基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，包括：建立电力系统区域最优划分问题的等效图论模型；计算各条线路功率的概率分布；求出系统各输电线路的阻塞风险指标，确定电力系统等效无向赋权图的边权重值；建立求解最小割问题的数学优化模型；利用Gomory‑Hu算法构建包含所有节点的最小割树，选择权重最小的k‑1条边，将系统划分为k个区域；建立计及网络安全约束的机组发电和备用联合调度模型；计算指标，评估分区前后的经济效益。本发明专利技术通过对系统内机组备用的分区配置，有效解决了由于风电和线路随机故障引起的输电线路阻塞，以及部分备用无法投入运行的问题，从而降低了系统总运行成本，保证了经济性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法
本专利技术涉及电力系统的新能源发电调度领域，具体涉及一种基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法。
技术介绍
风电作为一种低成本、环境友好、技术潜力巨大的可再生能源，近年来在电网中的比重不断上升。然而，风电存在间歇性和波动性的特点，其大规模并网给电网带来了诸多不确定性，对系统的运行与决策提出了巨大挑战。发电备用作为电力市场辅助服务中的一项基本内容，对维护电力系统安全可靠运行起着至关重要的作用。在日前市场中，电网调度人员需要提供足够的备用容量以保证系统在事故或预测误差情况下维持电量平衡。传统的日前备用模型是从整个系统层面设定固定比例的机组备用容量，因此，尽管系统的发电备用充足，考虑到线路传输容量的限制，配置的备用无法得到充分利用，网络仍可能面临安全运行的风险，进而导致弃风、切负荷或其它非经济的紧急响应措施。为了应对上述问题，一方面可以通过提高风电的预测精度，减少预测误差造成输电阻塞或其它风险的可能性，更重要的是建立能够反映当前系统运行状态，并计及所有不确定信息(如风电波动、预想事故)的备用调度模型，实现对系统备用的实时动态配置和精细化管理，避免储备不足或资源浪费，提高备用的可调度能力及利用效率。现有的发电备用优化配置方法大致可分为两类：确定性和概率性方法。传统的确定性方法通常将备用容量设定为固定比例的风电预测出力，并满足系统的N-1安全准则。此法虽简单易行，但未能考虑风电预测误差等不确定因素，过高地增加了机组运行成本。概率性方法以随机或鲁棒规划理论为基础，在面对海量的风电时序场景时，计算开销巨大，结果也趋于保守，目前还难以达到实际工程应用的要求。而且，上述研究大多是从整个系统层面来确定总的备用需求，缺乏对备用资源的灵活配置和精细化管理。
技术实现思路
专利技术目的：针对含风电电力系统在备用调度过程中可能存在的传输阻塞问题，提供一种基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，该方法借鉴了微电网独立自治的特点，在每个区域内尽可能保证备用容量的充分利用，能够以较小的成本降低系统阻塞风险，提高备用利用效率和电网可靠性。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，包括：基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，包括如下步骤：S1：建立电力系统最优区域划分问题的等效图论模型；S2：考虑风电和线路随机故障对电网潮流的影响，计算各条线路功率的概率分布；S3：根据线路功率分布特点，求出系统各输电线路的阻塞风险指标，确定电力系统等效无向赋权图的边权重值；S4：根据系统等效赋权图，建立求解最小割问题的数学优化模型，保证分割后的区域内传输阻塞风险最小；S5：利用Gomory-Hu算法构建包含所有节点的最小割树，选择权重最小的k-1条边，将系统划分为k个区域；S6：根据分区后的电力系统，建立计及网络安全约束的机组发电和备用联合调度模型；S7：利用CPLEX求解各台机组启停状态，发电量和各区域机组备用配置量，计算弃风量、切负荷量、传输阻塞时间，备用可调度容量等指标值，评估分区前后的经济效益。进一步的，所述步骤S1中建立的等效图论模型包括：将电力网络用只含有点集V和边集E组成的无向赋权图G＝(V,E)表示，其中电网节点v形成图的结点v∈V，传输线路e形成图的各边e∈E，给出系统区域最优划分问题的数学表达，其中优化目标为使区域内线路传输阻塞风险最小，并满足图论中的连通性、平衡性及有效性的约束条件。进一步的，述步骤S2包括如下步骤：S2-1：建立风力发电的高斯误差模型，将风电功率表示为服从均值为点预测出力标准差为的正态分布，其中，反映预测误差的离散程度；S2-2：计及N-1预想事故中线路故障对潮流的影响，利用线路故障分布因子修正线路的传输分配因子；S2-3：根据直流潮流方程和修正后的传输分配因子，得到各条线路潮流的表达式；S2-4：结合线路潮流的表达式和概率分布类型，计算得到线路潮流的均值和方差。进一步的，所述步骤S3具体为：对步骤S2得到的线路潮流的概率密度函数求逆，得到线路潮流的累积分布函数，再结合线路的最大传输容量限制，计算得到线路传输阻塞的风险概率，并以此为依据，定义电力系统等效无向赋权图的边权重指标。进一步的，所述步骤S4中依托步骤S1建立的电力系统等效赋权图，基于图论中割边及割边容量的定义，将电力系统备用分区问题转化为求解最小割的组合优化模型，使得分割后的割边容量最小，等价于区域边界联络线处的传输阻塞风险最大。进一步的，所述步骤S5中利用Gomory-Hu算法通过计算|V|－1次最大流最小割问题构造图G的等价Gomory-Hu树(简记为G-H树)，G-H等价树上各边的权值均是两个结点间的最小割值，将边权值按照由小到大的顺序依次去边，直到子图的数量达到k(去除k-1条割边)，将划分后的G-H树映射回原图，即得到图G的k个最优区域。进一步的，所述步骤S6具体为：在电力系统日前调度阶段，建立考虑分区备用的电能和备用联合优化调度模型，该模型在传统的计及安全约束的机组组合模型基础上，考虑对系统备用进行分区，增加分区备用容量的约束要求，保证每个区域内有充裕的备用容量，降低区域间的备用传输需求，最大程度避免因传输阻塞导致的备用不可用。