本發(fā)明涉及輸電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)對(duì)高壓直流輸電的推進(jìn)，多條特高壓交流、直流輸電線路落點(diǎn)上海，使得上海電網(wǎng)的受電比例不斷攀升。以上海為典型的大都市，用電需求量大，用電負(fù)荷具有典型的城市電網(wǎng)負(fù)荷特征：用電總負(fù)荷大；平均負(fù)荷密度高；用電峰谷差逐年拉大，致使電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題凸顯。由于電網(wǎng)受電比例攀升，同時(shí)受電網(wǎng)削峰填谷等措施影響，迫使大量本地火電機(jī)組超常規(guī)調(diào)峰甚至停機(jī)，從而導(dǎo)致了電網(wǎng)“強(qiáng)饋入弱開(kāi)機(jī)”的運(yùn)行方式，造成上海電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功備用容量大幅降低，對(duì)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定造成負(fù)面影響。

在電網(wǎng)受電比例高達(dá)總用電負(fù)荷40％的運(yùn)行現(xiàn)狀下，為了保證電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，本地發(fā)電機(jī)組必須保持低負(fù)荷運(yùn)行，使得本地機(jī)組發(fā)電單位能耗和單位污染物排放量較高，并且長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行給發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)更高風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。有必要通過(guò)合理安排“強(qiáng)饋入弱開(kāi)機(jī)”條件下本地機(jī)組的運(yùn)行方式，減少機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)間，從而保證電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性并減小污染排放。

目前電網(wǎng)中機(jī)組的開(kāi)機(jī)方式安排通常只考慮電力平衡和潮流越限，很少考慮電壓穩(wěn)定性和調(diào)峰需求。本文結(jié)合上海電網(wǎng)“強(qiáng)饋入弱開(kāi)機(jī)”運(yùn)行方式情況，充分考慮靜態(tài)、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的前提下，通過(guò)電力平衡分析，系統(tǒng)潮流分析，電壓穩(wěn)定分析，調(diào)峰平衡分析以及電量置換措施確定本地機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)規(guī)模，進(jìn)行機(jī)組開(kāi)機(jī)方式的合理安排，在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的同時(shí)，保證電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，通過(guò)統(tǒng)籌考慮電力平衡需求、潮流控制需求、電壓穩(wěn)定需求、調(diào)峰要求的多重因素，合理安排電網(wǎng)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式，確保城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有邏輯結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用合理的優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，以確定電網(wǎng)本地機(jī)組的最優(yōu)開(kāi)機(jī)規(guī)模，其特征是，包含以下步驟：

S1、以包括正常運(yùn)行情況及重負(fù)荷情況下的潮流等式約束以及不等式約束作為約束條件，建立考慮電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

S2、對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行二進(jìn)制編碼，生成初始種群，并采用自適應(yīng)遺傳算法和連續(xù)潮流算法相結(jié)合的混合算法求解確定滿足電力平衡、潮流平衡以及電壓穩(wěn)定性條件下的最優(yōu)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式；

S3、對(duì)步驟S2獲得的最優(yōu)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式進(jìn)行調(diào)峰平衡分析，并通過(guò)電量置換及機(jī)組調(diào)整措施確定本地機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)規(guī)模。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述的步驟S1中：

建立數(shù)學(xué)模型時(shí)將電力系統(tǒng)的最大電壓穩(wěn)定裕度作為目標(biāo)函數(shù)。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其特征是，所述的步驟S1具體包含：

以電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度最大作為數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，以正常運(yùn)行情況及重負(fù)荷情況下的潮流等式約束以及包含節(jié)點(diǎn)電壓約束、發(fā)電機(jī)有功出力約束、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力約束以及線路潮流約束的不等式約束作為約束條件建立考慮電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式的數(shù)學(xué)模型；

所述的目標(biāo)函數(shù)為：

min-λ；

所述的約束條件為：

正常運(yùn)行方式下：

重負(fù)荷運(yùn)行方式下：

P_Gi(λ)＝P_Gi(0)(1+λ)

Q_Gi(λ)＝Q_Gi(0)(1+λ)

U_i,min≤U_i≤U_i,max(i∈S_B)

