计及节点分裂的源网协同优化方法技术

本发明专利技术计及节点分裂的源网协同优化方法涉及的是一种经济调度中的源网协同优化方法，特别是一种将点分裂纳入到优化调度决策中的方法。建立了计及点分裂的源网协同优化模型，并采用启发式求解方法进行模型的求解，求解方法：数据准备；确定节点、支路状态可调整集合；根据电网连通性、实际运行规则确定节点、支路集合；根据计及点分裂的源网协同优化模型进行优化计算；针对模型优化结果，采用短路电流计算、拓扑分析分析计算工具，判断是否违反节点短路电流、连通性约束；若优化结果不违反运行约束，则输出计算结果；若违反，则将造成违反运行约束的支路或节点从可选集合中删除，返回到优化计算步骤重新进行计算。

Source network collaborative optimization method considering node splitting

The source network coordination optimization method, which involves node splitting, relates to a source network cooperative optimization method in economic dispatch, in particular, a method for incorporating point splitting into an optimal scheduling decision. Set up and split source network collaborative optimization model, and solved using a heuristic method for solving the model: data preparation method; determine the node and branch state can be adjusted according to the set; grid connectivity, the actual operation rules to determine the node and branch sets; model optimization and collaborative optimization based on split according to the source network; the results of the optimization model, the short-circuit current calculation, topology analysis calculation tool, to determine whether the violation of short-circuit current, node connectivity constraints; if the optimization result does not violate the operation constraints, then output the result; if the violation will result in violation of operation constraints or branch node from the optional set delete, return to the optimization calculation steps to calculate.

【技术实现步骤摘要】
计及节点分裂的源网协同优化方法
本专利技术计及节点分裂的源网协同优化方法涉及的是一种经济调度中的源网协同优化方法，特别是一种将点分裂纳入到优化调度决策中的方法。
技术介绍
传统电力系统调度理论通常是根据规划、检修决策结果，在固定电网结构下对源中决策量进行优化。伴随大规模可再生能源发电并网，以及电动汽车、储能等主动负荷的融入，电力系统源有功平衡模式呈现复杂多变的发展态势，固定电网结构下的经济调度将日趋难以适应这一局面。近年来，在运行阶段通过调整支路运行状态改变电网结构，进行源与网的协同优化成为新的研究热点。有的文章中指出在直流潮流基础上，建立了以发电成本最小为目标，发电机组输出功率、支路运行状态为决策量的源网协同优化决策模型。在此基础上，国内外学者又相继在模型中引入了电网N-1、电网连通性、节点电压范围、节点短路容量限制等其它必备运行约束，并给出了此类问题的启发式求解算法，将这一研究思路逐步推向实际。相关学者定义了经济调度中源网间的三种状态，并将改变电网结构作为消除或抑制经济调度中源网冲突的手段。建立了源网冲突度量的两层优化模型，能够在最小化电网结构改变量的同时，兼顾源最优运行方式的实现。可见，围绕在经济调度中的源网协同优化问题，国内外学者从多个角度开展了热烈的研究，并取得了丰富的研究成果。然而，目前研究仅考虑了电网结构中边的调整，将支路运行状态通过0-1量表示，引入到优化模型中。实际上，通过变电站内开关操作，进行电网结构中的点分裂，同样可实现电网结构的改变。相较边的调整，点分裂的方式可减少线路投切引起的操作过电压风险，对电网安全、可靠运行影响更小。已有文章提出通过点分裂的方式改变电网结构，以消除事故后母线电压或线路潮流越限，但是仅将其作为事故后的紧急控制手段，一般采用基于灵敏度的启发式寻优方法，尚未将点分裂纳入到优化调度决策中。电能在电网中的传输，需要满足基尔霍夫电压、电流定律等电气规律的制约，而电网结构的改变可影响电网中的潮流分布。在经济调度中考虑调整电网结构，能够缓解网对源最优运行方式的制约。现有研究仅通过改变支路运行状态来调整电网结构，实际通过变电站内开关操作进行点分裂，同样可实现电网结构的调整，并促进源最优运行方式的实现。然而，支路运行状态的调整在经济调度模型中一般可直接通过引入0-1量的方式表示，而点分裂过程则更为复杂，现有研究所建立的模型均无法直接适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述研究基础的不足，提供一种计及节点分裂的源网协同优化方法，引入虚拟注入和虚拟支路的方式构建增广电网结构，并给出了经济调度中对应点分裂过程的约束表达，建立了计及点分裂的源网协同优化模型，通过点分裂来改变电网结构的差异，在经济调度中考虑调整电网结构，缓解网对源最优运行方式的制约。本专利技术是采取以下技术方案实现的：在增广电网结构下，计及点分裂的源网协同优化模型表示为如下形式，以发电成本最小为目标，模型目标函数表示为，（13）式中，N为运行机组数量；为机组发电成本系数，以线性形式表示；为机组输出功率。约束条件主要包括：（1）节点功率平衡约束（14）式中，为节点m负荷有功功率；为以节点m为末节点的支路集合；以节点m为首节点的支路集合；为与节点m相连的发电机组集合。（2）虚拟注入约束对于发电、负荷引入的虚拟注入量，应满足式（1）～式（5）所示约束；（1）（2）上式中，为虚拟注入是否有效的0-1标志，M为大于10万的常数；当=1时，由式（1）可知=，表示虚拟注入有效，等同于实际的机组注入功率；当=0时，由式（2）有=0；（3）（4）式中，为虚拟注入是否有效的0-1标志；（5）（3）机组输出功率范围约束（15）式中，、分别为机组输出功率最大值、最小值。（4）支路功率约束对于首末节点均不可进行变电站内开关操作的普通支路，支路功率应满足式（6）～式（8）所示的约束；对于引入的虚拟支路，支路功率应满足式（9）～式（12）所示约束；（6）（7）（8）式中，假设支路e首末端节点分别为m、n，支路功率为，若首端节点m可进行点分裂，增广电网结构中除增加虚拟节点外，进一步引入虚拟支路，、分别为节点m、节点n电压相角；为支路e电抗值；为支路运行状态，为0表示停运，为1表示运行；虚拟支路功率应满足如下约束，（9）（10）（11）式中，为虚拟节点电压相角；为虚拟支路运行状态，为0表示停运，为1表示运行；由于支路e与虚拟支路最多只能有一条运行，为此在优化模型中加入如下约束，（12）当、均为0时，表示原电网结构中支路e停运。计及点分裂的源网协同优化模型为混合整数线性规划模型，为避免点分裂过程违反节点短路电流容量限制、电网连通性等约束，采用启发式求解方法进行模型的求解。所述启发式求解方法，包括以下步骤：1）数据准备；2）确定节点、支路状态可调整集合；根据电网连通性、实际运行规则确定可进行节点分裂和运行状态调整的节点、支路集合；3）根据计及点分裂的源网协同优化模型进行优化计算；4）针对计及点分裂的源网协同优化模型优化结果，采用短路电流计算、拓扑分析等分析计算工具，判断是否违反节点短路电流、连通性等约束；5）若优化结果不违反运行约束，则输出计算结果；若违反，则将造成违反运行约束的支路或节点从可选集合中删除，返回到步骤3）重新进行计算。本专利技术优点：本专利技术将点分裂作为调整电网结构的手段，并利用增广电网结构给出点分裂过程的约束表达，建立了计及点分裂的源网协同优化模型，通过增加虚拟节点，引入虚拟注入和虚拟支路的方式构建增广电网结构，可表示变电站内开关操作造成的节点分裂，以及发电、负荷、支路在不同分裂节点间的切换。同时，增广电网结构还适用于表示节点融合过程，也适用于双母线分段、一个半断路器等更为复杂的主接线方式，最终使现有研究所建立的源网协同优化模型直接可行。本专利技术能够扩大传统经济调度解的空间，适应复杂多变的源有功平衡模式，提高源运行效率，同时可减少通过调整支路运行状态改变电网结构，对电网安全运行的不利影响。附图说明以下将结合附图对本专利技术作进一步说明：图1是3节点电力系统形成示意图；图2是传统经济调度模型结果示意图；图3是现有经济调度模型决策结果示意图；图4是图1中3节点系统中节点1对应的站内主接线为双母线接线方式的结构示意图；图5是图4中的节点1分裂后经济调度结果示意图；图6是图4的节点1分裂后电网潮流分布图；图7是原电网结构的发电表示方式示意图；图8是增广电网结构的发电表示方式示意图；图9是原电网结构的支路表示示意图；图10是增广电网结构的支路表示方式示意图；图11是图7中引入3条虚拟支路后的原电网结构的支路表示示意图；图12是图8中引入3条虚拟支路后的增广电网结构的支路表示示意图；图13是5节点系统示意图；图14是5节点系统对应的增广电网结构示意图；图15是本专利技术模型调度结果示意图。具体实施方式下面将结合具体的实施例对本专利技术作进一步验证和说明。电能在电网中的传输，需要满足基尔霍夫电压、电流定律等电气规律的制约，而电网结构的改变可影响电网中的潮流分布。在经济调度中考虑调整电网结构，能够缓解网对源最优运行方式的制约。以简单3节点电力系统（见图1）为例，对电网结构与经济调度间的关联机理进行说明。3节点系统各支路电抗及容量、负荷数据如图1所示，发电机数据见表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及节点分裂的源网协同优化方法，其特征在于，在增广电网结构下，计及点分裂的源网协同优化模型表示为如下形式，以发电成本最小为目标，模型目标函数表示为，