模型的目标是使系统总的期望成本最小，包括：发电运行成本、旋转备用成本、机组空载成本和启动成本。约束条件包括：机组最小启停时间约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、功率平衡约束和线路安全约束。进一步的，所述步骤S7中依托步骤S6建立的考虑分区备用的日前机组组合模型，利用CPLEX软件求解各台机组各时段的计划启停状态，发电量和各区域备用配置量。在实时调度阶段采用弃风和切负荷两种调控手段，根据实际风电场景计算弃风量、切负荷量、传输阻塞时间，备用可调度容量等指标，评估所提分区备用配置方法带来的经济效益。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具备如下优点：1、本专利技术能够以较为经济的方式，通过优化备用资源的配置和利用率，提高系统在面对风电或线路故障等随机扰动下的运行安全。2、本专利技术通过对机组备用进行动态分区，可以有效降低线路的阻塞风险，充分利用配置的分区备用资，根据风电的不确定程度灵活配置备用资源，避免部分备用容量在实时调度中因线路阻塞受限，在实时调度阶段可以有效提高备用可调度能力，减小弃风量和切负荷量，从而提高电网运行的经济性和可靠性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为改进IEEE14节点系统的等效G-H树及备用分区结果。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供一种基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，包括如下步骤：S1：建立电力系统最优区域划分问题的等效图论模型；S2：考虑风电和线路随机故障对电网潮流的影响，计算各条线路功率的概率分布；S3：根据线路功率分布特点，求出系统各输电线路的阻塞风险指标，确定电力系统等效无向赋权图的边权重值；S4：根据系统等效赋权图，建立求解最小割问题的数学优化模型，保证分割后的区域内传输阻塞风险最小；S5：利用Gomory-Hu算法构建包含所有节点的最小割树，选择权重最小的k-1条边，将系统划分为k个区域；S6：根据分区后的电力系统，建立计及网络安全约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立电力系统最优区域划分问题的等效图论模型；S2：考虑风电和线路随机故障对电网潮流的影响，计算各条线路功率的概率分布；S3：根据线路功率分布特点，求出系统各输电线路的阻塞风险指标，确定电力系统等效无向赋权图的边权重值；S4：根据系统等效赋权图，建立求解最小割问题的数学优化模型，保证分割后的区域内传输阻塞风险最小；S5：利用Gomory‑Hu算法构建包含所有节点的最小割树，选择权重最小的k‑1条边，将系统划分为k个区域；S6：根据分区后的电力系统，建立计及网络安全约束的机组发电和备用联合调度模型；S7：利用CPLEX求解各台机组启停状态，发电量和各区域机组备用配置量，计算指标值，评估分区前后的经济效益。

【技术特征摘要】
1.基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立电力系统最优区域划分问题的等效图论模型；S2：考虑风电和线路随机故障对电网潮流的影响，计算各条线路功率的概率分布；S3：根据线路功率分布特点，求出系统各输电线路的阻塞风险指标，确定电力系统等效无向赋权图的边权重值；S4：根据系统等效赋权图，建立求解最小割问题的数学优化模型，保证分割后的区域内传输阻塞风险最小；S5：利用Gomory-Hu算法构建包含所有节点的最小割树，选择权重最小的k-1条边，将系统划分为k个区域；S6：根据分区后的电力系统，建立计及网络安全约束的机组发电和备用联合调度模型；S7：利用CPLEX求解各台机组启停状态，发电量和各区域机组备用配置量，计算指标值，评估分区前后的经济效益。2.根据权利要求1所述的基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：所述步骤S1中建立等效图论模型具体为：将电力网络用只含有点集V和边集E组成的无向赋权图G＝(V,E)表示，其中电网节点v形成图的结点v∈V，传输线路e形成图的各边e∈E，给出系统区域最优划分问题的数学表达，其中优化目标为使区域内线路传输阻塞风险最小，并满足图论中的连通性、平衡性及有效性的约束条件。3.根据权利要求1所述的基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：所述步骤S2包括如下步骤：S2-1：建立风力发电的高斯误差模型，将风电功率表示为服从均值为点预测出力标准差为的正态分布，其中，反映预测误差的离散程度；S2-2：计及N-1预想事故中线路故障对潮流的影响，利用线路故障分布因子修正线路的传输分配因子；S2-3：根据直流潮流方程和修正后的传输分配因子，得到各条线路潮流的表达式；S2-4：结合线路潮流的表达式和概率分布类型，计算得到线路潮流的均值和方差。4.根据权利要求1所述的基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：对步骤S2得到的线路潮流的概率密度函数求逆，得到线路潮流的累积分布函数，再结合线路的最大传输容量限制，计算得到线路传输阻塞的风险概率，并以此为依据，定义电力系统等效无向赋权图的边权重指标。5.根据权利要求1所述的基于图分割算法的含风电电力系统分区备用优化配置方法，其特征在于：所述步骤S4包括：依托步骤S1建立的电力系统等效赋权图，基于图论中割边及割边容量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐青山，黄煜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32