一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法技术

本发明专利技术涉及一种电力系统安全校核和阻塞管理方法，尤其涉及一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理技术，属于能源经济计算技术领域。本发明专利技术采用线性化交流潮流建立日度安全校核和阻塞管理模型，以提升结果的精确性。具体技术包括线性化交流潮流模型的建立、日度安全校核模型的建立求解和日度阻塞管理模型的建立求解。首先，根据电力系统各项运行约束建立交流潮流模型，通过泰勒展开等一系列近似手段，将交流潮流近似为线性化潮流模型。随后，采用基于可行性检测的优化算法，在交流潮流基础上建立日度安全校核模型，检验某一机组中标功率计划下是否存在可行的调度解，据此判断系统的安全性和可靠性。最后，以调整成本最小为目标，以线性化交流潮流为约束，建立了详细的日度阻塞管理模型，并提出高效的求解算法将问题转化为线性规划模型，保证了阻塞调整的快速性和高效性。本发明专利技术具有计算高效简单、易于投入工程实践等诸多优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法
本专利技术涉及一种电力系统日度安全校核和阻塞管理方法，尤其涉及一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法，属于能源经济计算

技术介绍
随着电力市场改革的不断推进，电力行业通过逐步引入市场竞争来降低成本、提高效率，促进电力系统长期稳定的发展。然而，更具竞争性的电力市场环境也带来了更大的不确定性，使得电网中的潮流加重并且潮流方式多变,这对电网安全是严重的考验。安全校核和阻塞管理技术是应对这一挑战的有力工具。安全校核和阻塞管理的目标是判断当前发电计划下，是否能保证系统运行的安全性和可靠性；如果不能，如何有效地控制发电机和负荷，使系统的短期运行具有一定的安全和可靠性裕度，同时为系统的长期投资规划提供有效信息。从短期而言，阻塞管理需要制定一公平的削减交易的计划和制定新的调整准则，从而实现电力系统的最优安全经济调度，保证系统安全可靠运行；从长期而言，阻塞管理应该通过价格信号为系统的长期健康发展提供激励。传统的安全校核算法中的直流潮流分析无法考虑功率损耗和电压变化，难以保证校核结果的可靠性。依赖针对调度计划的潮流计算分析，而潮流计算中缺少无功、电压计划等关键信息，给潮流分析及后续的安全校核带来较大的困难。同时，传统的阻塞管理算法依赖非线性的交流最优潮流问题，求解较为困难且难以保证收敛，算法鲁棒性较差，难以提供有效的调整结果。针对这一问题，本专利技术中采用了基于可行性检测的优化算法，将安全校核建模成一个可行性检测问题。具体来说，在给定发电机组有功功率基础上，将发电机组的无功计划视为优化变量，寻找该运行条件下是否存在可行的无功发电计划，使得系统各项安全约束得到满足，从而完成系统的安全校核。此外，本专利技术提出了一种交流潮流的线性化近似方法，相比于传统的直流潮流增加了功率损耗、电压变化的考虑，相比于传统的交流潮流则将原始非线性约束变为线性约束，嵌入到阻塞管理模型当中从而大幅提升问题的求解效率和鲁棒性，提供了有效可靠的调整结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种电力系统日度安全校核和阻塞管理方法，在考虑线性化近似的交流潮流基础上，提出了一种日度安全校核和阻塞管理方法，提升了结果的准确性。本专利技术提出的基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法，包括以下步骤：(1)建立线性化交流潮流模型首先介绍线性化的网络潮流模型。在电力网络中，精确描述潮流分布的模型为交流潮流模型，其中一条支路(i,j)上的有功和无功潮流描述如下。由于两节点之间的相角差θij＜＜1同时节点电压幅值v≈1.0p.u.，可对式(1)和(2)中的部分表达式进行如下的近似：将式(3)和(4)代入到式(1)和(2)中，可得到如下的支路潮流方程：其中，和表示支路上的有功和无功功率损耗。在式(5)和(6)，将电压幅值的平方v2视为一个变量，则式(5)和(6)均为线性等式。