本發(fā)明涉及接入多端柔性直流電網(wǎng)的新能源發(fā)電運行優(yōu)化領域，具體講涉及一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化方法和裝置。

背景技術：

風能和光能為主的新能源發(fā)電在我國迅猛發(fā)展，但由于新能源出力的隨機性和間歇性很強，新能源大規(guī)模并網(wǎng)給我國電力系統(tǒng)的安全運行帶來巨大的壓力，而受本地消納能力不足和外送通道限制等影響，新能源富集區(qū)域的棄風棄光限電問題日益突出，資源嚴重浪費。

隨著電力系統(tǒng)技術的發(fā)展，多端柔性直流輸電逐漸成為解決風電并網(wǎng)和能源消納難題的重要技術手段。柔性直流輸電不存在接入新能源后電壓波動和無功補償?shù)膯栴}，能夠快速、靈活、獨立的控制有功功率和無功功率，具備成網(wǎng)條件。在此基礎上形成的多端柔性直流電網(wǎng)具備多電源多地供電的優(yōu)點，可以實現(xiàn)新能源、常規(guī)火電機組和抽蓄電站的靈活交互，提升利用效率；并且潮流反轉方便快捷，運行方式變換靈活，可靠性高。

目前，多端柔性直流電網(wǎng)接入新能源的研究主要集中在新能源接入后柔性直流電網(wǎng)的并網(wǎng)控制策略和交直流電網(wǎng)動態(tài)特性分析等方面，對接入多端柔性直流電網(wǎng)的新能源發(fā)電運行方式優(yōu)化方面的研究甚少。進行該方面研究需建立相應的優(yōu)化模型，優(yōu)化建模時主要面臨兩個問題：一是增加方法的適應性，優(yōu)化模型中需要考慮常規(guī)火電機組和抽蓄電站的運行限制以及線路的損耗，具有明顯的非線性特征的物理約束條件，無疑增加了優(yōu)化求解的難度；二是由于功率潮流在環(huán)形結構的柔性直流電網(wǎng)中循環(huán)流動，使優(yōu)化問題存在多解性，與實際的物理情況不符，因此需要采取一定的建模技巧予以消除。

為解決以上問題，需要提供一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化方法，使所建立的優(yōu)化模型便于求解。

技術實現(xiàn)要素：

為滿足技術發(fā)展需要，本發(fā)明提供了一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化方法。

本發(fā)明提供的多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化方法，其改進之處在于，所述優(yōu)化方法包括:

根據(jù)商業(yè)優(yōu)化包求解的運行優(yōu)化模型獲取新能源最優(yōu)發(fā)電方式；所述運行優(yōu)化模型為根據(jù)預先采集的直流電網(wǎng)拓撲結構信息建立新能源發(fā)電方式的運行優(yōu)化模型；

進一步的，預先采集的多端柔性直流電網(wǎng)的所述拓撲結構信息包括：

新能源、火電機組和抽蓄電站所連接的送端換流站節(jié)點位置信息和負荷連接的受端換流站節(jié)點位置信息；

新能源在調度時段的預測出力值和負荷預測值，常規(guī)機組在調度開始時段的初始狀態(tài)、抽蓄電站上水庫初始儲水量，以及直流電網(wǎng)換流站最大換流容量、線路長度和線損率。

進一步的，所述運行優(yōu)化模型如下式(1)所示：

式中，表示接入柔性直流電網(wǎng)的新能源總發(fā)電量；T：為總調度時段數(shù)；I_RN；直流電網(wǎng)中接入新能源的送端換流站的節(jié)點集合；和分別為t時刻接入送端換流站節(jié)點i的風電和光伏發(fā)電出力；：線路總損耗的懲罰項；a：懲罰因子；ε_i,j(t)：t時刻線路(i,j)上的功率的損耗；ε_j,i(t)：t時刻線路(j,i)上的功率的損耗；I為直流電網(wǎng)中的節(jié)點集合：J_i：與節(jié)點i相連的所有節(jié)點集合。

進一步的，所述運行優(yōu)化模型的約束條件包括：

新能源出力約束、火電機組運行約束、抽蓄電站運行約束、傳輸線約束、送端換流站和受端換流站換流約束。

進一步的，所述新能源出力約束如下式所示：

式中，P_i^W(t)和P_i^V(t)：分別為t時刻風電和光伏發(fā)電的最大出力；

所述火電機組運行約束包括：

<1>機組出力約束：X_i(t)·P_i^min≤p_i(t)≤X_i(t)·P_i^max,i∈I_TH(3)