P_Gi,min≤P_Gi≤P_Gi,max(i∈S_G)

Q_Gi,min≤Q_Gi≤Q_Gi,max(i∈S_G)

式中，λ為系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度；P_Gi、Q_Gi為發(fā)電機(jī)i的有功、無(wú)功出力；P_Di、Q_Di為節(jié)點(diǎn)i的有功、無(wú)功負(fù)荷；U_i、θ_i和U_j、θ_j分別為節(jié)點(diǎn)i電壓幅值、相角和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值、相角，且θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij、B_ij分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣第i行，第j列的實(shí)部和虛部；P_Di(λ)、Q_Di(λ)分別為重負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷情況；P_Gi(λ)、Q_Gi(λ)分別為重負(fù)荷狀態(tài)下發(fā)電機(jī)i的出力情況；P_Di(0)、Q_Di(0)分別為節(jié)點(diǎn)i的基本有功負(fù)荷和基本無(wú)功負(fù)荷；S為規(guī)定λ適當(dāng)比例的視在功率；為節(jié)點(diǎn)i負(fù)荷變化的功率因數(shù)角；P_Gi(0)、Q_Gi(0)分別為發(fā)電機(jī)i的基本有功出力和基本無(wú)功出力；U_i,max、U_i,min分別是節(jié)點(diǎn)i電壓上下限；P_G,max、P_G,min和Q_G,max、Q_G,min分別發(fā)電機(jī)i有功、無(wú)功出力上下限；S_B為系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)集合；S_G為所有發(fā)電機(jī)集合；S_l為所有支路線路集合；P_ij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的線路的有功潮流。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述步驟S2中：

電壓穩(wěn)定裕度是指負(fù)荷不斷增加直到系統(tǒng)處于穩(wěn)定臨界點(diǎn)時(shí)的負(fù)荷水平與當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的負(fù)荷水平之差。

電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算公式為：

式中，P_max為臨界狀態(tài)下的極限有功負(fù)荷，P₀為當(dāng)前運(yùn)行方式下的有功負(fù)荷。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述的步驟S3具體包含：

對(duì)步驟S2獲得的最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式進(jìn)行調(diào)峰平衡分析，評(píng)估該開(kāi)機(jī)方式在低谷時(shí)段的調(diào)峰平衡是否存在缺口，若存在缺口，則在低谷時(shí)段通過(guò)用電量置換和機(jī)組調(diào)停來(lái)確定本地機(jī)組的最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)統(tǒng)籌考慮電力平衡需求、潮流控制需求、電壓穩(wěn)定需求、調(diào)峰要求的多重因素，合理安排電網(wǎng)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式，確保城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有邏輯結(jié)構(gòu)清晰、實(shí)用合理的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的PV曲線圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的基于PV曲線的連續(xù)潮流計(jì)算過(guò)程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的混合算法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

本發(fā)明提出了一種考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，以確定電網(wǎng)本地機(jī)組的最優(yōu)開(kāi)機(jī)規(guī)模，如圖1所示，該方法包含以下步驟：

S1、以包括正常運(yùn)行情況及重負(fù)荷情況下的潮流等式約束以及不等式約束作為約束條件，建立考慮電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

S2、對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行二進(jìn)制編碼，生成初始種群，并采用自適應(yīng)遺傳算法和連續(xù)潮流法相結(jié)合的混合算法進(jìn)行全局尋優(yōu)，求解確定滿足電力平衡、潮流平衡以及電壓穩(wěn)定性條件下的最優(yōu)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式；

S3、對(duì)步驟S2獲得的最優(yōu)機(jī)組開(kāi)機(jī)方式進(jìn)行調(diào)峰平分析，并通過(guò)電量置換及機(jī)組調(diào)整措施確定本地機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)規(guī)模。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述的步驟S1中：建立數(shù)學(xué)模型時(shí)將電力系統(tǒng)的最大電壓穩(wěn)定裕度作為目標(biāo)函數(shù),保證電網(wǎng)運(yùn)行的電壓穩(wěn)定性。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述的步驟S1具體包含：以電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度最大作為數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)函數(shù)，以正常運(yùn)行情況及重負(fù)荷情況下的潮流等式約束以及不等式約束(節(jié)點(diǎn)電壓約束，發(fā)電機(jī)有功出力約束，發(fā)電機(jī)無(wú)功出力約束以及線路潮流約束)作為約束條件建立考慮電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式的數(shù)學(xué)模型；

