本發(fā)明涉及電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種用于電力系統(tǒng)短期運行調(diào)度的含移相器電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度方法。。

背景技術(shù)：

新形勢下，風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電的廣泛接入以及節(jié)點負荷形式多元化發(fā)展使得電網(wǎng)運行中的不確定性因素增多，對電網(wǎng)調(diào)度提出了新的挑戰(zhàn)。為此，如何提高電網(wǎng)應(yīng)對擾動的能力，增強調(diào)度決策的魯棒性是當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度面臨的核心問題。作為電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流控制的重要手段，移相器可提高電網(wǎng)的輸送能力，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可控性。當(dāng)前如何充分利用電網(wǎng)運行的可控性促進不確定性的消納是當(dāng)前電網(wǎng)運行亟待解決的問題。

專利號為ZL201310384833.8的中國專利：“一種超高壓電網(wǎng)可控移相器優(yōu)化配置方法”，給出了一種超高壓電網(wǎng)可控移相器優(yōu)化配置方法，該方法具有提高電網(wǎng)輸送能力和電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率等優(yōu)點，但其主要是根據(jù)設(shè)定的電網(wǎng)潮流目標計算加裝可控移相器后的剛性需求和適應(yīng)性，并無涉及考慮移相器潮流控制的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度運行情況。專利號為ZL201310610999.7的中國專利：“一種實現(xiàn)電力系統(tǒng)魯棒運行的調(diào)度方法”，公開了一種實現(xiàn)電力系統(tǒng)魯棒運行的調(diào)度方法，其同時考慮預(yù)測信息、當(dāng)前運行信息和歷史運行信息的滾動協(xié)調(diào)技術(shù)，并獲得系統(tǒng)的魯棒運行區(qū)間，調(diào)動計劃不局限于唯一的預(yù)定數(shù)值，可以實現(xiàn)魯棒區(qū)間內(nèi)的靈活調(diào)度，但其并無考慮系統(tǒng)的備用響應(yīng)機制，調(diào)度結(jié)果難以保證實際不確定性場景下的可行性。專利號為ZL201410134744.2的中國專利：“一種基于有效靜態(tài)安全域的AGC機組實時調(diào)度方法”，公開了一種基于有效靜態(tài)安全域的自動發(fā)電控制機組實時調(diào)度方法，基于靜態(tài)安全域分析構(gòu)建了分別以系統(tǒng)平抑擾動能力最大化和以系統(tǒng)發(fā)電成本與備用成本最小化為優(yōu)先級目標的實時調(diào)度模型，能夠在保證不確定性下電網(wǎng)運行安全性前提下一定程度上提升電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，但該發(fā)明僅是針對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變下的單時段靜態(tài)調(diào)度，不確定性下實時調(diào)度的核心在于如何利用電網(wǎng)運行的可控性應(yīng)對時變比波動性問題，即適應(yīng)機組調(diào)節(jié)的速率問題，其并沒有涉及，因而具有一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含移相器電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度方法，可以考慮潮流控制設(shè)備-移相器的潮流控制作用，可考慮風(fēng)電、負荷功率的波動情況，又能考慮常規(guī)發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的二次備用響應(yīng)機制，實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度與自動發(fā)電控制的有機銜接，適應(yīng)于不確定性下風(fēng)儲共存于電網(wǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種含移相器的電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度方法，包括以下步驟：

(1)給定常規(guī)發(fā)電機組成本系數(shù)及出力上下限，移相器控制參數(shù)，輸電支路電抗值及最大傳輸容量，儲能系統(tǒng)控制參數(shù)，系統(tǒng)負荷、風(fēng)電功率的波動區(qū)間范圍；

(2)對移相器的潮流控制方式進行建模，由補償法構(gòu)建移相器注入形式的潮流模型；

(3)根據(jù)系統(tǒng)支路電抗和節(jié)點支路關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成系統(tǒng)節(jié)點注入轉(zhuǎn)移因子陣；

(4)考慮系統(tǒng)對不確定性的響應(yīng)機制，并結(jié)合發(fā)電機節(jié)點、儲能系統(tǒng)所在節(jié)點、負荷節(jié)點以及風(fēng)電場節(jié)點位置情況，形成發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下的系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移分布因子矩陣；