式中，I_TH：接入火電機組的直流電網(wǎng)節(jié)點集合；p_i(t)：節(jié)點i接入的火電機組在t時刻的出力；P_i^min和P_i^max：節(jié)點i處火電機組的最小和最大技術出力；X_i(t)表示t時刻火電機組的運行狀態(tài)，為0或1整數(shù)變量，1表示機組正在運行，0表示沒有運行；

<2>爬坡約束：

式中，和分別表示機組的最大爬升和爬降功率；p_i(t+1)：表示節(jié)點i接入的火電機組在t+1時刻的出力；

<3>最小啟停機時間約束：

式中，Y_i(t)和Z_i(t)為機組在t時段的啟動狀態(tài)和停機狀態(tài)，均為0-1整數(shù)變量；對于Y_i(t)＝0表示不在啟動狀態(tài)，Y_i(t)＝1表示正在啟動；Z_i(t)＝0表示不在停機狀態(tài)，Z_i(t)＝1表示正在停機；k_i表示機組的最小啟動時間或最小停機時間；

<4>啟停機狀態(tài)約束：

進一步的，所述抽蓄電站運行約束包括：

1)發(fā)電功率約束：

式中，I_CX：直流電網(wǎng)中接入抽蓄電站的節(jié)點集合；抽蓄電站在t時段的發(fā)電功率；和分別為抽蓄電站的最小和最大發(fā)電功率；SX_i(t)為0-1整數(shù)變量，表示抽蓄電站的運行狀態(tài)，SX_i(t)＝1表示抽蓄電站處于發(fā)電狀態(tài)，SX_i(t)＝0表示抽蓄電站未發(fā)電；

2)抽水功率約束：

式中，抽蓄電站在t時段的抽水功率；和分別為抽蓄電站的最小和最大抽水功率；SY_i(t)為0-1整數(shù)變量，表示抽蓄電站的運行狀態(tài)，SY_i(t)＝1表示抽蓄電站處于抽水狀態(tài)，SY_i(t)＝0表示抽蓄電站未抽水；

3)運行狀態(tài)約束：0≤SX_i(t)+SY_i(t)≤1,i∈I_CX(9)；

4)庫容約束：

式中，W_i⁰(t)：抽蓄電站上水庫在t時段的初始儲水量；W_i^end(t)：抽蓄電站上水庫在t時段末的儲水量；W_i^end(t-1)：表示抽蓄電站上水庫在t-1時段末的儲水量；W_i^Initial：抽蓄電站上水庫在第一個時段的初始儲水量；η_G和η_S：分別為抽蓄電站發(fā)電和抽水時的平均水量/電量轉換系數(shù)。

進一步的，所述傳輸線約束包括：

<1>線損約束：

式中，為線路(i,j)上從節(jié)點i流出的功率；為線路(i,j)上流入到節(jié)點j的功率；ε_i,j(t)：線路(i,j)上的線損功率；α_i,j為線路(i,j)的線損率；L_i,j：線路(i,j)的傳輸距離；為線路(j,i)上從節(jié)點j流出的功率；為線路(j,i)上流入到節(jié)點i的功率；ε_j,i(t)：線路(j,i)上的線損功率；α_j,i為線路(j,i)的線損率；L_j,i：線路(j,i)的傳輸距離；

<2>傳輸安全約束：

式中，為線路(i,j)上的最大傳輸功；為線路(j,i)上的最大傳輸功率。

進一步的，送端換流站和受端換流站的約束包括：

1)送端換流站換流容量約束：

式中，P_i^bin為送端換流站的最大換流容量；

2)受端換流站換流容量約束：

式中，P_i^bout為受端換流站的最大換流容量，為下網(wǎng)功率，I_out為直流電網(wǎng)系統(tǒng)中的受端換流站集合；

3)送端換流站功率平衡約束：

式中，和分別為t時刻接入送端換流站i的風電和光伏發(fā)電出力；p_i(t)為節(jié)點i所接入的火電機組在t時刻的出力；為抽蓄電站在t時段的發(fā)電功率；為抽蓄電站在t時段的抽水功率；I_RN；直流電網(wǎng)中接入新能源的送端換流站的節(jié)點集合；I_TH：接入火電機組的直流電網(wǎng)節(jié)點集合；I_CX：直流電網(wǎng)中接入抽蓄電站的節(jié)點集合；J_i：表示與節(jié)點i相連的所有相鄰節(jié)點集合；表示從其他相鄰節(jié)點流入到節(jié)點i的總功率；表示從節(jié)點i流出到其他相鄰節(jié)點的總功率；

