本發(fā)明涉及電氣技術領域，具體地說是一種考慮負荷不確定性的參考電網魯棒優(yōu)化評價方法。

背景技術：

新形勢下，隨著國民經濟生活水平的提高，電力系統中負荷呈現形式多元化發(fā)展，其波動性日趨增強，變化規(guī)律日趨難以把握，如何對考慮負荷不確定性下的電網特性進行評價和量化以指導電網規(guī)劃具有重要意義。

參考電網提供了一套能夠對現有網絡進行客觀評估的標準。通過對參考網絡的最優(yōu)投資成本和最優(yōu)阻塞成本進行量化，可將其與現有網絡的投資和阻塞成本進行比較。通過比較參考網絡單條線路的容量和現有網絡的單條線路容量，可以明確輸電系統所需要的新投資。當然，該方法也可以用于確定現有網絡中存在的擱淺投資數量。另外，它還可以用來比較最優(yōu)運行成本和實際運行成本。但需看到，原始的參考電網評價模型并無涉及現狀電網情況，也沒有考慮未來負荷波動的不確定性，直接將其用于電網規(guī)劃投資決策欠妥，鑒于此，需要在現狀電網基礎上，考慮未來負荷不確定性情況，預演電網發(fā)展規(guī)律，前瞻性地把握電網運行情況，超前預判電網在未來時間窗內區(qū)間負荷水平下的適應性，為診斷電網薄弱環(huán)節(jié)指明方向，為電網規(guī)劃決策提供科學依據。

參考網絡是實現電網科學精準投資的重要手段，其不限于對某一條或多條新建線路進行優(yōu)化，它的優(yōu)化目標是整個輸電系統，包括未來年規(guī)劃候選線路和已有線路，為電網資源的科學合理配置提供輔助決策支撐。專利申請?zhí)枮?01510333979.9的中國專利：“用于電力系統評估與漸進規(guī)劃的參考電網模型及求解方法”，公開了一種用于電力系統評估與漸進規(guī)劃的參考電網模型及求解方法，其核心聚焦于直流潮流條件下大規(guī)模系統有功優(yōu)化潮流問題的求解，但其是在確定性的負荷水平下開展的研究，并無考慮現狀電網情況，具有一定的局限性，難以明確電網規(guī)劃的投資方向。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮負荷不確定性的參考電網魯棒優(yōu)化評價方法，能夠考慮現狀電網實際情況，又能考慮區(qū)間負荷下電網實際運行方式優(yōu)化和備用配置以及事故情況下的電網校正控制情況，提高規(guī)劃決策的精準性，適應于電網發(fā)展專業(yè)規(guī)劃決策。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種考慮負荷不確定性的參考電網魯棒優(yōu)化評價方法，其特征是，它包括以下步驟：

(1)給定現狀電網參數，前瞻時間尺度內各時段負荷預測區(qū)間值，以及未來年規(guī)劃網絡候選支路方案；

(2)根據系統支路電抗和節(jié)點支路關聯關系，形成系統節(jié)點注入轉移因子陣；

(3)考慮系統對不確定性的響應機制，并結合發(fā)電機節(jié)點、負荷節(jié)點以及風電場節(jié)點位置情況，形成發(fā)電機組參與因子引導下的系統功率轉移分布因子矩陣；

(4)將區(qū)間負荷不確定量以仿射算術形式表達，進行優(yōu)化模型的構建，優(yōu)化模型以最小化年發(fā)電成本和備用成本以及年輸電成本之為目標并包括多個約束；

(5)對優(yōu)化模型中區(qū)間形式約束式進行處理，將其轉換為線性規(guī)劃模型，并采用線性規(guī)劃法對優(yōu)化模型進行求解，得到最終的輸電線路容量值。

進一步地，節(jié)點注入轉移因子陣表達式為：

ψ＝bla(a^tbla)^-1

其中，bl為支路電納對角陣，a為節(jié)點-支路關聯矩陣，上標“t”標記矩陣的轉置。注入轉移因子陣ψ中元素ψl,i表示支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子。

進一步地，發(fā)電機組參與因子引導下的系統功率轉移分布因子表達式為：

其中，nb為節(jié)點集合；ng,j表示節(jié)點j上的常規(guī)發(fā)電機集合；表示實際中在發(fā)電機組參與因子引導下支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子；βg為常規(guī)發(fā)電機組g參與因子。

進一步地，將區(qū)間負荷不確定量以仿射算術形式表達，是指將其表示成期望值和波動范圍的形式：

其中，和分別為負荷時段t負荷d功率預測期望值和不確定性區(qū)間寬度nd為負荷集合。

進一步地，優(yōu)化模型中目標函數表達式為：

式中，nt為劃分的負荷時段集合；ng為發(fā)電機集合；nl為輸電支路集合；為常規(guī)機組g在時段t輸出有功功率；cg為發(fā)電機組g的線性成本系數；為機組g二次調節(jié)備用容量成本系數；δτt為負荷時段t的持續(xù)時間；cl為線路l的年投資成本；ll為線路l的長度；tl為線路l的傳輸容量。

進一步地，優(yōu)化模型中多個約束具體包括以下九個約束：

1)輸出功率基點的潮流約束

其中，nb為節(jié)點集合；為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；為常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；ns,i和ne,i分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；nw,i和nd,i分別表示節(jié)點i上的風電場集合和負荷集合；

2)發(fā)電機二次調節(jié)備用容量約束

其中，表示時段t常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；為機組g在時段t下調二次調節(jié)備用容量；為機組g在時段t上調二次調節(jié)備用容量；