(5)將風(fēng)電、負荷等不確定量以仿射算術(shù)形式表達，進行優(yōu)化模型的構(gòu)建，優(yōu)化模型以系統(tǒng)發(fā)電成本和備用成本之和最小為目標并包括多個約束；

(6)對優(yōu)化模型中仿射區(qū)間形式的潮流約束進行處理，并采用混合整數(shù)二次規(guī)劃法對優(yōu)化模型進行求解，得到最終的常規(guī)發(fā)電機組各時段功率基點和參與因子、儲能系統(tǒng)充放電功率及其參與因子、移相器控制參數(shù)設(shè)定值。

進一步地，所述步驟(2)中，移相器的潮流控制方式可表示為：

式中，P_l,ij為移相器支路l的傳輸有功功率，其首末節(jié)點分別為節(jié)點i和節(jié)點j；B_l為移相器支路l電納；θ_i為節(jié)點i電壓相角；為移相器控制的支路l的相角偏移量，和分別為其上下限；N_PT表示移相器支路集合。

進一步地，所述步驟(2)中由補償法構(gòu)建移相器注入形式的潮流模型的處理方式為將式(1)和式(2)轉(zhuǎn)換為以下表達形式：

進一步地，所述步驟(3)中，節(jié)點注入轉(zhuǎn)移因子陣表達式為：

ψ＝B_LA(A^TB_LA)^-1 (7)

其中，B_L為支路電納對角陣，A為節(jié)點-支路關(guān)聯(lián)矩陣，上標“T”標記矩陣的轉(zhuǎn)置。注入轉(zhuǎn)移因子陣ψ中元素ψ_l,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，所述步驟(4)中，發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下的系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移分布因子表達式為：

其中，N_B為節(jié)點集合；N_G,j表示節(jié)點j上的常規(guī)發(fā)電機集合；N_s,j表示節(jié)點j上的儲能系統(tǒng)集合；表示實際中在發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子；β_g為常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；β_s為儲能系統(tǒng)s參與因子。

進一步地，所述步驟(5)中，將風(fēng)電、負荷等不確定量以仿射算術(shù)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Δε_d分別為負荷d功率預(yù)測期望值和不確定性區(qū)間寬度；和Δε_w分別為風(fēng)電場w預(yù)測功率期望值和不確定性區(qū)間寬度；N_W和N_D分別為風(fēng)電場集合、負荷集合。

進一步地，所述步驟(5)中，優(yōu)化模型中目標函數(shù)表達式為：

式中，N_T為時段集合；為常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；C_g(·)為機組g的發(fā)電成本二次特性函數(shù)，表達式為其中a_g、b_g和c_g為成本系數(shù)；和分別為機組g在時段t上調(diào)、下調(diào)二次調(diào)節(jié)備用容量，為其成本特性函數(shù)，表達式為為機組g二次調(diào)節(jié)備用容量成本系數(shù)。

進一步地，所述步驟(5)中，優(yōu)化模型中多個約束具體包括以下十一類約束：

1)輸出功率基點的潮流約束

其中，為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；N_S,i和N_E,i分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；N_W,i和N_D,i分別表示節(jié)點i上的風(fēng)電場集合和負荷集合。

2)電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用范圍約束

其中，和分別為儲能系統(tǒng)s在時段t上調(diào)、下調(diào)二次調(diào)節(jié)備用容量；式(13)表示最大向上旋轉(zhuǎn)備用應(yīng)不小于負荷與風(fēng)電的最大向上波動量；式(14)表示最大向下旋轉(zhuǎn)備用應(yīng)不小于負荷與風(fēng)電的最大向下波動量。

3)常規(guī)發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子范圍約束：

其中，表示時段t常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；表示時段t儲能系統(tǒng)s參與因子。