4)受端換流站負荷平衡約束：

式中，為下網(wǎng)功率；D_i(t)為t時段的受端負荷；I_out為直流電網(wǎng)系統(tǒng)中的受端換流站集合。

進一步的，將運行優(yōu)化模型代入到商業(yè)優(yōu)化求解包CPLEX，得到調度時段內新能源的最大接納量，及新能源、常規(guī)火電機組和抽蓄電站的最優(yōu)發(fā)電運行方式。

一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化裝置，所述裝置包括：

建模單元，根據(jù)預先采集的多端柔性直流電網(wǎng)的拓撲結構信息建立新能源發(fā)電方式運行優(yōu)化模型；

求解單元，用于根據(jù)商業(yè)優(yōu)化求解包求解的運行優(yōu)化模型獲取最優(yōu)發(fā)電方式。

進一步的，所述建模單元包括：

信息采集單元，用于采集新能源、火電機組和抽蓄電站所連接的送端換流站節(jié)點位置信息和負荷連接的受端換流站節(jié)點位置信息；采集調度時段內新能源的預測出力值和負荷預測值，調度開始時段的常規(guī)機組初始狀態(tài)、抽蓄電站上水庫的初始儲水量，以及直流電網(wǎng)換流站的最大換流容量、線路長度和線損率；

約束模塊，用于制定新能源出力約束、火電機組運行約束、抽蓄電站運行約束、傳輸線約束、送端換流和受端換流站換流約束。

與最接近的現(xiàn)有技術比，本發(fā)明提供的技術方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明提供的技術方案基于網(wǎng)絡流優(yōu)化原理，在目標函數(shù)中引入線損懲罰項，有效避免了功率潮流在環(huán)形結構的柔性直流電網(wǎng)中出現(xiàn)循環(huán)流動的情況，且避免了引入不必要的整數(shù)變量來判斷線路上的功率潮流流向，進一步降低了優(yōu)化模型的求解難度。

2、本發(fā)明提供的技術方案的優(yōu)化模型通過引入0-1整數(shù)變量，將物理系統(tǒng)中的非線性運行約束進行了等效線性化處理，大大降低了優(yōu)化模型的求解難度。

3、本發(fā)明提供的技術方案的優(yōu)化模型中考慮新能源發(fā)電、多端柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)、常規(guī)火電機組和抽蓄電站的運行限制，通過求解該優(yōu)化模型得到調度時段內新能源的最大接納量及其相應的新能源、常規(guī)火電機組和抽蓄電站的最優(yōu)發(fā)電運行方式。

4、本發(fā)明提供的技術方案能夠滿足系統(tǒng)優(yōu)化調度的需要，通過對新能源發(fā)電與多端柔性直流電網(wǎng)進行混合建模，優(yōu)化多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行方式，充分利用多端柔性直流電網(wǎng)靈活的潮流控制能力，發(fā)揮了常規(guī)機組和抽蓄電站的調節(jié)作用，實現(xiàn)了新能源的最大化消納，為電網(wǎng)的調度運行提供指導。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的傳輸線示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的送端換流站示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的受端換流站示意圖。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖，以具體實施例的方式詳細介紹本發(fā)明提供的技術方案。

本發(fā)明提供了一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化方法，模型中引入0-1整數(shù)變量用于將運行優(yōu)化模型中的非線性物理限制因素進行線性化，并且通過在目標函數(shù)中增加線損的懲罰項來避免功率潮流在環(huán)形結構的多端柔性直流電網(wǎng)中循環(huán)流動，實現(xiàn)優(yōu)化模型的快速、有效求解；本發(fā)明提供的優(yōu)化模型也適用于非環(huán)網(wǎng)結構的多端柔性直流電網(wǎng)。

本發(fā)明提供的混合發(fā)電方式的優(yōu)化方法具體包括：

1、讀取當前多端柔性直流電網(wǎng)的拓撲結構；

確定新能源、火電機組和抽蓄電站所連接的送端換流站節(jié)點位置信息和負荷所連接的受端換流站節(jié)點位置信息；

讀取新能源在調度時段內的預測出力值和負荷預測值，常規(guī)機組在調度開始時段的初始狀態(tài)、抽蓄電站上水庫初始儲水量，以及直流電網(wǎng)換流站最大換流容量、線路長度和線損率；

