一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法，屬于電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：獲取機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；根據(jù)機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建機(jī)組組合的主模型及多個(gè)時(shí)段的子模型，采用線性混合整數(shù)規(guī)劃算法，求解機(jī)組組合主模型，得到主模型的最優(yōu)解，并傳遞至各子模型，采用非線性內(nèi)點(diǎn)法并行計(jì)算求解各子模型；若各個(gè)子模型的優(yōu)化目標(biāo)為0將所得結(jié)果作為該交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合的最優(yōu)解，將所得結(jié)果發(fā)放給各機(jī)組作為交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合計(jì)劃方案；本發(fā)明本發(fā)明可用于優(yōu)化含大量高壓直流輸電線接入的電網(wǎng)，顯著提升計(jì)算精確度，有效保障了發(fā)輸電計(jì)劃的安全性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
-種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互 聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，特高壓直流輸電技術(shù)在中國實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，大規(guī)模交直流互聯(lián)電網(wǎng) 在跨區(qū)、跨省資源配置和可再生能源消納方面正在發(fā)揮重要作用。隨著交直流互聯(lián)電網(wǎng)的 快速發(fā)展，傳統(tǒng)的安全約束機(jī)組組合計(jì)劃和直流輸電計(jì)劃已經(jīng)難W適應(yīng)未來發(fā)展的需求， 面臨巨大的挑戰(zhàn)。
[0003] 在交直流互聯(lián)電網(wǎng)中，由于直流輸電功率直接影響直流送受端電網(wǎng)機(jī)組的啟停和 發(fā)電計(jì)劃，而且直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式與電網(wǎng)有功、無功潮流分布關(guān)系密切，因而在制定次日 機(jī)組組合計(jì)劃時(shí)，必須建立交流潮流模型描述電網(wǎng)潮流分布約束，同時(shí)在發(fā)輸電計(jì)劃中精 細(xì)化考慮直流系統(tǒng)的非線性穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停和系統(tǒng)有功、無功平衡的協(xié)調(diào)優(yōu) 化，其模型、算法的復(fù)雜度遠(yuǎn)非傳統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃所能比擬。由于機(jī)組組合本身已屬于大規(guī)模復(fù) 雜混合整數(shù)規(guī)劃問題，若進(jìn)一步疊加交流潮流及直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行約束，將使得模型更加 復(fù)雜。
[0004] 同時(shí)，在實(shí)際工作中，上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)將優(yōu)化確定的直流輸電計(jì)劃下發(fā)下級(jí)調(diào)度機(jī) 構(gòu)，做為其確定區(qū)域內(nèi)機(jī)組組合和發(fā)電計(jì)劃的邊界條件。上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)在多區(qū)域機(jī)組組合 中為了減小問題規(guī)模、降低求解難度，只是簡(jiǎn)單考慮了直流潮流模型，雖然優(yōu)化結(jié)果中已包 含全網(wǎng)機(jī)組組合計(jì)劃，但是由于沒有兼顧無功電壓約束、沒有考慮直流系統(tǒng)運(yùn)行特性，其結(jié) 果可能造成局部無功缺額和電壓?jiǎn)栴}，因此交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合還必須能夠兼容考慮 各類直流聯(lián)絡(luò)線實(shí)用化約束，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流功率計(jì)劃的協(xié)調(diào)優(yōu)化和閉環(huán)反饋，進(jìn)一步增加了 該問題的復(fù)雜性。
