一种基于分步求解的黑启动分区方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分步求解的黑启动分区方法，包括以下步骤：步骤S1：建立黑启动分区的完整模型；步骤S2：基于电气距离对待启动机组分区，同时保证各分区发电功率的均衡性；步骤S3：基于潮流追踪理论对负荷节点进行划分，并保证分区不平衡功率满足要求。与现有技术相比本发明专利技术具有分区计算速度快、得到的分区规模均衡、各子区域功率不平衡量小等优点。

A black start partition method based on step-by-step solution

【技术实现步骤摘要】
一种基于分步求解的黑启动分区方法
本专利技术涉及黑启动分区领域，特别是一种基于分步求解的黑启动分区方法。
技术介绍
电力系统尽管发生大面积停电事故的概率很低，但迄今尚无法完全避免。系统一旦发生大面积停电，如何快速地恢复供电，是降低其损失的最有效措施之一。由于我国省级电网所覆盖的范围一般都很广而使得网络规模庞大，为了加快其恢复，往往采用分区恢复的方法加快其系统恢复进程。相应地，如何对于非常庞大的网络进行合理分区，就成为了一个备受关注的研究课题之一。近些年来国内外学者对如何合理划分黑启动子区域进行大量的研究工作，取得了许多卓有成效的成果。根据其模型的构建及求解算法的不同大致分为以下三类：1)构建相对完善的黑启动子区域划分优化模型并采用智能进化优化算法进行求解。此类方法的优点模型可以考虑的相对复杂和完善，其共同的缺点是计算往往太长。2)基于复杂系统理论构建黑启动子区域合理划分模型并实现其快速求解。该类方法的优点是方法相对简单，计算速度快；但其把网络看成复杂网络，大都忽略电网的电气特征，使得子区域划分可能不尽合理，会出现子区域之间规模相差过大或子区域本身不连通等情况。3)基于数学规划理论构建最优分区优化模型并采用确定性数学规划算法进行求解。此类方法的优点基于相对完善的数学规划理论，具有较强的理论支撑，但其共同的特点是只能构建近似模型，且由于所建的模型大都为混合整数非线性优化模型，当系统规模比较大时，迄今并无理论能够保证在给定的时间内求得其最优解，至多只能求其近似解。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于分步求解的黑启动分区方法，克服大型混合整数非线性规划问题求解的困难，提出了分步求解的快速求解策略，能快速的得到合理的分区方案。本专利技术采用以下方案实现：一种基于分步求解的黑启动分区方法，包括以下步骤：步骤S1：建立黑启动分区的完整模型；步骤S2：基于电气距离对待启动机组分区，同时保证各分区发电功率的均衡性；步骤S3：基于潮流追踪理论(tracing方法)对负荷节点进行划分，并保证分区不平衡功率满足要求。进一步地，所述步骤S1具体包括以下内容：假设电力系统中有n个黑启动电源，第i分区的待启动机组集合为ngi、负荷集合为nli，电力系统总的待启动机组数为Ng，电力系统总的待供电负荷数为Nl；电力系统最优分区的目标函数为：式中[z1,i,z2,i,...,zn,i]表示第i台待启动机组是否属于某个黑启动机组的0-1变量向量，zj,i＝1or0(1≤j≤n)分别表示第i台待启动机组属于或不属于i台黑启动机组所在的分区；[d1,i,d2,i,...,dn,i]表示第i台待启动机组到各个黑启动电源的电气距离；α,β,γ分别表示权重系数。Λ表示分区之间的所有联络线集合，Pl第l条联络线传输功率；相应的约束条件如下：机组归属约束：z1,i+z2,i+...+zn,i＝1,i∈{1,2,...,n}(1b)该约束表明任一台发电机只能属于其中一个黑启动机组所在分区；机组启动功率约束：对于分区i，其待恢复机组中至少一台机组的启动功率要小于黑启动机组额定输出功率的70％即：式中：表示分区i中的黑启动机组额定功率；表示分区i中第j台待恢复机组所需的启动功率，j∈ngi，i＝1,2,…,n；机组最小出力约束：为了保证机组的稳定运行，各分区中已恢复机组其出力应大于其最小出力，相应地，约束条件为：式中代表第j台待恢复机组的最小出力；PL,j代表第j个负荷需求；分区功率平衡约束：各个分区的发电机额定出力应尽可能与其负荷相匹配，相应地，约束条件为：其中，d为允许的分区功率不平衡量。