2、建立的多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化模型；

模型的優(yōu)化目標為多端柔性直流系統(tǒng)在整個調度時段內的新能源發(fā)電量和線損量懲罰項之間的差最大：

式中，表示接入柔性直流電網(wǎng)的新能源總發(fā)電量；T：為所考慮時段數(shù)；I_RN；多端柔性直流電網(wǎng)中接入新能源的送端換流站的節(jié)點集合；和分別為t時刻接入送端換流站i的風電和光伏發(fā)電出力；：線路總損耗的懲罰項；a：懲罰因子；ε_i,j(t)：t時刻線路(i,j)上的功率的損耗；ε_j,i(t)：t時刻線路(j,i)上的功率的損耗；I為直流電網(wǎng)中的節(jié)點集合：J_i：與節(jié)點i相連的所有節(jié)點集合。

通過該目標函數(shù)，可以實現(xiàn)整個調度時段內多端柔性直流電網(wǎng)的新能源接納量最大，同時通過線損懲罰項可以最大限度的降低電網(wǎng)內線路的損耗，避免在環(huán)形結構的柔性直流電網(wǎng)中出現(xiàn)潮流循環(huán)流動的情況。

優(yōu)化模型的約束條件包括：新能源出力約束、火電機組運行約束、抽蓄電站運行約束、傳輸線約束、送端和受端換流站換流容量約束、送端換流站功率平衡約束、受端換流站負荷平衡約束。具體形式如下：

1)新能源出力約束如下式所示：

式中，P_i^W(t)和P_i^V(t)：分別為t時刻風電和光伏發(fā)電的最大出力。

2)火電機組運行約束如下式所示：

火電機組運行約束包括機組出力約束、爬坡約束、最小啟停機時間約束和啟停機狀態(tài)約束，具體如下：

(2-1)機組出力約束

X_i(t)·P_i^min≤p_i(t)≤X_i(t)·P_i^max,i∈I_TH

式中，I_TH為接入火電機組的多端柔性直流電網(wǎng)節(jié)點集合；p_i(t)為節(jié)點i所接入的火電機組在t時刻的出力；P_i^min和P_i^max為火電機組的最小和最大技術出力；X_i(t)為0-1整數(shù)變量，表示t時刻火電機組的運行狀態(tài)，1表示機組正在運行，0表示沒有運行。

(2-2)爬坡約束

式中，和分別表示機組的最大爬升和爬降功率。

(2-3)最小啟停機時間約束

式中，Y_i(t)和Z_i(t)為t時段機組的啟動狀態(tài)和停機狀態(tài)，均為0-1整數(shù)變量。對于Y_i(t)＝0表示不在啟動狀態(tài)，Y_i(t)＝1表示正在啟動；Z_i(t)＝0表示不在停機狀態(tài)，Z_i(t)＝1表示正在停機；k_i表示機組的最小啟動時間或最小停機時間。

(2-4)啟停機狀態(tài)約束

以上一組等式及不等式共同組成了對機組啟停和運行狀態(tài)的邏輯約束，以保證機組的各狀態(tài)變量是符合邏輯的。

3)抽蓄電站運行約束

抽蓄電站的運行約束包括：發(fā)電功率約束、抽水功率約束、運行狀態(tài)約束和庫容約束。具體如下：

(3-1)發(fā)電功率約束

式中，I_CX為多端柔性直流電網(wǎng)中接入抽蓄電站的節(jié)點集合，為抽蓄電站在t時段的發(fā)電功率，和為抽蓄電站的最小和最大發(fā)電功率，SX_i(t)為0-1整數(shù)變量，表示抽蓄電站的運行狀態(tài)，SX_i(t)＝1表示抽蓄電站處于發(fā)電狀態(tài)，SX_i(t)＝0表示抽蓄電站未發(fā)電。

(3-2)抽水功率約束

式中，為抽蓄電站在t時段的抽水功率，和為抽蓄電站的最小和最大抽水功率，SY_i(t)為0-1整數(shù)變量，表示抽蓄電站的運行狀態(tài)，SY_i(t)＝1表示抽蓄電站處于抽水狀態(tài)，SY_i(t)＝0表示抽蓄電站未抽水。