所述的目標(biāo)函數(shù)為：

min-λ；

所述的約束條件為：

正常運(yùn)行方式下：

重負(fù)荷運(yùn)行方式下：

P_Gi(λ)＝P_Gi(0)(1+λ)

Q_Gi(λ)＝Q_Gi(0)(1+λ)

U_i,min≤U_i≤U_i,max(i∈S_B)

P_Gi,min≤P_Gi≤P_Gi,max(i∈S_G)

Q_Gi,min≤Q_Gi≤Q_Gi,max(i∈S_G)

式中，λ為系統(tǒng)電壓穩(wěn)定裕度；P_Gi、Q_Gi為發(fā)電機(jī)i的有功、無(wú)功出力；P_Di、Q_Di為節(jié)點(diǎn)i的有功、無(wú)功負(fù)荷；U_i、θ_i和U_j、θ_j分別為節(jié)點(diǎn)i電壓幅值、相角和節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值、相角，且θ_ij＝θ_i-θ_j；G_ij、B_ij分別為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣第i行，第j列的實(shí)部和虛部；P_Di(λ)、Q_Di(λ)分別為重負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷情況；P_Gi(λ)、Q_Gi(λ)分別為重負(fù)荷狀態(tài)下發(fā)電機(jī)i的出力情況；P_Di(0)、Q_Di(0)分別為節(jié)點(diǎn)i的基本有功負(fù)荷和基本無(wú)功負(fù)荷；S為規(guī)定λ適當(dāng)比例的視在功率，節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷變化率的乘子；S為規(guī)定λ適當(dāng)比例的視在功率；為節(jié)點(diǎn)i負(fù)荷變化的功率因數(shù)角；P_Gi(0)、Q_Gi(0)分別為發(fā)電機(jī)i的基本出力；k_Gi指定了隨著λ變化，發(fā)電機(jī)i的出力變化率的乘子；U_i,max、U_i,min分別是節(jié)點(diǎn)i電壓上下限；P_G,max、P_G,min和Q_G,max、Q_G,min分別發(fā)電機(jī)i有功、無(wú)功出力上下限；S_B為系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)集合；S_G為所有發(fā)電機(jī)集合；S_l為所有支路線路集合；P_ij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的線路的有功潮流。

本實(shí)施例中，電壓穩(wěn)定裕度是指負(fù)荷不斷增加直到系統(tǒng)處于穩(wěn)定臨界點(diǎn)時(shí)的負(fù)荷水平與當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的負(fù)荷水平之差。所述的PV曲線如圖2所示，通過(guò)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)與臨界運(yùn)行點(diǎn)間的有功功率差，即負(fù)荷裕度衡量系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性優(yōu)劣。

上述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述步驟S2中：

電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算公式為：

式中，P_max為臨界狀態(tài)下的極限有功負(fù)荷，P₀為當(dāng)前運(yùn)行方式下的有功負(fù)荷由原始數(shù)據(jù)提供，P_max通過(guò)連續(xù)潮流計(jì)算獲得，λ表示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)負(fù)荷裕度，λ越小表示當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)距極限運(yùn)行越接近，即承受負(fù)荷功率變化的能力越弱，根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，正常、檢修狀態(tài)下負(fù)荷裕度不小于8％，其他故障情況下負(fù)荷裕度不小于5％。