然而，潮流方程中唯一的非线性项存在于支路损耗和的表达式(7)和(8)，这里可采用泰勒展开近似的方式做进一步的线性化近似。以支路有功损耗为例，假如我们已知系统的初始潮流状态θij,0和vij,0，则中第一项可以写成如下的表达式：其中，θij-θij,0≈0并将其视为变量进行泰勒展开并保留一阶项：可以看到，近似后的为线性等式。同理，中第二项也可通过泰勒展开的方式做如下近似：至此，线路的有功损耗被近似为线性化的表达式。同理，线路的无功损耗也可近似为如下的线性表达式。定义电压的平方项则完整的线性化潮流方程可写成如下的表达式：(2)建立日度安全校核模型在精细化的交流潮流模型基础上，定义安全校核中发电计划需要满足的各项约束。节点功率平衡约束：对于电网中某一个节点，注入该节点的功率等于该节点流出的功率。其中，注入功率等于连接在节点上发电机的功率减去节点负荷，流出功率等于该节点连接的线路功率加上节点导纳的损耗功率。其中，PGk表示机组k的中标有功功率，QGk表示机组k的无功功率，G(i)表示连接到节点i的发电机组集合；PDq表示负荷q的有功功率，QDq表示负荷q的无功功率，D(i)表示连接到节点i的负荷集合；Pij表示线路(i,j)上的有功功率，Qij表示线路(i,j)上的有功功率，L表示与节点i相连的线路集合；Vi表示节点i的电压幅值的平方；Gij为节点导纳矩阵中位置(i,j)处的电纳部分。输电线路功率约束：在交流潮流中，输电线路上存在有功和无功损耗，因此线路功率与线路两点节点电压、相角，线路阻抗等因素相关。其中，表示线路(i,j)的有功损耗，表示线路(i,j)的无功损耗；gij表示线路(i,j)导纳的电纳部分，bij表示线路(i,j)导纳的电抗部分；θij表示线路(i,j)两端节点的电压相角差值，θij,0表示热启动计算中线路(i,j)两端节点的电压相角差值的初始值；vi表示节点i的电压幅值，vi,0表示热启动计算中的节点i的电压幅值初始值。线路和节点安全约束：在电力系统运行中，必须要保证系统线路的有功和无功潮流不越限，节点电压幅值和相角不越限，从而保证系统的安全可靠运行。Pij,min≤Pij≤Pij,max，Qij,min≤Qij≤Qij,max(25)θi,min≤θi≤θi,max，vi,min≤vi≤vi,max(26)其中，Pij,max/Pij,min表示线路(i,j)的最大/最小有功潮流限制；Qij,max/Qij,min表示线路(i,j)的最大/最小无功潮流限制；θi,max/θi,min表示节点i的最大/最小电压相角限制；vi,max/vi,min表示节点i的最大/最小电压幅值限制。机组的安全约束：在日度安全校核模型中，各机组的中标有功功率PGk为给定值，但无功功率QGk为优化变量参与到安全校核中，因此需要满足相应的无功出力限制。QGk,min≤QGk≤QGk,max(27)其中，QGk,max/QGk,min表示机组i的最大/最小无功出力限制。在电力市场的日度安全校核模型中，各机组的中标有功功率PGk和电网各节点负荷PDq是给定值，而机组的无功功率QGk，线路传输功率Pij和Qij，节点电压幅值vi和相角θi等为优化变量，安全校核的任务是判断在给定PGk和PDq情况下，是否能使得系统线路功率、节点电压等状态量满足安全要求，日度安全校核模型数学表述如下：其中，I1～I16为正松弛向量s+和s-的索引指标集。日度安全校核模型是为了检验对于当前的机组中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n(1)建立线性化交流潮流模型/n首先介绍线性化的网络潮流模型。在电力网络中，精确描述潮流分布的模型为交流潮流模型，其中一条支路(i,j)上的有功和无功潮流描述如下。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于线性化交流潮流的日度安全校核和阻塞管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)建立线性化交流潮流模型
首先介绍线性化的网络潮流模型。在电力网络中，精确描述潮流分布的模型为交流潮流模型，其中一条支路(i,j)上的有功和无功潮流描述如下。