[0005] 現(xiàn)有的安全約束機(jī)組組合(SCUC)問題一般僅基于直流潮流約束，優(yōu)化機(jī)組啟停和 發(fā)電計(jì)劃，不考慮節(jié)點(diǎn)電壓約束和交流網(wǎng)損。大量研究文獻(xiàn)采用拉格朗日乘子法、分支界定 法和分解協(xié)調(diào)方法解決該直流潮流SCUC問題。已有研究化OTFJOU A，SHAHIDE冊(cè)O(shè)UR M，F(xiàn)U Y,et al.Security-constrained unit commitment with AC/DC transmission systems (交直流電網(wǎng)安全約束機(jī)組組合）.IE邸IYansactions on化wer Systems,2010,25(1): 531-542.)提出了考慮交直流電網(wǎng)安全約束機(jī)組組合的求解方法，并提出了分解算法解決 該復(fù)雜優(yōu)化問題，但建模中沒有將直流系統(tǒng)狀態(tài)變量納入機(jī)組組合協(xié)調(diào)優(yōu)化，難W充分發(fā) 掘直流系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行潛力;沒有考慮直流運(yùn)行電量、直流運(yùn)行穩(wěn)定性等實(shí)用化約束條件， 沒有構(gòu)造考慮交流潮流和直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的直流聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃反饋校正約束，難W實(shí)現(xiàn)輸 電計(jì)劃和機(jī)組組合之間的閉環(huán)協(xié)調(diào);求解方法中提出線性化迭代的思路，計(jì)算效率難W滿 足實(shí)際應(yīng)用的需求。已有的中國發(fā)明專利申請(qǐng)文件(江全元，周博然，徐凱.一種高效求解含 有交流潮流的機(jī)組組合方法:浙江，CN102684190A[P]. 2012-09-19)提出了一種高效求解考 慮交流潮流機(jī)組組合的方法，該方法建立了考慮交流潮流的機(jī)組組合模型，并且提出了基 于擴(kuò)展拉格朗日法的求解方法。然而，該方法中未考慮直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束，難W滿足當(dāng)前交 直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合計(jì)劃制定的要求;此外，基于擴(kuò)展拉格朗日法的計(jì)算方法求解機(jī)組 組合運(yùn)類問題時(shí)，存在對(duì)偶優(yōu)化間隙問題，難W確保最優(yōu)解，而且拉格朗日方法的迭代步長(zhǎng) 和迭代方向選擇依賴于算法設(shè)計(jì)的合理性，容易造成計(jì)算過程中迭代震蕩，計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)。
[0006] 隨著大量高壓直流輸電線路接入電網(wǎng)，直流輸電計(jì)劃在跨區(qū)電力輸送和電力電量 平衡方面正在發(fā)揮越來越重要的作用。特別是在中國，直流輸電線路連接不同的區(qū)域和市 場(chǎng)，直流每日輸電計(jì)劃必須考慮年度、月度等周期交易合同的分解電量約束。此外，直流的 一些實(shí)際運(yùn)行約束也需要在日前調(diào)度計(jì)劃中考慮，例如直流功率階梯化約束、爬坡速率約 束、功率最大調(diào)節(jié)次數(shù)約束等。所有運(yùn)些約束都要求直流輸送功率和機(jī)組開機(jī)組合和出力 方式聯(lián)合優(yōu)化，達(dá)到交直流互聯(lián)電網(wǎng)整體最優(yōu)運(yùn)行。因此，如何解決交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組 合的高效計(jì)算問題成為當(dāng)前實(shí)際電力調(diào)度運(yùn)行工作中亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互 聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法，本發(fā)明能夠精細(xì)化考慮交直流互聯(lián)電網(wǎng)交流潮流約束和直流系 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束，通過機(jī)組運(yùn)行方式和直流系統(tǒng)內(nèi)部控制參數(shù)的協(xié)調(diào)優(yōu)化獲得潛在的優(yōu)化 效益;通過精細(xì)化考慮交流潮流約束和直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束，有效保障了發(fā)輸電計(jì)劃的 安全性;通過奔德斯分解協(xié)調(diào)理論，設(shè)計(jì)主、子模型閉環(huán)迭代、并行校核的方法，主模型實(shí)現(xiàn) 時(shí)間維度多時(shí)段的協(xié)調(diào)優(yōu)化，子模型全面考慮空間維各節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)之間的交流潮流約束和 直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束，實(shí)現(xiàn)空間維度的協(xié)調(diào)。
[000引本發(fā)明提出的一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法，其特征在 于，該方法采用奔德斯分解法協(xié)調(diào)優(yōu)化交直流互聯(lián)電網(wǎng)的日前機(jī)組組合，該方法主要包括 W下步驟：
