故备用容量配置建议，但仅给出了建议的指标取值范围，没有提出具有严格理论推导的公式、模型、指标和评估方法。文献二《Parallel Augment Lagrangian Relaxation Method for Transient Stability Constrained Unit Commitment》(IEEE Transactions on Power Systems,2013年第28卷第2期第1140页，DOI:10.1109/TPWRS.2012.2216553)提出了TSCUC的概念，并使用增广的拉格朗日法结合变量复制技术和辅助问题原理将原问题分解为一般的机组组合问题和TSCOPF问题两个子问题求解。文献三《A Decomposition-Based Practical Approach to Transient Stability-Constrained Unit Commitment》(IEEE Transactions on Power Systems,2015年第30卷第3期第1455页，DOI:10.1109/TPWRS.2014.2350476)将原问题分解为一系列稳定安全约束和暂态稳定约束子问题求解，提出使用Benders割和自定义的稳态割结合EEAC求解TSCUC问题。上述方法均针对暂态稳定问题的功角求解，并没有考虑频率安全问题，也没有提出与旋转备用配置容量相对应的指标予以评估。文献四《Maximum penetration level of wind generation considering power system security limits》(IET Generation,Transmission&Distribution,2012年，第6卷第11期第1164页，DOI:10.1049/iet-gtd.2012.0015)提出了一种决策最大风电渗透率的方法，该方法将频率安全性作为约束条件予以考虑。但该模型只涉及频率安全对风电的接入量的影响问题，并没有针对频率安全对旋转备用优化分配的影响方面予以考虑。
技术实现思路
本专利技术目的是：为了解决现有技术所存在的不能全面反映大扰动下的系统频率安全性的不足，提出一种计及频率安全约束的机组日前发电计划和旋转备用配置的优化方法，在现有的网络安全约束下的机组日前发电计划和旋转备用配置方法的基础上，将系统的频率安全性引入安全约束中，并提出旋转备用电量可靠性概率指标。具体地说，本专利技术是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：1)构建风电、负荷、需求侧响应以及机组组合的模型；2)选择对系统线路开断实验预想故障集中的某个故障进行评估；3)根据所建模型计算机组日前发电计划和需要的总旋转备用容量以及需求侧和发电侧的旋转备用容量；4)仿真优化得出的旋转备用容量是否满足安全约束机组组合的各种安全约束条件，如是，转步骤5)，否则调整相关机组出力，转步骤3)；5)优化计算得出总旋转备用量和总旋转备用中需求侧响应提供的容量计算得出各机组需要提供的旋转备用容量以及优化后的系统总成本，并判断当前系统总成本是否为优化后的最优成本，如是，转步骤6)，否则，转步骤3)；6)仿真验证优化得出的旋转备用容量是否满足频率安全约束，如是，转步骤7，否则重新进行优化配置系统总旋转备用容量以及发电侧和需求侧的旋转备用容量，包括以下步骤：6-1)仿真判断优化得出的旋转备用量能否满足下式中故障态系统的动态调频备用约束，即如下式所设定的系统频率安全约束，如是，则转步骤7)，否则，转步骤6-2)：49.5Hz≤fTr(Xj)≤50.5Hz49.8Hz≤fSte(Xj)≤50.2HzΔtTsc(Xj)≤15min其中，fTr(Xj)为故障容量为Xj时最大暂态频率波动值；fSte(Xj)为故障容量为Xj时，经过二次调频以后达到的最大稳态频率波动值；ΔtTsc(Xj)为故障扰动恢复时间；6-2)根据下式计算当前状态下的总旋转备用量： R t ′ = - K G Δ f - Σ i = 1 N P i , t I i , t ]]>RIL＝PL,t-KLΔfRt＝Rt′+RIL其中，Rt′为发电侧旋转备用分配到需要提供的容量，KG为发电机的单位调节功率，为固有值，Δf为系统频率最大允许偏移量，Pi,t为机组i在日前电能市场时段t的出力，Ii,t为机组i在时段t的启停状态变量，N为所有参与电能市场竞价的机组数，RIL为需求侧分配到需要提供的容量，PL,t是时段t的实际负荷值；KL为负荷的单位条件功率，为固有值，Rt为能够提供的旋转备用总量；6-3)判断Rt是否超出系统可提供的最大旋转备用量，如未超出，则说明现有旋转备用可以提供足够容量保持系统的短时稳定，转步骤3)，若超出，则说明要维持该故障态下的系统稳定，现有的旋转备用已不足以提供，可能需要切负荷措施，转步骤3)；7)判断系统线路开断实验预想故障集中故障是否全部验证，如是，则进行不可靠概率的总体计算，转步骤8)，否则，选择对系统线路开断实验故障集中的另外的一个故障进行评估，转步骤3)；8)判断旋转备用容量不足置信水平是否得到满足，如是，则判定该系统旋转备用预留达到标准，否则，转步骤3)对系统日前发电计划和需要的总旋转备用重新优化分配，包括以下过程：根据步骤6得出的结果，利用下式计算所有故障状态下旋转备用容量不达标的概率和： p