由于两节点之间的相角差θij＜＜1同时节点电压幅值v≈1.0p.u.，可对式(1)和(2)中的部分表达式进行如下的近似：






将式(3)和(4)代入到式(1)和(2)中，可得到如下的支路潮流方程：












其中，和表示支路上的有功和无功功率损耗。在式(5)和(6)，将电压幅值的平方v2视为一个变量，则式(5)和(6)均为线性等式。然而，潮流方程中唯一的非线性项存在于支路损耗和的表达式(7)和(8)，这里可采用泰勒展开近似的方式做进一步的线性化近似。以支路有功损耗为例，假如我们已知系统的初始潮流状态θij,0和vij,0，则中第一项可以写成如下的表达式：



其中，θij-θij,0≈0并将其视为变量进行泰勒展开并保留一阶项：



可以看到，近似后的为线性等式。
同理，中第二项也可通过泰勒展开的方式做如下近似：



至此，线路的有功损耗被近似为线性化的表达式。同理，线路的无功损耗也可近似为如下的线性表达式。



定义电压的平方项则完整的线性化潮流方程可写成如下的表达式：


















(2)建立日度安全校核模型
在精细化的交流潮流模型基础上，定义安全校核中发电计划需要满足的各项约束。
节点功率平衡约束：对于电网中某一个节点，注入该节点的功率等于该节点流出的功率。其中，注入功率等于连接在节点上发电机的功率减去节点负荷，流出功率等于该节点连接的线路功率加上节点导纳的损耗功率。






其中，PGk表示机组k的中标有功功率，QGk表示机组k的无功功率，G(i)表示连接到节点i的发电机组集合；PDq表示负荷q的有功功率，QDq表示负荷q的无功功率，D(i)表示连接到节点i的负荷集合；Pij表示线路(i,j)上的有功功率，Qij表示线路(i,j)上的有功功率，L表示与节点i相连的线路集合；Vi表示节点i的电压幅值的平方；Gij为节点导纳矩阵中位置(i,j)处的电纳部分。
输电线路功率约束：在交流潮流中，输电线路上存在有功和无功损耗，因此线路功率与线路两点节点电压、相角，线路阻抗等因素相关。












其中，表示线路(i,j)的有功损耗，表示线路(i,j)的无功损耗；gij表示线路(i,j)导纳的电纳部分，bij表示线路(i,j)导纳的电抗部分；θij表示线路(i,j)两端节点的电压相角差值，θij,0表示热启动计算中线路(i,j)两端节点的电压相角差值的初始值；vi表示节点i的电压幅值，vi,0表示热启动计算中的节点i的电压幅值初始值。
线路和节点安全约束：在电力系统运行中，必须要保证系统线路的有功和无功潮流不越限，节点电压幅值和相角不越限，从而保证系统的安全可靠运行。
Pij,min≤Pij≤Pij,max，Qij,min≤Qij≤Qij,max(25)
θi,min≤θi≤θi,max，vi,min≤vi≤vi,max(26)
其中，Pij,max/Pij,min表示线路(i,j)的最大/最小有功潮流限制；Qij,max/Qij,min表示线路(i,j)的最大/最小无功潮流限制；θi,max/θi,min表示节点i的最大/最小电压相角限制；vi,max/vi,min表示节点i的最大/最小电压幅值限制。
机组的安全约束：...

【专利技术属性】
技术研发人员：董凌，李延和，梅生伟，魏韡，陈来军，曹阳，王茂春，陈春萌，徐有蕊，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：青海;63