(3-3)運行狀態(tài)約束

0≤SX_i(t)+SY_i(t)≤1,i∈I_CX

該約束表明抽蓄電站至多只能處于抽水或發(fā)電的一種狀態(tài)。

(3-4)庫容約束

式中，W_i⁰(t)：抽蓄電站上水庫在t時段的初始儲水量；W_i^end(t)：抽蓄電站上水庫在t時段末的儲水量；W_i^end(t-1)：表示抽蓄電站上水庫在t-1時段末的儲水量；W_i^Initial：抽蓄電站上水庫在第一個時段的初始儲水量；η_G和η_S：分別為抽蓄電站發(fā)電和抽水時的平均水量/電量轉換系數(shù)。

4)傳輸線約束

傳輸線的結構示意圖見附圖1所示，傳輸線約束具體包括線損約束和傳輸安全約束：

(4-1)線損約束

式中，為線路(i,j)上從節(jié)點i流出的功率；為線路(i,j)上流入到節(jié)點j的功率；ε_i,j(t)：線路(i,j)上的線損功率；α_i,j為線路(i,j)的線損率；L_i,j：線路(i,j)的傳輸距離；為線路(j,i)上從節(jié)點j流出的功率；為線路(j,i)上流入到節(jié)點i的功率；ε_j,i(t)：線路(j,i)上的線損功率；α_j,i為線路(j,i)的線損率；L_j,i：線路(j,i)的傳輸距離；

(4-2)傳輸安全約束

式中，為線路(i,j)上的最大傳輸功；為線路(j,i)上的最大傳輸功率。

如圖1中所示，線路(i,j)和線路(j,i)本質上屬于同一條物理線路，即節(jié)點i和節(jié)點j之間的線路上存在著和兩組流向相反的功率潮流變量，由于優(yōu)化目標中存在線損的懲罰項，根據(jù)網(wǎng)絡流優(yōu)化原理，可以使得最優(yōu)解中的一組功率潮流變量自動變?yōu)?，從而不需要再引入整數(shù)變量來強制其中一組功率潮流為0。

5)送端換流站換流容量約束

送端換流站的示意圖見附圖2。對送端換流站來說，上網(wǎng)功率應不大于其最大換流容量，即：

式中，P_i^bin為送端換流站的最大換流容量。

6)受端換流站換流容量約束

受端換流站的示意圖見附圖3。對受端換流站來說，下網(wǎng)功率應不大于其最大換流容量，即：

式中，P_i^bout為受端換流站的最大換流容量，為下網(wǎng)功率，I_out為多端柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)中的受端換流站集合。

7)送端換流站功率平衡約束

8)受端換流站負荷平衡約束

式中，D_i(t)為t時段的受端負荷。

以上各式即組成了新能源與多端柔性直流電網(wǎng)混合的發(fā)電運行方式優(yōu)化模型，該數(shù)學模型中的優(yōu)化變量為：ε_i,j(t)、p_i(t)、X_i(t)、Y_i(t)、Z_i(t)、SX_i(t)、SY_i(t)、和

3、基于邊界條件信息，采用商業(yè)優(yōu)化求解包對優(yōu)化模型進行求解，得到調度時段內新能源的最大接納量及其所對應的新能源、常規(guī)火電機組和抽蓄電站的最優(yōu)發(fā)電運行方式。

該優(yōu)化模型為典型的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，可以利用商業(yè)優(yōu)化包來直接進行求解，通過求解該模型，可以得到在調度時段內新能源、常規(guī)機組、抽蓄電站的最優(yōu)發(fā)電運行方式，以及新能源的最大發(fā)電量。

一種多端柔性直流電網(wǎng)中新能源發(fā)電運行優(yōu)化裝置，所述裝置包括：

建模單元，根據(jù)預先采集的直流電網(wǎng)的拓撲結構信息建立新能源發(fā)電方式運行優(yōu)化模型；

求解單元，用于根據(jù)商業(yè)優(yōu)化求解包求解的運行優(yōu)化模型獲取最優(yōu)發(fā)電方式。

進一步的，所述建模單元包括：

信息采集單元，用于采集新能源、火電機組和抽蓄電站所連接的送端換流站節(jié)點位置信息和負荷連接的受端換流站節(jié)點位置信息；采集調度時段內新能源的預測出力值和負荷預測值，調度開始時段的常規(guī)機組初始狀態(tài)、抽蓄電站上水庫的初始儲水量，以及直流電網(wǎng)的換流站最大換流容量、線路長度和線損率；

約束模塊，用于制定新能源出力約束、火電機組運行約束、抽蓄電站運行約束、傳輸線約束、送端換流和受端換流站換流約束。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。