4)常規(guī)發(fā)電機組、儲能系統(tǒng)備用范圍約束：

5)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。

6)常規(guī)發(fā)電機組功率爬坡約束：

其中，r_g為機組輸出功率最大調(diào)整速率，Δτ為時段長度。表示初始時段發(fā)電機組g的輸出有功功率。

7)基點功率模式下儲能系統(tǒng)充放電范圍約束

其中，和分別表示基點功率模式下儲能系統(tǒng)s在t時段的充放電功率；和分別為儲能系統(tǒng)s的充放電功率上限值；二進制變量的引入是為了保證儲能系統(tǒng)在同一時間內(nèi)不能同時充放電。

8)區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)充放電范圍約束

9)基點功率模式下儲能系統(tǒng)電量范圍約束

其中，表示基點功率模式下儲能系統(tǒng)s在t時段的電量；和分別表示儲能系統(tǒng)s電量上下限；η_s,c和η_s,d分別為儲能系統(tǒng)充放電效率；表示儲能系統(tǒng)最后時段期望電量值。

10)區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)電量范圍約束

其中，和分別表示區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)s在t時段的最大、最小電量可能值。

11)電網(wǎng)功率傳輸安全約束

其中：

其中，為輸電支路l最大傳輸容量；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。

進一步地，所述步驟(6)中，對優(yōu)化模型中仿射區(qū)間形式的潮流約束進行處理是指引入輔助變量和將電網(wǎng)功率傳輸安全約束轉(zhuǎn)換為以下形式：

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明可用于潮流控制設(shè)備與電源運行方式的協(xié)調(diào)決策，能夠提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性；

(2)本發(fā)明可有效應(yīng)對風(fēng)電、負荷等不確定性，能提高系統(tǒng)運行的安全性；

(3)本發(fā)明可用于常規(guī)發(fā)電機組、儲能系統(tǒng)的基點功率計劃及其二次備用響應(yīng)參與因子，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度與自動發(fā)電控制的友好銜接，本發(fā)明與傳統(tǒng)的調(diào)度方法相比，克服傳統(tǒng)調(diào)度方法備用配置的保守性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種含移相器電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度方法，其具體包括如下步驟：

(1)給定常規(guī)發(fā)電機組成本系數(shù)及出力上下限，移相器控制參數(shù)，輸電支路電抗值及最大傳輸容量，儲能系統(tǒng)控制參數(shù)，系統(tǒng)負荷、風(fēng)電功率的波動區(qū)間范圍等計算參數(shù)；

(2)對移相器的潮流控制方式進行建模，由補償法構(gòu)建移相器注入形式的潮流模型；

移相器的潮流控制方式可表示為：

式中，P_l,ij為移相器支路l的傳輸有功功率，其首末節(jié)點分別為節(jié)點i和節(jié)點j；B_l為移相器支路l電納；θ_i為節(jié)點i電壓相角；為移相器控制的支路l的相角偏移量，和分別為其上下限；N_PT表示移相器支路集合。

由補償法構(gòu)建移相器注入形式的潮流模型的處理方式為將式(1)和式(2)轉(zhuǎn)換為以下表達形式：

(3)根據(jù)系統(tǒng)支路電抗和節(jié)點支路關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成系統(tǒng)節(jié)點注入轉(zhuǎn)移因子陣；

節(jié)點注入轉(zhuǎn)移因子陣表達式為：

ψ＝B_LA(A^TB_LA)^-1 (7)

其中，B_L為支路電納對角陣，A為節(jié)點-支路關(guān)聯(lián)矩陣，上標“T”標記矩陣的轉(zhuǎn)置。注入轉(zhuǎn)移因子陣ψ中元素ψ_l,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。

(4)考慮系統(tǒng)對不確定性的響應(yīng)機制，并結(jié)合發(fā)電機節(jié)點、儲能系統(tǒng)所在節(jié)點、負荷節(jié)點以及風(fēng)電場節(jié)點位置情況，形成發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下的系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移分布因子矩陣；

發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下的系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)移分布因子表達式為：

其中，N_B為節(jié)點集合；N_G,j表示節(jié)點j上的常規(guī)發(fā)電機集合；N_s,j表示節(jié)點j上的儲能系統(tǒng)集合；表示實際中在發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子共同引導(dǎo)下支路l傳輸功率對節(jié)點i注入功率的靈敏度因子；β_g為常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；β_s為儲能系統(tǒng)s參與因子。