[0009] 1)獲取機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0010] 2)根據(jù)機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建機(jī)組組合的主模型及多個(gè)時(shí)段的子模型，其中，機(jī) 組組合的主模型為考慮直流運(yùn)行特性約束的機(jī)組組合模型，機(jī)組組合的子模型為各時(shí)段考 慮交流潮流、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的非線性最優(yōu)潮流優(yōu)化模型；
[0011] 3)采用線性混合整數(shù)規(guī)劃算法，求解機(jī)組組合主模型，得到主模型的最優(yōu)解，包括 機(jī)組啟停計(jì)劃、機(jī)組有功出力計(jì)劃、直流輸電有功計(jì)劃，并傳遞至各子模型，并將相應(yīng)迭代 次數(shù)k置0，；
[0012] 4)采用非線性內(nèi)點(diǎn)法并行計(jì)算求解各子模型；
[0013] 將主模型的最優(yōu)解代入子模型約束作為已知條件，并行計(jì)算校驗(yàn)各個(gè)子模型的優(yōu) 化目標(biāo)《是否為0，如果各子優(yōu)化目標(biāo)《均為《 =0，或達(dá)到迭代最大次數(shù)，將所得結(jié)果作為 該交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合的最優(yōu)解，迭代流程結(jié)束，將所得結(jié)果發(fā)放給各機(jī)組作為 交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合計(jì)劃方案;否則轉(zhuǎn)步驟(5);
[0014] 5)如果所有子模型CO聲0或部分子模型CO聲0,根據(jù)奔德斯分解協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，構(gòu) 建所有優(yōu)化目標(biāo)不為加寸段子模型的奔德斯反饋約束條件；
[0015] 6)將所述奔德斯反饋約束條件均反饋回主模型作為主模型新增的約束條件，迭代 次數(shù)k = k+l，返回步驟3)。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及有益效果：
[0017] 本發(fā)明能夠在機(jī)組組合模型中精細(xì)化考慮交流潮流約束和直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約 束，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)機(jī)組啟停狀態(tài)、出力、直流傳輸功率W及電網(wǎng)有功、無功的協(xié)調(diào)優(yōu)化。針對(duì)該 復(fù)雜模型，本發(fā)明基于奔德斯分解協(xié)調(diào)理論，構(gòu)建了主、子問題分解迭代模式，將該復(fù)雜混 合整數(shù)非線性規(guī)劃問題分解為一個(gè)時(shí)間維度協(xié)調(diào)優(yōu)化的混合整數(shù)線性規(guī)劃主問題和若干 個(gè)空間維度協(xié)調(diào)優(yōu)化的非線性規(guī)劃子問題求解，通過并行主、子迭代求解，在保證優(yōu)化精度 的前提下，有效提高了計(jì)算效率。基于中國省級(jí)電網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)的測(cè)試分析表明，本發(fā)明提出 的模型和方法能夠有效滿足現(xiàn)有實(shí)際調(diào)度工作的需求，從計(jì)算效益分析，本發(fā)明因詳細(xì)考 慮系統(tǒng)的運(yùn)行約束條件，所得系統(tǒng)運(yùn)行成本比現(xiàn)有常用基于直流潮流的傳統(tǒng)機(jī)組組合方法 降低了 0.4%，而計(jì)算效率提高了 70.6%。綜上，本發(fā)明提出的一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流 互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法，具有計(jì)算高效、結(jié)果更優(yōu)的特點(diǎn)，為交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合 及發(fā)輸電計(jì)劃的自動(dòng)優(yōu)化真正走向?qū)嵱没於藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。