p = Σ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建风电、负荷、需求侧响应以及机组组合的模型；2)选择对系统线路开断实验预想故障集中的某个故障进行评估；3)根据所建模型计算机组日前发电计划和需要的总旋转备用容量以及需求侧和发电侧的旋转备用容量；4)仿真优化得出的旋转备用容量是否满足安全约束机组组合的各种安全约束条件，如是，转步骤5)，否则调整相关机组出力，转步骤3)；5)优化计算得出总旋转备用量和总旋转备用中需求侧响应提供的容量计算得出各机组需要提供的旋转备用容量以及优化后的系统总成本，并判断当前系统总成本是否为优化后的最优成本，如是，转步骤6)，否则，转步骤3)；6)仿真验证优化得出的旋转备用容量是否满足频率安全约束，如是，转步骤7，否则重新进行优化配置系统总旋转备用容量以及发电侧和需求侧的旋转备用容量，包括以下步骤：6‑1)仿真判断优化得出的旋转备用量能否满足下式中故障态系统的动态调频备用约束，即如下式所设定的系统频率安全约束，如是，则转步骤7)，否则，转步骤6‑2)：49.5Hz≤fTr(Xj)≤50.5Hz49.8Hz≤fSte(Xj)≤50.2HzΔtTsc(Xj)≤15min其中，fTr(Xj)为故障容量为Xj时最大暂态频率波动值；fSte(Xj)为故障容量为Xj时，经过二次调频以后达到的最大稳态频率波动值；ΔtTsc(Xj)为故障扰动恢复时间；6‑2)根据下式计算当前状态下的总旋转备用量：Rt′=-KGΔf-Σi=1NPi,tIi,t]]>RIL＝PL,t‑KLΔfRt＝Rt′+RIL其中，Rt′为发电侧旋转备用分配到需要提供的容量，KG为发电机的单位调节功率，为固有值，Δf为系统频率最大允许偏移量，Pi,t为机组i在日前电能市场时段t的出力，Ii,t为机组i在时段t的启停状态变量，N为所有参与电能市场竞价的机组数，RIL为需求侧分配到需要提供的容量，PL,t是时段t的实际负荷值；KL为负荷的单位条件功率，为固有值，Rt为能够提供的旋转备用总量；6‑3)判断Rt是否超出系统可提供的最大旋转备用量，如未超出，则说明现有旋转备用可以提供足够容量保持系统的短时稳定，转步骤3)，若超出，则说明要维持该故障态下的系统稳定，现有的旋转备用已不足以提供，可能需要切负荷措施，转步骤3)；7)判断系统线路开断实验预想故障集中故障是否全部验证，如是，则进行不可靠概率的总体计算，转步骤8)，否则，选择对系统线路开断实验故障集中的另外的一个故障进行评估，转步骤3)；8)判断旋转备用容量不足置信水平是否得到满足，如是，则判定该系统旋转备用预留达到标准，否则，转步骤3)对系统日前发电计划和需要的总旋转备用重新优化分配，包括以下过程：根据步骤6得出的结果，利用下式计算所有故障状态下旋转备用容量不达标的概率和：pp=ΣXj∈Xp(Xj)=ΣXj∈XJ(Xj)·B(j)]]>式中，Xj为故障j损失的系统容量，X为预想故障集，p(Xj)为故障容量为Xj时旋转备用容量不达标的概率，pp为故障集中旋转备用容量不达标的总概率，J(Xj)为故障容量为Xj时预留旋转备用容量是否满足系统需求的状态变量，J(Xj)＝1表示预留旋转备用容量不满足系统需求，迭代优化中需要切负荷操作，反之，J(Xj)＝0表示预留旋转备用容量满足系统需求，不需要切负荷操作，B(j)为故障j的故障率；根据计算所提出的预留旋转备用容量不足指标判断是否满足下式，如是，则判定该系统旋转备用预留达到标准，系统优化求取出的旋转备用及其分配满足系统频率安全约束，该优化出的旋转备用配置可以作为日前发电计划最后在线应用的取值，否则，转步骤3)重新优化：UPSRES=ppNX<α]]>式中，UPSRES为旋转备用容量不足指标，NX为预想故障集中故障个数，α为设定的系统预留旋转备用容量不足置信水平，0≤α＜1。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建风电、负荷、需求侧响应以及机组组合的模型；2)选择对系统线路开断实验预想故障集中的某个故障进行评估；3)根据所建模型计算机组日前发电计划和需要的总旋转备用容量以及需求侧和发电侧的旋转备用容量；4)仿真优化得出的旋转备用容量是否满足安全约束机组组合的各种安全约束条件，如是，转步骤5)，否则调整相关机组出力，转步骤3)；5)优化计算得出总旋转备用量和总旋转备用中需求侧响应提供的容量计算得出各机组需要提供的旋转备用容量以及优化后的系统总成本，并判断当前系统总成本是否为优化后的最优成本，如是，转步骤6)，否则，转步骤3)；6)仿真验证优化得出的旋转备用容量是否满足频率安全约束，如是，转步骤7，否则重新进行优化配置系统总旋转备用容量以及发电侧和需求侧的旋转备用容量，包括以下步骤：6-1)仿真判断优化得出的旋转备用量能否满足下式中故障态系统的动态调频备用约束，即如下式所设定的系统频率安全约束，如是，则转步骤7)，否则，转步骤6-2)：49.5Hz≤fTr(Xj)≤50.5Hz49.8Hz≤fSte(Xj)≤50.2HzΔtTsc(Xj)≤15min其中，fTr(Xj)为故障容量为Xj时最大暂态频率波动值；fSte(Xj)为故障容量为Xj时，经过二次调频以后达到的最大稳态频率波动值；ΔtTsc(Xj)为故障扰动恢复时间；6-2)根据下式计算当前状态下的总旋转备用量： R