3)常規(guī)發(fā)電機組參與因子范圍約束：

4)常規(guī)發(fā)電機組有功功率范圍約束：

其中，和分別為常規(guī)發(fā)電機組g有功功率上下限；和分別為機組g在時段t上調、下調事故備用容量；

5)輸電容量范圍約束：

式中，tl^max和tl^min分別為設定的支路容量上下限，其中tl^min取現狀電網支路容量值；

6)電網功率傳輸安全約束

其中，為t時段支路l上傳輸功率對節(jié)點i注入功率波動的靈敏度因子；

7)n-1預想事故下發(fā)電機事故備用容量約束

8)n-1預想事故下輸出功率基點的潮流約束

其中，為預想事故s場景下時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；為預想事故s場景下常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；和分別為預想事故s場景下以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；ns為預想事件集合；上標(s)標記事故運行狀態(tài)s；

9)n-1預想事故下電網功率傳輸安全約束

其中，為預想事故下t時段支路l上傳輸功率對節(jié)點i注入功率波動的靈敏度因子。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明可用于現狀電網在前瞻時間尺度內區(qū)間負荷水平下的適應性評估，明確現狀電網薄弱環(huán)節(jié)，明確投資重點，是實現電網科學精準投資的重要手段；

(2)能夠考慮現狀電網實際情況，又能考慮區(qū)間負荷下電網實際運行方式優(yōu)化以及事故情況下的電網校正控制情況用于電網規(guī)劃方案優(yōu)選，提高規(guī)劃決策的精準性，實現電網發(fā)展專業(yè)精益化管理。

(3)本發(fā)明考慮區(qū)間負荷的情況，對風電、光伏等不確定性電源的接入具有兼容性，可進一步演化為考慮風電、光伏等可再生能源發(fā)電區(qū)間不確定性的電網魯棒優(yōu)化評價方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種考慮負荷不確定性的參考電網魯棒優(yōu)化評價方法，具體包括如下步驟：

(1)給定現狀電網參數，前瞻時間尺度內各時段負荷預測區(qū)間值，以及未來年規(guī)劃網絡候選支路方案；

(2)根據系統支路電抗和節(jié)點支路關聯關系，形成系統節(jié)點注入轉移因子陣；

節(jié)點注入轉移因子陣表達式為：

ψ＝bla(a^tbla)^-1(1)

其中，bl為支路電納對角陣，a為節(jié)點-支路關聯矩陣，上標“t”標記矩陣的轉置。注入轉移因子陣ψ中元素ψl,i表示支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子。

(3)考慮系統對不確定性的響應機制，并結合發(fā)電機節(jié)點、負荷節(jié)點以及風電場節(jié)點位置情況，形成發(fā)電機組參與因子引導下的系統功率轉移分布因子矩陣；

發(fā)電機組參與因子引導下的系統功率轉移分布因子表達式為：

其中，nb為節(jié)點集合；ng,j表示節(jié)點j上的常規(guī)發(fā)電機集合；表示實際中在發(fā)電機組參與因子引導下支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子；βg為常規(guī)發(fā)電機組g參與因子。

(4)將區(qū)間負荷不確定量以仿射算術形式表達，進行優(yōu)化模型的構建，優(yōu)化模型以最小化年發(fā)電成本和備用成本以及年輸電成本之為目標并包括多個約束；

將區(qū)間負荷不確定量以仿射算術形式表達，是指將其表示成期望值和波動范圍的形式：

其中，和分別為負荷時段t負荷d功率預測期望值和不確定性區(qū)間寬度nd為負荷集合。

優(yōu)化模型中目標函數表達式為：

式中，nt為劃分的負荷時段集合；ng為發(fā)電機集合；nl為輸電支路集合；為常規(guī)機組g在時段t輸出有功功率；cg為發(fā)電機組g的線性成本系數；為機組g二次調節(jié)備用容量成本系數；δτt為負荷時段t的持續(xù)時間；cl為線路l的年投資成本；ll為線路l的長度；tl為線路l的傳輸容量。

優(yōu)化模型中包括以下九個約束：

1)輸出功率基點的潮流約束

其中，nb為節(jié)點集合；為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；為常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；ns,i和ne,i分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；nw,i和nd,i分別表示節(jié)點i上的風電場集合和負荷集合。

2)發(fā)電機二次調節(jié)備用容量約束

其中，表示時段t常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；為機組g在時段t下調二次調節(jié)備用容量；為機組g在時段t上調二次調節(jié)備用容量。

3)常規(guī)發(fā)電機組參與因子范圍約束：

4)常規(guī)發(fā)電機組有功功率范圍約束：

其中，和分別為常規(guī)發(fā)電機組g有功功率上下限；和分別為機組g在時段t上調、下調事故備用容量。

5)輸電容量范圍約束：

式中，tl^max和tl^min分別為設定的支路容量上下限，其中tl^min取現狀電網支路容量值。

6)電網功率傳輸安全約束

其中，為t時段支路l上傳輸功率對節(jié)點i注入功率波動的靈敏度因子。

7)n-1預想事故下發(fā)電機事故備用容量約束

8)n-1預想事故下輸出功率基點的潮流約束

其中，為預想事故s場景下時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；為預想事故s場景下常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；和分別為預想事故s場景下以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；ns為預想事件集合；上標(s)標記事故運行狀態(tài)s，下同。

9)n-1預想事故下電網功率傳輸安全約束

其中，為預想事故下t時段支路l上傳輸功率對節(jié)點i注入功率波動的靈敏度因子。

(5)對優(yōu)化模型中區(qū)間形式約束式進行處理，將其轉換為線性規(guī)劃模型，并采用線性規(guī)劃法對優(yōu)化模型進行求解，得到最終的輸電線路容量值。