電網(wǎng)公司能夠根據(jù)本發(fā)明優(yōu) 化得到的機(jī)組啟停計(jì)劃和直流輸電計(jì)劃，合理控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度電網(wǎng)發(fā)電資源，同時(shí)滿足電 網(wǎng)安全和潮流優(yōu)化的實(shí)際需求，達(dá)到資源優(yōu)化配置和節(jié)能減排的目標(biāo)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是是本發(fā)明的方法流程框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述 的【具體實(shí)施方式】可用W解釋本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明提供的考慮直流系統(tǒng)特性的交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合優(yōu)化方法，機(jī)組組合 優(yōu)化是指W電網(wǎng)運(yùn)行成本最低、電網(wǎng)能源消耗最少等為目標(biāo)，W發(fā)電機(jī)組啟停狀態(tài)、機(jī)組出 力W及直流有功功率計(jì)劃為控制變量，滿足電力平衡約束、電量約束、機(jī)組運(yùn)行約束、交流 潮流運(yùn)行約束、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束等約束條件，優(yōu)化每天的發(fā)電機(jī)組啟停、出力計(jì)劃W及直 流輸電功率計(jì)劃。
[0021] 本發(fā)明提供了考慮直流系統(tǒng)特性的交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合優(yōu)化方法，如圖1所 示，包括W下具體實(shí)施步驟：
[0022] 1)獲取機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0023] 所述機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是指發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性數(shù)據(jù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、各機(jī)組日 電量計(jì)劃、直流傳輸功率上下限、直流傳輸電量限值、直流功率上調(diào)/下調(diào)速率限值、交直流 電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)及優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)等構(gòu)建交直流互聯(lián)電網(wǎng)機(jī)組組合計(jì)劃數(shù)學(xué)模型所需的數(shù)據(jù)；
[0024] 所述發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)組的發(fā)電費(fèi)用函數(shù)、啟機(jī)費(fèi)用函數(shù)、停 機(jī)費(fèi)用函數(shù)、最小開機(jī)/停機(jī)時(shí)間、出力變化上限/下限、最小/最大技術(shù)出力數(shù)據(jù)；由電網(wǎng)公 司調(diào)度中屯、根據(jù)電廠上報(bào)統(tǒng)計(jì)后提供。
[0025] 所述負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)軟件工具得到的未來電力負(fù)荷需求情況，包括 未來各日各時(shí)段電網(wǎng)的系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)、各時(shí)段各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)；由電網(wǎng)公司調(diào)度中 屯、負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)提供。
[0026] 所述機(jī)組日電量計(jì)劃為各機(jī)組根據(jù)年度及月度電量計(jì)劃，逐日滾動(dòng)分解所得日電 量計(jì)劃；日電量計(jì)劃可由電網(wǎng)公司調(diào)度中屯、按規(guī)則分解后提供。
[0027] 所述直流傳輸功率上下限為交直流互聯(lián)系統(tǒng)中高壓直流傳輸功率的上下限制；由 電網(wǎng)公司調(diào)度中屯、生產(chǎn)管理系統(tǒng)中直接獲取。
[0028] 所述直流傳輸電量限值為電力系統(tǒng)中高壓直流線路在計(jì)算時(shí)間跨度內(nèi)電量傳輸 的限值要求；由電網(wǎng)公司交易中屯、交易計(jì)劃系統(tǒng)確定，計(jì)算前調(diào)度中屯、直接從生產(chǎn)管理系 統(tǒng)中獲取。
[0029] 所述直流傳輸功率上調(diào)、下調(diào)速率限值直流線路功率在單位時(shí)間內(nèi)向上、向下調(diào) 整的的功率限制，由電網(wǎng)公司調(diào)度中屯、生產(chǎn)管理系統(tǒng)中直接獲取。
[0030] 所述交直流電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)包括電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與輸電線路的連接關(guān)系、各輸電斷 面的有功潮流極限及其所包含的線路ID、各發(fā)電機(jī)組及節(jié)點(diǎn)負(fù)荷對(duì)每條輸電線路阻抗與導(dǎo) 納、節(jié)點(diǎn)電壓上下限、交流/直流輸電系統(tǒng)控制變量；由電網(wǎng)公司調(diào)度中屯、能量管理系統(tǒng)中 直接獲取。
