一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法技术

本发明专利技术公开一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，首先以发电成本最小、碳排放最少和污染物排放最少为目标构建了含直流运行工程化约束的跨区互联大电网集中式多目标日前发输电计划模型；然后利用法线边界交叉法将上述多目标优化模型转化为一系列偏好不同的集中式单目标优化子问题；最后针对每个单目标优化子问题构建基于交替方向乘子法的送端和受端电网分解协调模型，实现多目标日前发输电计划的分布式求解。本方法可以实现直流跨区互联大电网多目标日前发输电计划的分布式求解，既能兼顾多个调度目标，又能适用于我国统一调度、分层管理的调度模式。

A decomposition and coordination method of multi-objective generation plan for DC inter regional interconnected power grid

【技术实现步骤摘要】
一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法
本专利技术涉及电网优化运行与调度计划领域，尤其涉及一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法。
技术介绍
资源与需求的反向分布使得我国电网呈现明显的送受端特征，跨区直流线路的建设解决了电能远距离传输的困难，但也使得送受端电网耦合程度加深，调控运行一体化特征明显加强。考虑到送、受端电网之间存在地域、经济、政策等各类因素的影响，通常难以采用一体化方法计算全网发输电计划。常规的做法是由上层电网调制中心制定跨区直流输电计划，各分调在此基础上制定各区域的发电计划，这种模式难以充分挖掘全网资源，调度经济性有待提高。分解协调计算是解决这一类问题的有效方法之一。通过对耦合约束的处理，可以将原问题分解为多个相互独立的子问题，既保证了各区域发电计划制定的独立性、维护了不同利益主体信息隐私，又保证了调度策略的最优性。直流跨区互联大电网多目标日前发输电计划的分解协调计算方法的思路是在不丢失解的多样性的前提下，将多目标优化问题转化为一系列单目标优化子问题，继而针对各优化子问题采用拉格朗日松弛处理耦合约束，将原问题分解为送端和受端优化问题，通过设置收敛条件和参数更新策略实现全网发输电计划的分解协调计算。目前针对发输电计划的求解方法大致可分为三类：第一类方法考虑了直流线路的工程化约束，构建了全网集中式发输电计划模型，并采用直接求解的方法，如文献《促进跨区新能源消纳的直流联络线功率优化模型及分析》(电力系统自动化，2017年41卷18期第152页)所述。但直接求解规模太大、未考虑信息私密性问题，且不适用于我国分层分级的调度现状。第二类方法将送、受端电网等效为发电机与常规负荷的组合，对等效后的互联电网构建数学模型并直接求解，如文献《以直流联络线运行方式优化提升新能源消纳能力的新模式》(电力系统自动化，2015年39卷3期第36页)所述。但该方法的效果受到等效精度的影响，难以获得精确的最优解。第三类方法采用分解协调的方法求解集中式日前发输电计划优化问题，如文献《考虑跨区联络线交易计划的多区域互联系统分散调度方法》(电力系统自动化，2018年42卷16期第32页)所述。但该方法可以在保证各分区信息隐私的同时获得全局最优解，但仅能应用于单目标的情况下，无法处理多目标问题。
技术实现思路
专利技术目的：为提升直流跨区互联大电网发输电计划的精细化程度，提出一种适用于我国分层分级调度模式的直流跨区互联大电网多目标日前发输电计划的分解协调计算方法。技术方案：本专利技术提供一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，包括以下步骤：(1)计及发电成本最小、碳排放最少和污染物排放最少三个优化目标和直流运行工程化约束条件，构建直流跨区互联大电网一体化多目标日前发输电计划模型；(2)构建目标函数空间下的乌托邦面并规格化目标函数，采用权重等分的方法均匀求取乌托邦面上的偏好点，进而采用法线边界交叉法将多目标优化问题转化为一系列偏好不同的单目标优化子问题；(3)对于各单目标优化子问题利用增广拉格朗日乘子法处理耦合约束条件，然后基于交替方向乘子法构建送端和受端电网分解协调模型并独立求解各自的发输电计划，通过上层调度中心协调边界变量和拉格朗日乘子的更新，最终实现全网发输电计划的分布式求解。