【技术特征摘要】
1.一种计及节点分裂的源网协同优化方法，其特征在于，在增广电网结构下，计及点分裂的源网协同优化模型表示为如下形式，以发电成本最小为目标，模型目标函数表示为，（13）式中，N为运行机组数量；为机组发电成本系数，以线性形式表示；为机组输出功率。2.根据权利要求1所述的计及节点分裂的源网协同优化方法，其特征在于，所述模型目标函数的约束条件包括：（1）节点功率平衡约束（14）式中，为节点m负荷有功功率；为以节点m为末节点的支路集合；以节点m为首节点的支路集合；为与节点m相连的发电机组集合；（2）虚拟注入约束对于发电、负荷引入的虚拟注入量，应满足式（1）～式（5）所示约束；（1）（2）上式中，为虚拟注入是否有效的0-1标志，M为大于10万的常数；当=1时，由式（1）可知=，表示虚拟注入有效，等同于实际的机组注入功率；当=0时，由式（2）有=0；（3）（4）式中，为虚拟注入是否有效的0-1标志；（5）（3）机组输出功率范围约束（15）式中，、分别为机组输出功率最大值、最小值；（4）支路功率约束对于首末节点均不可进行变电站内开关操作的普通支路，支路功率应满足式（6）～式（8）所示的约束；对于引入的虚拟支路，支路功率应满足式（9）～式（12）所示约束；（6）（7）（8）式中，假设支路e首末端节点分别为m、n，支路功率为，若首端节点m可进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新山，刘国静，李娟，王林，谢生军，林光亮，张立，尹永昌，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司宿迁供电公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32