[0031] 2)根據(jù)機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建機(jī)組組合的主模型及多個(gè)時(shí)段的子模型，其中，機(jī) 組組合的主模型為考慮直流運(yùn)行特性約束的機(jī)組組合模型，機(jī)組組合的子模型為各時(shí)段考 慮交流潮流、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的非線性最優(yōu)潮流優(yōu)化模型；
[0032] 具體包括：
[0033] 2-1)構(gòu)建考慮直流運(yùn)行特性約束的機(jī)組組合主模型：
[0034] 本發(fā)明中的主模型在考慮典型安全約束機(jī)組組合約束條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮 了直流線路傳輸約束條件，包括直流傳輸電量約束W及平滑性約束等時(shí)段間的禪合約束。 因此，主模型為多時(shí)段的協(xié)調(diào)優(yōu)化，W獲得機(jī)組啟停機(jī)計(jì)劃、發(fā)電出力計(jì)劃和直流傳輸功率 計(jì)劃的全局最優(yōu)解。主模型所得上述計(jì)劃將遞給子模型，進(jìn)行可行性校驗(yàn)。
[003引主模型的目標(biāo)函數(shù)，表達(dá)式如式(1)所示：
[0036]
(1)
[0037] 式中，巧為發(fā)電機(jī)組i在時(shí)段t的有功出力，為主模型優(yōu)化變量;皆為發(fā)電機(jī)組i的 發(fā)電費(fèi)用函數(shù)，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中獲得;瑪為發(fā)電機(jī)組i在時(shí)段t的啟停機(jī)狀態(tài)變量，為0/1整數(shù) 變量，為主模型優(yōu)化變量;皆為發(fā)電機(jī)組i的啟停機(jī)費(fèi)用函數(shù)，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中獲得;T為優(yōu)化 總時(shí)段數(shù)，日前一般為一天96點(diǎn)(時(shí)段），15分鐘一點(diǎn);Ng為發(fā)電機(jī)組總數(shù)，由實(shí)際規(guī)模確定；
[0038] 主模型的約束條件包括如下：
[0039] ①系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束如式(2)所示：
[0040]
2)
[0041 ]式中，Dd, t為節(jié)點(diǎn)d在時(shí)段t的節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷，Nd為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)總數(shù)，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中獲 得;巧為直流線路k的功率，為主模型優(yōu)化變量;Nk為接入系統(tǒng)的直流線路總數(shù)，由實(shí)際規(guī)模 確定;K為整流器/換流器標(biāo)志位，整流器取1，逆變器取為該時(shí)段的網(wǎng)損松弛變量， 為主模型優(yōu)化變量；
[0042] ②線路有功潮流約束如式(3)所示：
[0043]
待)
[0044] 式中，每、錢、鳴分別為機(jī)組、負(fù)荷及直流換流器所在節(jié)點(diǎn)i、d、k對(duì)線路I的節(jié)點(diǎn) 輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子，該分布因子可由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)計(jì)算獲得;ffax和f fin分 別為線路1的有功潮流上、下限。A為調(diào)整系數(shù)(一般取10%);
[0045] 為直流潮流計(jì)算最大經(jīng)驗(yàn)偏差。精確潮流限值將在子模型交流潮流約束中集中考 慮，A的引入可在不影響求解最優(yōu)性的前提下，預(yù)估全網(wǎng)潮流分布，避免主模型所得最優(yōu)解 潮流越限情況過于嚴(yán)重而引起的主、子模型迭代次數(shù)增加；
[0046] ③直流傳輸電量約束如式(4)所示：
[0047]
(4)
[004引式中，終為直流線路k的傳輸電量限值，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中獲得;Sk為直流線路k輸電電 量的允許偏差比例，可根據(jù)實(shí)際工作要求確定(一般設(shè)為5% );
[0049] ⑤直流功率上下限約束如式(5):
[00加 ]
(5)；
[0化。式中，巧、巧-分別為直流線路4的傳輸功率上、下限，由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中獲得； [0化2] 偷官流功莖鵬抓約巧如!立（6)所示：
[005；3]
堿
[0化4] 式中，APtfr'、A/瓷r分別為直流線路k的最大允許上調(diào)速率、最大允許下調(diào)速率.