进一步地，所述步骤(1)包括以下步骤：(11)利用二次函数模型描述各优化目标，表达式如下：发电成本最小：其中，T为时段数；NS和NWS为送端区域火电机组和风电场的数量；NR和NWR为受端区域火电机组和风电场的数量；PW,i,t为第i个风电场在时段t的计划有功出力；PG,i,t为火电机组i在时段t的有功出力；NIDR为受端电网激励型需求响应(Incentive-basedDemandResponse,IDR)的数量；φi为第i个IDR的报价；PIDR,i,t为第i个IDR在时段t的调用量；碳排放量最少：其中，bi,2、bi,1和bi,0为机组i的CO2排放系数；污染物排放最少：其中，ci,2、ci,1和ci,0为机组i污染物排放系数，上述污染物包括SO2、NOX等火电机组运行过程中排放的污染气体；(12)直流跨区互联大电网一体化多目标日前发输电计划模型约束条件为：其中，和为送端和受端电网等效直流线路出力；PDC,i,max和PDC,i,min为直流线路i的最大、最小传输功率；ΔPDC,i,up和ΔPDC,i,down为直流线路i的功率向上调整、向下调整限值；和分别为联络线d在时段t是否爬坡、滑坡的标志，是0/1变量；M为一个大数，用以限制和的取值；σd,t表示联络线d在时段t是否调整功率，为0/1变量；和表示联络线d在时段t功率是否开始变化、是否结束变化，也为0/1变量；Kd表示联络线d每日功率调节次数上限；TN为联络线功率维持不变的最小时段数；为减少联络线计划的波动，在联络线功率结束变化之后需要在一定时间内维持功率不变；QD为跨区交易合同电量；(13)考虑功率平衡约束、机组出力限值约束、常规机组爬坡约束、常规机组启停约束、旋转备用约束和线路传输功率约束构建了跨区互联大电网集中式多目标日前发输电计划模型，简化表达如下：其中，xS和xR表示送端电网和受端电网的控制变量；g(x)和h(x)表示模型中的非耦合等式约束和不等式约束；I(x)表示模型中的耦合等式约束，即功率平衡约束中的等效直流功率约束。进一步地，所述步骤(2)包括以下步骤：(21)计算乌托邦面端点并形成乌托邦面：分别以f1(xS,xR)、f2(xS,xR)和f3(xS,xR)为目标函数进行单目标优化可以得到三组对应的最优解，记为x1*、x2*和x3*；这三组最优解对应的三个目标函数值记为fi*(f1(xi*),f2(xi*),f3(xi*)),i＝1,2,3；f1*、f2*和f3*即为目标函数空间下的乌托邦面端点，以这三点为顶点确定的三角平面记为乌托邦面；(22)规格化目标函数：对于第i个目标函数，规格化公式如下：其中，fimin和fimax为第i个目标函数的最小值和最大值，计算公式为：fimin＝fi(xi*)i＝1,2,3(9)fimax＝max{fi(x1*),fi(x2*),fi(x3*)}i＝1,2,3(10)(23)乌托邦面内取点：在规格化后的乌托邦面上选取一组均匀分布的点kj，kj可表示为和的线性组合，公式如下：其中，δij为乌托邦面上的第j个点对第i个目标函数的偏好系数，满足δ1j+δ2j+δ3j＝1；(24)多目标模型转化为单目标模型：求取乌托邦面的准法线向量，公式为：过kj作准法线向量的平行线，该平行线与可行域的交点即为该偏好系数下多目标优化问题的解，即满足下式：其中，d为距离变量，当d取最大时满足过kj的平行线与可行域相交；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)计及发电成本最小、碳排放最少和污染物排放最少三个优化目标和直流运行工程化约束条件，构建直流跨区互联大电网一体化多目标日前发输电计划模型；/n(2)构建目标函数空间下的乌托邦面并规格化目标函数，采用权重等分的方法均匀求取乌托邦面上的偏好点，进而采用法线边界交叉法将多目标优化问题转化为一系列偏好不同的单目标优化子问题；/n(3)对于各单目标优化子问题利用增广拉格朗日乘子法处理耦合约束条件，然后基于交替方向乘子法构建送端和受端电网分解协调模型并独立求解各自的发输电计划，通过上层调度中心协调边界变量和拉格朗日乘子的更新，最终实现全网发输电计划的分布式求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计及发电成本最小、碳排放最少和污染物排放最少三个优化目标和直流运行工程化约束条件，构建直流跨区互联大电网一体化多目标日前发输电计划模型；
(2)构建目标函数空间下的乌托邦面并规格化目标函数，采用权重等分的方法均匀求取乌托邦面上的偏好点，进而采用法线边界交叉法将多目标优化问题转化为一系列偏好不同的单目标优化子问题；
(3)对于各单目标优化子问题利用增广拉格朗日乘子法处理耦合约束条件，然后基于交替方向乘子法构建送端和受端电网分解协调模型并独立求解各自的发输电计划，通过上层调度中心协调边界变量和拉格朗日乘子的更新，最终实现全网发输电计划的分布式求解。