步驟S2中的連續(xù)潮流算法是通過(guò)預(yù)估，不斷增加系統(tǒng)的負(fù)荷，再對(duì)預(yù)估值進(jìn)行修正，得到隨負(fù)荷不斷變化的潮流解，以求得系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)下的極限有功負(fù)荷，主要可分為：參數(shù)化、預(yù)估、校正、步長(zhǎng)四個(gè)步驟，具體迭代過(guò)程如圖3所示。首先，利用基本潮流，求得初始解A，通過(guò)正切預(yù)測(cè)值估計(jì)負(fù)荷增長(zhǎng)后的解B，然后，用校正步對(duì)B值就行潮流計(jì)算確定精確解C，不斷重復(fù)上述過(guò)程，當(dāng)估計(jì)負(fù)荷D超過(guò)最大系統(tǒng)負(fù)荷，說(shuō)明校正步不收斂，此時(shí)保持節(jié)點(diǎn)電壓不變，進(jìn)行修正得到解E。當(dāng)?shù)竭_(dá)負(fù)荷臨界極限時(shí)，為確定準(zhǔn)確的最大負(fù)荷，需要逐漸減小負(fù)荷預(yù)測(cè)的步長(zhǎng)。

步驟S2中自適應(yīng)遺傳算法和連續(xù)潮流法相結(jié)合的混合算法，通過(guò)遺傳算法二進(jìn)制編碼方式，生成初始種群；利用選擇、交叉、變異操作對(duì)種群進(jìn)行尋優(yōu)迭代過(guò)程，求解最優(yōu)個(gè)體；在尋優(yōu)過(guò)程中，利用連續(xù)潮流算法來(lái)求解作為衡量種群中個(gè)體優(yōu)劣的適應(yīng)度，即電壓穩(wěn)定裕度。具體計(jì)算步驟如圖4所示，具體包含以下步驟：

步驟S2.1：輸入系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)；

步驟S2.2：生成初始種群P：利用遺傳算法對(duì)機(jī)組進(jìn)行二進(jìn)制編碼生成初始種群。其中，基因值為1表示機(jī)組開(kāi)啟狀態(tài)，0則表示機(jī)組停用狀態(tài)。染色體的長(zhǎng)度應(yīng)該等于機(jī)組的總數(shù)，每個(gè)染色體則表示一種機(jī)組開(kāi)機(jī)優(yōu)化方案。

步驟S2.3：對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行校驗(yàn)是否滿足調(diào)峰平衡需求，若不滿足，則重新生成新個(gè)體。

步驟S2.4：計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度V：利用連續(xù)潮流法求解種群P中個(gè)體的適應(yīng)度V(即系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定裕度λ)并進(jìn)行排序，過(guò)程中，需要使用如圖2所示的PV曲線；

步驟S2.5：依次執(zhí)行選擇操作、交叉操作、變異操作，生成子代；

步驟S2.6：對(duì)生成的子代進(jìn)行校驗(yàn)是否滿足調(diào)峰平衡需求，若不滿足，則用生成子代中滿足要求的適應(yīng)度最高的個(gè)體替代；若滿足，返回步驟S2.3，并多次重復(fù)進(jìn)行步驟S2.3、S2.4、S2.5操作；

步驟S2.7：當(dāng)達(dá)到進(jìn)化最大次數(shù)時(shí)，得出最優(yōu)解。

其中，步驟S2.4在進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算時(shí)，需要進(jìn)行以下操作：

步驟S2.41：參數(shù)化：采用局部參數(shù)化方法，使控制參數(shù)γ或狀態(tài)變量x中的任何分量x_k將解曲線參數(shù)化，這是步長(zhǎng)為dλ或dx_k；

步驟S2.42：預(yù)估：找到下一個(gè)解的近似解，在連續(xù)潮流過(guò)程中的第i步，已知潮流方程f(x,γ)＝0的解(x⁽ⁱ⁾,γ⁽ⁱ⁾)，預(yù)估就是找出下一個(gè)解(x⁽ⁱ⁺¹⁾,γ⁽ⁱ⁺¹⁾)的近似解

步驟S2.43：校正：以預(yù)估得到的近似解作為初始值進(jìn)行校正。

所述的考慮電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的機(jī)組最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式安排方法，其中，所述的步驟S4具體包含：對(duì)步驟S2獲得的最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式進(jìn)行調(diào)峰平衡分析以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)峰谷差大的問(wèn)題，評(píng)估該開(kāi)機(jī)方式在低谷時(shí)段的調(diào)峰平衡是否存在缺口，若存在缺口，則在低谷時(shí)段通過(guò)用電量置換和機(jī)組調(diào)停來(lái)確定本地機(jī)組的最優(yōu)開(kāi)機(jī)方式。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。