[0055] ⑦火電機(jī)組運(yùn)行特性約束
[0056] 所述主模型還包括考慮火電機(jī)組最大最小出力約束、爬坡速率約束、最小啟停時(shí) 間約束、啟停成本約束等運(yùn)行特性約束條件，運(yùn)些約束條件為常規(guī)基本約束，此處不再寶 述。
[0057] 所述主模型為考慮直流運(yùn)行特性約束的安全約束機(jī)組組合模型，該模型基于直流 潮流建模，本質(zhì)為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題。主模型優(yōu)化所得的機(jī)組啟停計(jì)劃、有功出力計(jì)劃 W及直流有功輸電計(jì)劃等優(yōu)化結(jié)果傳入子模型，作為子模型約束條件的參數(shù)，引導(dǎo)子模型 優(yōu)化的目標(biāo)和方向。
[005引2-2)各時(shí)段考慮交流潮流、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的非線性最優(yōu)潮流優(yōu)化子模型：
[0059] 由于主模型中沒有考慮電網(wǎng)交流潮流約束和直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束條件，主模型 所得機(jī)組啟停計(jì)劃、有功出力計(jì)劃W及直流有功輸電計(jì)劃等優(yōu)化結(jié)果可能造成交流潮流越 限或者不滿足直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束。為此，需要構(gòu)建精細(xì)考慮交流、直流電網(wǎng)控制變量運(yùn) 行約束條件的子模型，對(duì)主模型所得結(jié)果進(jìn)行安全校核。由于所有時(shí)段間禪合約束均已在 主模型中考慮，子模型僅需要均針對(duì)各個(gè)時(shí)段進(jìn)行單時(shí)段建模，下述公式中均省略時(shí)標(biāo)t。
[0060] 子模型的目標(biāo)函數(shù)：由于子模型的主要作用是對(duì)主模型的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行安全校 驗(yàn)，因此主模型將優(yōu)化所得機(jī)組啟停計(jì)劃、有功出力計(jì)劃W及直流有功輸電計(jì)劃傳遞給子 模型，子模型優(yōu)化的目標(biāo)即為所得優(yōu)化結(jié)果相對(duì)主模型優(yōu)化結(jié)果偏離最?。划?dāng)子模型優(yōu)化 目標(biāo)為0時(shí)，說明子模型優(yōu)化結(jié)果與主模型一致，主模型優(yōu)化結(jié)果也滿足子模型的約束條 件。因此，子模型的目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式如式(7)所示：
[0061]
妍
[0062] 式中，4、竊、4、每為主、子模型間發(fā)電機(jī)組有功、無功出力的偏差變量(具體 變量見約束條件（14)-(16)式）；域、％為主、子模型間直流傳輸功率的偏差變量(具體變 量見約束條件（13)式）；該優(yōu)化目標(biāo)CO度量了主模型的優(yōu)化結(jié)果在子模型中的不可行程度， 當(dāng)《 =0即主模型優(yōu)化結(jié)果滿足子模型約束條件，達(dá)到主、子模型收斂性條件，否則子模型 需要向主模型反饋修正約束條件。
[0063] 子模型的約束條件包括：
[0064] ①交直流互聯(lián)電網(wǎng)潮流約束:根據(jù)基爾霍夫第一定律，建立交流潮流約束，描述交
'流電網(wǎng)1+1々仿生||龍具；n、沁太龍具今1、51占片做擊乂衣'9)所示?
