考慮區(qū)間支援和斷面約束的電力系統(tǒng)運行備用分區(qū)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)運行備用優(yōu)化方法，特別涉及一種考慮區(qū)間支援和斷面 約束的電力系統(tǒng)運行備用分區(qū)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)運行備用是維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，保證電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟運行必不可少的技術(shù) 手段。電網(wǎng)運行中應(yīng)留有一定的電力電量儲備，以應(yīng)付負荷突然變動、電網(wǎng)故障、發(fā)電設(shè)備 隨機停運等情況的出現(xiàn)，從而將電力供需矛盾給社會和企業(yè)帶來的不利影響降至最低程 度。一般備用容量占系統(tǒng)總負荷的比例越高，系統(tǒng)的供電可靠性越高，但是備用容量預(yù)留過 多，會造成發(fā)電設(shè)備利用率低，影響系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。我國電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，地區(qū)電網(wǎng) 規(guī)模越來越大，區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)程度日益緊密，超、特高壓交直流快速發(fā)展，單回大容量傳輸 通道逐漸增多，增加了系統(tǒng)運行的不確定性，為了維護電力系統(tǒng)的安全性和供電可靠性，對 新發(fā)展形勢下電力系統(tǒng)備用的配置提出了新的需求，特別是電力系統(tǒng)備用分區(qū)優(yōu)化方法面 臨新的挑戰(zhàn)。
[0003] 目前電力系統(tǒng)備用容量一般采用確定性方法或概率性方法來確定，其中確定性方 法是按照系統(tǒng)內(nèi)最大機組容量或系統(tǒng)高峰負荷的一定比例來確定備用容量。這種方法是一 種基于運行經(jīng)驗的方法，沒有考慮系統(tǒng)的全部參數(shù)，可能造成備用冗余和資源浪費。隨著對 電力系統(tǒng)可靠性要求的提高，利用確定性準則來確定電力系統(tǒng)備用容量顯得過于粗糙，越 來越多的電網(wǎng)公司采用概率性方法確定電力系統(tǒng)的備用容量。概率性方法是在定量分析電 力系統(tǒng)可靠性指標的基礎(chǔ)上，依據(jù)可靠性準則來判定系統(tǒng)預(yù)留的備用容量是否合理，但是 這種方法無法為經(jīng)濟性提供量化支持。同時這兩種方法并沒有解決備用容量如何在各發(fā)電 機組上的分配問題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對于電力系統(tǒng)備用容量的優(yōu)化方法進行了一系列 研究，主要是考慮了供電不確定性、聯(lián)絡(luò)線功率約束、預(yù)想事故等因素，結(jié)合經(jīng)濟性指標對 備用容量，特別是10分鐘旋轉(zhuǎn)備用進行了優(yōu)化。然而旋轉(zhuǎn)備用只是運行備用中的一種，為了 更好地維護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，提高資源的優(yōu)化配置，需要對負荷備用、旋轉(zhuǎn)備用、事故備 用等多種類型的運行備用進行協(xié)調(diào)優(yōu)化。與此同時，由于電網(wǎng)存在電源和負荷分布不均勻 的問題，為了充分利用電網(wǎng)內(nèi)部各分區(qū)之間的備用支援能力，電網(wǎng)備用分區(qū)優(yōu)化方法是未 來備用優(yōu)化的重要發(fā)展方向，對電網(wǎng)實際規(guī)劃和運行有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種考慮區(qū)間支援和斷面約束的電力系統(tǒng)運行備用分區(qū) 優(yōu)化方法，以經(jīng)濟性最優(yōu)為目標，對多種類型的運行備用進行優(yōu)化并得到電網(wǎng)內(nèi)部各分區(qū) 發(fā)電出力和各種類型備用容量的分配方式。
[0005] 步驟1:確定所需優(yōu)化的運行備用類型以及對各種類型備用在容量和響應(yīng)時間上 的需求;所需優(yōu)化的運行備用分為負荷備用和事故備用兩大類，其中事故備用由旋轉(zhuǎn)備用 和快速啟動冷備用兩部分組成；
[0006] 步驟2:對調(diào)度管轄范圍內(nèi)的電力系統(tǒng)進行分區(qū)，統(tǒng)計各分區(qū)內(nèi)的發(fā)電機組信息， 并確定分區(qū)中備用的分配方式；
[0007] 步驟3:對所述電力系統(tǒng)外部的電力和備用支援作等效處理，經(jīng)過等效處理將所述 電力系統(tǒng)外部的電力和備用支援簡化為反映電力交易的若干個非核電在線等效發(fā)電機組； 將所述等效發(fā)電機組劃入同一個分區(qū)，并將該分區(qū)作為所述電力系統(tǒng)的一個分區(qū)；
[0008] 步驟4:以經(jīng)濟性最優(yōu)為目標函數(shù)建立電力系統(tǒng)備用分區(qū)的優(yōu)化模型；