进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：输入电网数据，确定黑启动电源；步骤S22：计算待启动机组到各分区集合电气距离，得到初步的分区结果；步骤S23：判断各分区中是否存在机组不满足约束公式(1d)，若存在则执行步骤S24；否则，调整该机组分区归属后继续执行步骤S23；步骤S24：判断分区发电功率是否平衡，若平衡，则执行步骤S3；否则，调整该机组分区结果后继续执行步骤S24。进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31：根据潮流追踪理论计算各负荷节点对各分区的功率汲取，得到负荷初步分区结果；步骤S32：计算各分区功率不平衡量；步骤S33：判断功率不平衡是否满足约束，若是，则输出最终的分区结果；否则，调整边界节点的分区归属后返回步骤S6。进一步地，所述步骤S22具体包括以下步骤：步骤S221：令，i＝1；ngj＝{Bj}，j＝1,2,...,n；步骤S222：对于第i台待启动发电机gi，i＝1,..,Ng，计算其到任一机组分区集合ngj，j＝1,2,...,n中所有发电机的电气距离dj,i,k，j＝1,..,n；i＝1,2,...,Ng；k∈ngj；把gi分入与dj,i,k相对应的集合ngj；通过迪杰斯特拉算法搜索源节点到目标节点的一条最短路径，所述电气距离dj,i,k为该最短路径上所有线路电抗值之和；步骤S223：i++，若i＞n,则执行步骤S23；否则，执行步骤S22。进一步地，所述步骤S23的具体内容为：检查集合ngi，i＝1,2,...,n中是否存在一个机组其启动功率满足约束公式(1c)；若均存在，则执行步骤S24；否则，若集合ngi不满足，在其临近的分区中根据电气距离寻找一个机组，加入ngi，i＝1,2,...,n中，用以而使得约束公式(1c)得到满足；重复进行上述操作，直到所有的分区中均有一个机组使得约束公式(1c)得到满足。进一步地，所述步骤S24的具体内容为：进行各分区ngi，i＝1,2,...,n机组的调整，用以使得各个分区集合的机组总出力尽均衡；进行如下计算：其中，表示第ngi集合机组的总额定出力；PU为分区的平均额定出力；然后进行如下步骤的操作：步骤SA：选择总额定出力小于(1-α)PU及大于(1+α)PU的分区，令ngi'，i'＝1,2,...,n'表示出力总额定出力小于(1-α)PU的分区，令ngi”，i”＝1,2,...,n”表示总额定出力大于(1+α)PU的分区，将两种分区一并归入机组出力不平衡集合步骤SB：对于中总额定出力小于(1-α)PU的分区ngi'，i'＝1,2,...,n'，在其临近分区但不能是存在于中，且已被剔除的小于(1-α)PU的分区中，依照电气距离由小到大的顺序选取相应的机组归入分区ngi'中，直到分区ngi'中的总额定出力大于(1-α)PU，并将分区ngi'从中剔除；根据式(1)及(2)更新和PU，相应对进行更新；步骤SC：对于中,总额定出力大于(1+α)PU的分区ngi”，i”＝1,2,...,n”，依照电气距离由小到大的顺序，将相应的机组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：建立黑启动分区的完整模型；/n步骤S2：基于电气距离对待启动机组分区，同时保证各分区发电功率的均衡性；/n步骤S3：基于潮流追踪理论对负荷节点进行划分，并保证分区不平衡功率满足要求。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：建立黑启动分区的完整模型；
步骤S2：基于电气距离对待启动机组分区，同时保证各分区发电功率的均衡性；
步骤S3：基于潮流追踪理论对负荷节点进行划分，并保证分区不平衡功率满足要求。