[00 化]
[0066] 貨）； '(二
[0067] 式中，巧、盛分別為節(jié)點(diǎn)m上發(fā)電機(jī)組注入的有功、無功出力，巧'公:=完0尸S '巧機(jī) 皆、泌分別為節(jié)點(diǎn)111上的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷，巧^=完與。'泌=5!1谷。= I定行I W燈
[006引 Vm、Vn分別為節(jié)點(diǎn)m、n的節(jié)點(diǎn)電壓幅值，0mn為節(jié)點(diǎn)m與節(jié)點(diǎn)n的相角差;Gmn、Bmn分別為 連接節(jié)點(diǎn)m和節(jié)點(diǎn)n線路的電導(dǎo)和電納;Vdk、Idk、稱分別為接入節(jié)點(diǎn)i直流線路的換流變交流 側(cè)母線電壓、電流及功率因數(shù)角；若節(jié)點(diǎn)m與直流線路整流側(cè)相連，則&A=巧，4=巧若節(jié) 點(diǎn)m與直流線路逆變側(cè)相連，則Ka =嘴，/,a =/<n; K為直流符號(hào)標(biāo)志同主模型約束(2)解釋，不 再寶述；
[0069] 貨、這;、￥。、￥。、￥<^、1<^、役均為子模型的優(yōu)化變量，直接參與子模型優(yōu)化求解；
[0070] ②直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束:根據(jù)直流系統(tǒng)等值電路，建立直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束 如式(10)-(12)所示：
[0071] (10)
[0072]
[0073] (1夢(mèng)
[0074] 式中，kTk為換流變變比，0dk為換流器的控制角(對(duì)于整流器是觸發(fā)角a,對(duì)于逆變 器是焰弧角y)，WS巧為換流器功率因數(shù)，運(yùn)些變量均為子模型優(yōu)化變量，參與子模型優(yōu)化求 解。Xck為換流變電抗，kY為常數(shù);化為直流線路k的電阻，Vt為交流側(cè)母線電壓幅值，運(yùn)些參 數(shù)均由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中交直流電網(wǎng)拓?fù)鋮?shù)中獲得；
[0075] ③主、子模型連接約束：主要描述子模型所得優(yōu)化變量與傳入主模型優(yōu)化變量之 間的偏差，如式(13)-(16)所示：
[0076]
[0077]
[007引
[0079]
[0080] 式(13)為主、子模型的直流傳輸功率偏差控制約束，其中，貨'為主模型求得的最優(yōu) 直流有功傳輸功率；
[0081] 式（14)為主、子模型的發(fā)電機(jī)組有功出力偏差控制約束，其中，咸為主模型求得最 優(yōu)解對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)i上所有發(fā)電機(jī)組有功出力之和；
[0082] 式（15)、（16)為主、子模型的發(fā)電機(jī)組無功出力偏差控制約束，用于校驗(yàn)主模型確 定的機(jī)組啟停狀態(tài)是否可W滿足系統(tǒng)無功需求，其中，姑為主模型求得最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)i 上的發(fā)電機(jī)組的啟停狀態(tài)；
[0083] ④潮流限值約束：
[0084] 上述所有潮流變量皆、盛、Vm、目。、￥<^、1<11<、巧、^*、1^、目<^均應(yīng)滿足相應(yīng)變量上、下 限約束(相應(yīng)上、下限約束均由調(diào)度中屯、生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲得）；交流線路傳輸潮流約束可 W采用視在功率約束、線路電流約束或者支路注入有功約束=類約束之一，為方便實(shí)際應(yīng) 用，采用支路有功注入約束方式，如式(17)所示：
[0085]
L7)
[0086] 其中，說保;巧為支路mn在節(jié)點(diǎn)m處的有功潮流注入，媒T為相應(yīng)的注入限值(相應(yīng) 限值可由調(diào)度中屯、生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲得）；
[0087] 構(gòu)成的子模型為考慮交流潮流和直流線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的單時(shí)段最優(yōu)潮流問題， 本質(zhì)為復(fù)雜非線性規(guī)劃問題。
[0088] 3)采用線性混合整數(shù)規(guī)劃算法求解機(jī)組組合主模型，得到主模型的最優(yōu)解，包括 各時(shí)段機(jī)組啟停計(jì)劃《,"、機(jī)組有功出力計(jì)劃礦％直流功率計(jì)劃誓'，并將此最優(yōu)解傳遞給子 模型；若為第一次迭代，迭代次數(shù)k清零，即k = 0化的取值為大于0的正數(shù)，具體應(yīng)用時(shí)可根 據(jù)實(shí)際精度要求和時(shí)間限制確定迭代次數(shù)上限，建議上限值不超過15次）；