2.根据权利书要求1所述的一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：
(11)利用二次函数模型描述各优化目标，表达式如下：
发电成本最小：



其中，T为时段数；NS和NWS为送端区域火电机组和风电场的数量；NR和NWR为受端区域火电机组和风电场的数量；PW,i,t为第i个风电场在时段t的计划有功出力；PG,i,t为火电机组i在时段t的有功出力；NIDR为受端电网激励型需求响应(Incentive-basedDemandResponse,IDR)的数量；φi为第i个IDR的报价；PIDR,i,t为第i个IDR在时段t的调用量；
碳排放量最少：



其中，bi,2、bi,1和bi,0为机组i的CO2排放系数；
污染物排放最少：



其中，ci,2、ci,1和ci,0为机组i污染物排放系数，上述污染物包括SO2、NOX等火电机组运行过程中排放的污染气体；
(12)直流跨区互联大电网一体化多目标日前发输电计划模型约束条件为：



其中，和为送端和受端电网等效直流线路出力；PDC,i,max和PDC,i,min为直流线路i的最大、最小传输功率；ΔPDC,i,up和ΔPDC,i,down为直流线路i的功率向上调整、向下调整限值；和分别为联络线d在时段t是否爬坡、滑坡的标志，是0/1变量；M为一个大数，用以限制和的取值；σd,t表示联络线d在时段t是否调整功率，为0/1变量；和表示联络线d在时段t功率是否开始变化、是否结束变化，也为0/1变量；Kd表示联络线d每日功率调节次数上限；TN为联络线功率维持不变的最小时段数；为减少联络线计划的波动，在联络线功率结束变化之后需要在一定时间内维持功率不变；QD为跨区交易合同电量；
(13)考虑功率平衡约束、机组出力限值约束、常规机组爬坡约束、常规机组启停约束、旋转备用约束和线路传输功率约束构建了跨区互联大电网集中式多目标日前发输电计划模型，简化表达如下：



其中，xS和xR表示送端电网和受端电网的控制变量；g(x)和h(x)表示模型中的非耦合等式约束和不等式约束；I(x)表示模型中的耦合等式约束，即功率平衡约束中的等效直流功率约束。


3.根据权利书要求1所述的一种直流跨区互联电网多目标发电计划分解协调计算方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：
(21)计算乌托邦面端点并形成乌托邦面：
分别以f1...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋泉，张逸康，张强，苏大威，
申请(专利权)人：河海大学，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32