2.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：
所述步骤S1具体包括以下内容：
假设电力系统中有n个黑启动电源，第i分区的待启动机组集合为ngi、负荷集合为nli，电力系统总的待启动机组数为Ng，电力系统总的待供电负荷数为Nl；电力系统最优分区的目标函数为：



式中[z1,i,z2,i,...,zn,i]表示第i台待启动机组是否属于某个黑启动机组的0-1变量向量，zj,i＝1or0(1≤j≤n)分别表示第i台待启动机组属于或不属于i台黑启动机组所在的分区；[d1,i,d2,i,...,dn,i]表示第i台待启动机组到各个黑启动电源的电气距离；α,β,γ分别表示权重系数。Λ表示分区之间的所有联络线集合，Pl第l条联络线传输功率；
相应的约束条件如下：
机组归属约束：
z1,i+z2,i+...+zn,i＝1,i∈{1,2,...,n}(1b)
该约束表明任一台发电机只能属于其中一个黑启动机组所在分区；
机组启动功率约束：
对于分区i，其待恢复机组中至少一台机组的启动功率要小于黑启动机组额定输出功率的70％即：



式中：表示分区i中的黑启动机组额定功率；表示分区i中第j台待恢复机组所需的启动功率，j∈ngi，i＝1,2,…,n；
机组最小出力约束：
为了保证机组的稳定运行，各分区中已恢复机组其出力应大于其最小出力，相应地，约束条件为：



式中代表第j台待恢复机组的最小出力；PL,j代表第j个负荷需求；
分区功率平衡约束：
各个分区的发电机额定出力应尽可能与其负荷相匹配，相应地，约束条件为：



其中，d为允许的分区功率不平衡量。


3.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：
所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：输入电网数据，确定黑启动电源；
步骤S22：计算待启动机组到各分区集合电气距离，得到初步的分区结果；
步骤S23：判断各分区中是否存在机组不满足约束公式(1d)，若存在则执行步骤S24；否则，调整该机组分区归属后继续执行步骤S23；
步骤S24：判断分区发电功率是否平衡，若平衡，则执行步骤S3；否则，调整该机组分区结果后继续执行步骤S24。


4.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：
所述步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：根据潮流追踪理论计算各负荷节点对各分区的功率汲取，得到负荷初步分区结果；
步骤S32：计算各分区功率不平衡量；
步骤S33：判断功率不平衡是否满足约束，若是，则输出最终的分区结果；否则，调整边界节点的分区归属后返回步骤S32。


5.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：
所述步骤S22具体包括以下步骤：
步骤S221：令，i＝1；ngj＝{Bj}，j＝1,2,...,n；
步骤S222：对于第i台待启动发电机gi，i＝1,..,Ng，计算其到任一机组分区集合ngj，j＝1,2,...,n中所有发电机的电气距离dj,i,k，j＝1,..,n；i＝1,2,...,Ng；k∈ngj；把gi分入与相对应的集合ngj；通过迪杰斯特拉算法搜索源节点到目标节点的一条最短路径，所述电气距离dj,i,k为该最短路径上所有线路电抗值之和；
步骤S223：i++，若i＞n,则执行步骤S23；否则，执行步骤S22。


6.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：
所述步骤S23的具体内容为：检查集合ngi，i＝1,2,...,n中是否存在一个机组其启动功率满足约束公式(1c)；若均存在，则执行步骤S24；否则，若集合ngi不满足，在其临近的分区中根据电气距离寻找一个机组，加入ngi，i＝1,2,...,n中，用以使得公式(1c)得到满足；重复进行上述操作，直到所有的分区中均有一个机组使得公式(1c)得到满足。


7.根据权利要求1所述的一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：所述步骤S24的具体内容为：

【专利技术属性】
技术研发人员：项胤兴，方日升，陈伯建，黎琦，黄道姗，黄霆，张伟骏，林济铿，李传栋，苏清梅，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建中试所电力调整试验有限责任公司，
类型：发明
国别省市：福建;35