(5)將風(fēng)電、負荷等不確定量以仿射算術(shù)形式表達，進行優(yōu)化模型的構(gòu)建，優(yōu)化模型以系統(tǒng)發(fā)電成本和備用成本之和最小為目標并包括多個約束；

將風(fēng)電、負荷等不確定量以仿射算術(shù)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Δε_d分別為負荷d功率預(yù)測期望值和不確定性區(qū)間寬度；和Δε_w分別為風(fēng)電場w預(yù)測功率期望值和不確定性區(qū)間寬度；N_W和N_D分別為風(fēng)電場集合、負荷集合。

優(yōu)化模型中目標函數(shù)表達式為：

式中，N_T為時段集合；為常規(guī)機組g在時段t輸出功率基點；C_g(·)為機組g的發(fā)電成本二次特性函數(shù)，表達式為其中a_g、b_g和c_g為成本系數(shù)；和分別為機組g在時段t上調(diào)、下調(diào)二次調(diào)節(jié)備用容量，為其成本特性函數(shù)，表達式為為機組g二次調(diào)節(jié)備用容量成本系數(shù)。

優(yōu)化模型中具體包括以下十一類約束：

1)輸出功率基點的潮流約束

其中，為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；N_S,i和N_E,i分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的傳輸支路集合；N_W,i和N_D,i分別表示節(jié)點i上的風(fēng)電場集合和負荷集合。

2)電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用范圍約束

其中，和分別為儲能系統(tǒng)s在時段t上調(diào)、下調(diào)二次調(diào)節(jié)備用容量；式(13)表示最大向上旋轉(zhuǎn)備用應(yīng)不小于負荷與風(fēng)電的最大向上波動量；式(14)表示最大向下旋轉(zhuǎn)備用應(yīng)不小于負荷與風(fēng)電的最大向下波動量。

3)常規(guī)發(fā)電機組和儲能系統(tǒng)的參與因子范圍約束：

其中，表示時段t常規(guī)發(fā)電機組g參與因子；表示時段t儲能系統(tǒng)s參與因子。

4)常規(guī)發(fā)電機組、儲能系統(tǒng)備用范圍約束：

5)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。

6)常規(guī)發(fā)電機組功率爬坡約束：

其中，r_g為機組輸出功率最大調(diào)整速率，Δτ為時段長度。表示初始時段發(fā)電機組g的輸出有功功率。

7)基點功率模式下儲能系統(tǒng)充放電范圍約束

其中，和分別表示基點功率模式下儲能系統(tǒng)s在t時段的充放電功率；和分別為儲能系統(tǒng)s的充放電功率上限值；二進制變量的引入是為了保證儲能系統(tǒng)在同一時間內(nèi)不能同時充放電。

8)區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)充放電范圍約束

9)基點功率模式下儲能系統(tǒng)電量范圍約束

其中，表示基點功率模式下儲能系統(tǒng)s在t時段的電量；和分別表示儲能系統(tǒng)s的電量上下限；η_s,c和η_s,d分別為儲能系統(tǒng)充放電效率；表示儲能系統(tǒng)最后時段期望電量值。

10)區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)電量范圍約束

其中，和分別表示區(qū)間不確定性下儲能系統(tǒng)s在t時段的最大、最小電量可能值。

11)電網(wǎng)功率傳輸安全約束

其中：

其中，為輸電支路l最大傳輸容量；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。

(6)對優(yōu)化模型中仿射區(qū)間形式的潮流約束進行處理，并采用混合整數(shù)二次規(guī)劃法對優(yōu)化模型進行求解，得到最終的常規(guī)發(fā)電機組各時段功率基點和參與因子、儲能系統(tǒng)充放電功率及其參與因子、移相器控制參數(shù)設(shè)定值。

對優(yōu)化模型中仿射區(qū)間形式的潮流約束進行處理是指引入輔助變量和將電網(wǎng)功率傳輸安全約束轉(zhuǎn)換為以下形式：