[0009] 步驟5:根據(jù)所述電力系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)求解所述優(yōu)化模型，得出考慮區(qū)間支援和滿 足斷面約束后所述電力系統(tǒng)內(nèi)每臺發(fā)電機組的有功出力以及應(yīng)承擔(dān)的各種類型備用容量， 并進一步根據(jù)分區(qū)信息確定出所述電力系統(tǒng)內(nèi)每個分區(qū)總有功出力和應(yīng)承擔(dān)的各種類型 備用容量，同時得到所述電力系統(tǒng)外部應(yīng)支援的有功出力和備用容量;求解所述優(yōu)化模型 中考慮以下約束條件：功率平衡方程、發(fā)電機組輸出功率約束、各種類型備用的爬坡率約 束、各種類型備用的容量約束以及傳輸線和斷面功率約束，所述容量約束利用所述電力系 統(tǒng)內(nèi)部各分區(qū)相互的備用支援能力，將分區(qū)備用要求轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)整體備用要求。
[0010] 所述步驟1)中，負荷備用需要在5分鐘內(nèi)調(diào)出，容量取為最大發(fā)電負荷的2%~ 3%;而事故備用則需要在10分鐘內(nèi)調(diào)出，容量取為最大發(fā)電負荷的8%~10%，其中旋轉(zhuǎn)備 用容量不小于所述電力系統(tǒng)內(nèi)一臺最大發(fā)電機組的容量或最大N-1故障容量。
[0011] 所述步驟2)具體包括以下步驟:將所述電力系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機組分布情況按照供電 區(qū)和受電區(qū)劃分成不同的區(qū)域，或者根據(jù)地理位置和行政區(qū)劃分成不同的區(qū)域;然后，統(tǒng)計 每個分區(qū)中發(fā)電機組的類型、裝機容量、爬坡率以及開機狀態(tài);每個分區(qū)中，各種類型備用 的分配方式為：負荷備用和旋轉(zhuǎn)備用均由在線的非核電機組承擔(dān)，快速啟動冷備用則由非 在線的水電、氣電和抽水蓄能機組承擔(dān)。
[0012] 所述步驟3)中，對所述電力系統(tǒng)外部的電力和備用支援進行等效，簡化為位于所 述電力系統(tǒng)交直流落地點的單一發(fā)電機組，根據(jù)所述電力系統(tǒng)與外部電力系統(tǒng)的電能交易 計劃、交直流聯(lián)絡(luò)線傳輸功率限制、外部電力系統(tǒng)的備用支援能力以及外購電的費用，確 定等效發(fā)電機組容量的上下限、爬坡率以及發(fā)電和備用支援的成本。
[0013] 所述容量約束不是對于每個分區(qū)分別提出備用容量要求，而是所述電力系統(tǒng)在滿 足傳輸線功率和斷面功率限制的前提下，只需要整體所能提供的備用符合各種類型備用總 的容量要求即可。
[0014] 所述經(jīng)濟性最優(yōu)是指所述電力系統(tǒng)發(fā)電成本和備用成本總和最小，目標函數(shù)具體 如下式所示：
[0016] 其中，online為所述發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)所有在線發(fā)電機組的集合，Pi為第i臺在線發(fā)電機 組實際出力，為第i臺在線發(fā)電機組發(fā)電成本，loadh為第i臺在線發(fā)電機組承擔(dān)的 負荷備用，為第i臺在線發(fā)電機組的負荷備用成本，spirits為第i臺在線發(fā)電機組承擔(dān) 的旋轉(zhuǎn)備用，c spinR>1為第i臺在線發(fā)電機組的旋轉(zhuǎn)備用成本；
[0017] off line為所述發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)所有非在線但可以快速啟動的水電、氣電和抽水蓄能 機組的集合，rapidRi為第i臺非在線發(fā)電機組承擔(dān)的快速啟動冷備用，c rapidR,i為第i臺非在 線發(fā)電機組的快速啟動冷備用成本。
[0018] 所述功率平衡方程表示為：
[0019] X Pi=^Di i ^online i&S
[0020]其中，S為所有屬于所述電力系統(tǒng)的節(jié)點的集合，Di表示第i個節(jié)點的負荷；
[0021] 所述發(fā)電機組輸出功率約束表示為： I P + ioadR. -r sninR. < P. \ i i .T "i zmax ? _ j ? < / g online
[0022] \卩丨-loudR) f-''" 0 < rapidfi < i e offline
[0023] 其中，Pimax為第i臺發(fā)電機組的最大有功出力，Pimin為第i臺發(fā)電機組的最小技術(shù)出 力；
[0024] 所述各種類型備用的爬坡率約束表示為：
[0025] 0 < loadRi < 5 ? RampRatei online
[0026] 0 < spinRi < 10 ? RampRatei online
[0027] 0 < rapidRi < 10 ? RampRatei offline
[0028] 其中，RampRatei為第i臺發(fā)電機組的爬坡率；
[0029]所述各種類型備用的容量約束表示為：
[0033]其中，conh為第i臺發(fā)電機組提供的事故備用容量，A/^：1為所述電力系統(tǒng)最大N-1 故障容量;a取值為2%~3%取值為8%~10% ;
[0034]所述傳輸線功率約束表示為：
[0035] -Pknm< //' < i\ !liax
[0036] K = 11 H!i-(F+!oadRi+spinRi)+ V Hh-rapidR - i^online i&yffline i&S
[0037] 其中，lk為所述發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)第k條線路，^為備用響應(yīng)后第k條線路上的有功功率， Hkl為分布系數(shù)矩陣H第k行第i列元素，表示第i個節(jié)點的注入功率對第k條線路上的有功功 率的影響為第k條線路的最大傳輸功率；
[0038] 所述斷面功率約束表示為：<