t ′ = - K G Δ f - Σ i = 1 N P i , t I i , t ]]>RIL＝PL,t-KLΔfRt＝Rt′+RIL其中，Rt′为发电侧旋转备用分配到需要提供的容量，KG为发电机的单位调节功率，为固有值，Δf为系统频率最大允许偏移量，Pi,t为机组i在日前电能市场时段t的出力，Ii,t为机组i在时段t的启停状态变量，N为所有参与电能市场竞价的机组数，RIL为需求侧分配到需要提供的容量，PL,t是时段t的实际负荷值；KL为负荷的单位条件功率，为固有值，Rt为能够提供的旋转备用总量；6-3)判断Rt是否超出系统可提供的最大旋转备用量，如未超出，则说明现有旋转备用可以提供足够容量保持系统的短时稳定，转步骤3)，若超出，则说明要维持该故障态下的系统稳定，现有的旋转备用已不足以提供，可能需要切负荷措施，转步骤3)；7)判断系统线路开断实验预想故障集中故障是否全部验证，如是，则进行不可靠概率的总体计算，转步骤8)，否则，选择对系统线路开断实验故障集中的另外的一个故障进行评估，转步骤3)；8)判断旋转备用容量不足置信水平是否得到满足，如是，则判定该系统旋转备用预留达到标准，否则，转步骤3)对系统日前发电计划和需要的总旋转备用重新优化分配，包括以下过程：根据步骤6得出的结果，利用下式计算所有故障状态下旋转备用容量不达标的概率和： p p = Σ X j ∈ X p ( X j ) = Σ X j ∈ X J ( X j ) · B ( j ) ]]>式中，Xj为故障j损失的系统容量，X为预想故障集，p(Xj)为故障容量为Xj时旋转备用容量不达标的概率，pp为故障集中旋转备用容量不达标的总概率，J(Xj)为故障容量为Xj时预留旋转备用容量是否满足系统需求的状态变量，J(Xj)＝1表示预留旋转备用容量不满足系统需求，迭代优化中需要切负荷操作，反之，J(Xj)＝0表示预留旋转备用容量满足系统需求，不需要切负荷操作，B(j)为故障j的故障率；根据计算所提出的预留旋转备用容量不足指标判断是否满足下式，如是，则判定该系统旋转备用预留达到标准，系统优化求取出的旋转备用及其分配满足系统频率安全约束，该优化出的旋转备用配置可以作为日前发电计划最后在线应用的取值，否则，转步骤3)重新优化： U P S R E S = p p N X < α ]]>式中，UPSRES为旋转备用容量不足指标，NX为预想故障集中故障个数，α为设定的系统预留旋转备用容量不足置信水平，0≤α＜1。2.根据权利要求1所述的考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法，其特征在于，所述需求侧响应的模型如下所述： δ S R = R t ′ R t ]]> δ I L = R I L R t ]]> R I L = - ( R t - R t ′ ) · ∂ R I L ∂ R t ′ ]]>s.t.|Rt′+RIL|≥Xj j∈X其中，Rt是最优旋转备用容量；Rt′是发电侧旋转备用分配到的容量；RIL是需求侧响应分配到的容量；δSR是发电侧的旋转备用占总旋转备用的比例系数，0≤δSR≤1；δIL是需求侧响应占总旋转备用的比例系数，0≤δIL≤1；表示发电侧对需求侧响应提供的旋转备用容量的边际替代率，表示每多获取一单位的发电侧选择备用容量而要放弃的需求侧响应的容量；Xj为故障j损失的系统容量；X为预想故障集。3.根据权利要求1所述的考虑频率安全约束下的机组日前发电计划及旋转备用优化安排方法，其特征在于，所述机组组合的模型如下：考虑风力发电和需求侧响应同时参与下的机组组合模型的目标函数是根据系统发电成本、发电侧正负旋转备用成本、弃风成本、失负荷成本和需求侧响应成本优化求解出系统最小发电总成本，其发电总成本的目标函数如下： min F = F 0 + Σ t = 1 T ( C t U ( R t U ) + C t D ( R t D ) ) δ S R + Σ t = 1 T ( C t L l o s s ( R t U ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周霞，李威，黄慧，崔晓丹，常海军，张慧玲，韩红卫，邵鹏，赵晋泉，李静文，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国网宁夏电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32