[0089] 4)采用非線性內(nèi)點(diǎn)法并行計(jì)算求解各子模型;將主模型的最優(yōu)解代入子模型約束 作為已知條件，并行計(jì)算校驗(yàn)各個(gè)子模型的優(yōu)化目標(biāo)《是否為0，如果各子優(yōu)化目標(biāo)《均為 ?=〇,即主模型最優(yōu)解滿足子模型可行性約束的要求，子模型無需反饋任何約束條件，貝U 主、子模型迭代收斂，或達(dá)到迭代最大次數(shù)，將所得結(jié)果作為該交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組 合的最優(yōu)解，迭代流程結(jié)束，將所得結(jié)果發(fā)放給各機(jī)組作為交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合 計(jì)劃方案;否則轉(zhuǎn)步驟(5);
[0090] 5)如果所有子模型CO聲0或部分子模型CO聲0,即主模型最優(yōu)解不滿足所有子模型 可行性約束條件，需要構(gòu)建所有優(yōu)化目標(biāo)不為加寸段子模型的主模型反饋約束條件
[00川如式（18)所示：
[0092]
I：
[0093] 其中，Adk、、、為、相分別為應(yīng)用數(shù)學(xué)內(nèi)點(diǎn)法求解子模型所得結(jié)果中，子模型約束 (13)~（16)的拉格朗日乘子，可在各子模型內(nèi)點(diǎn)法優(yōu)化計(jì)算結(jié)果中直接獲得;該反饋約束 描述了根據(jù)主、子模型計(jì)算結(jié)果偏差，而需要主模型優(yōu)化變量的調(diào)整量，W約束的形式反饋 回主模型中，約束變量的優(yōu)化方式。
[0094] 6)將式（18)對(duì)應(yīng)的奔德斯約束反饋回主模型作為主模型新增的約束條件，迭代次 數(shù)k = k+l，返回步驟3);
[0095] 為體現(xiàn)本發(fā)明的效益和效率提升，表1對(duì)比展示了采用本發(fā)明進(jìn)行優(yōu)化和采用現(xiàn) 有商用非線性混合整數(shù)規(guī)劃算法(MINLP)進(jìn)行優(yōu)化的計(jì)算時(shí)間和發(fā)電成本結(jié)果。
[0096] 表1采用本發(fā)明進(jìn)行優(yōu)化和MINLP算法進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果對(duì)比
[0097]
[0098] 由W上具體實(shí)施算例可見，本發(fā)明提出的一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日 前機(jī)組組合方法，計(jì)算費(fèi)用降低了 0.4%，而計(jì)算效率提高了 70.6%。按照本發(fā)明所提供的 方法，電網(wǎng)公司能夠根據(jù)本發(fā)明優(yōu)化得到的機(jī)組啟停計(jì)劃和直流輸電計(jì)劃，合理控制和經(jīng) 濟(jì)調(diào)度電網(wǎng)發(fā)電資源，同時(shí)滿足電網(wǎng)安全和潮流優(yōu)化的實(shí)際需求，達(dá)到資源優(yōu)化配置和節(jié) 能減排的目標(biāo)。說明本發(fā)明能夠滿足電網(wǎng)公司的實(shí)際需要，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的 應(yīng)用前景。
[0099] 值得一提的是，本發(fā)明所提出的實(shí)施步驟中的目標(biāo)函數(shù)可根據(jù)電力市場(chǎng)、節(jié)能發(fā) 電調(diào)度W及=公調(diào)度等不同調(diào)度模式的需要，靈活選擇和定制經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、煤耗最低或者 電量進(jìn)度均衡等不同優(yōu)化目標(biāo)，約束條件可W根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)一步添加機(jī)組、直流系統(tǒng)實(shí) 際運(yùn)行約束條件，可擴(kuò)展性強(qiáng)。因此，W上實(shí)施步驟僅用W說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方 案。不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或局部替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍 當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種時(shí)空分解協(xié)調(diào)的交直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合方法，其特征在于，該方法采用 奔德斯分解法協(xié)調(diào)優(yōu)化交直流互聯(lián)電網(wǎng)的日前機(jī)組組合，該方法主要包括以下步驟： 1) 獲取機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； 2) 根據(jù)機(jī)組組合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建機(jī)組組合的主模型及多個(gè)時(shí)段的子模型，其中，機(jī)組組 合的主模型為考慮直流運(yùn)行特性約束的機(jī)組組合模型，機(jī)組組合的子模型為各時(shí)段考慮交 流潮流、直流穩(wěn)態(tài)運(yùn)行約束的非線性最優(yōu)潮流優(yōu)化模型； 3) 采用線性混合整數(shù)規(guī)劃算法，求解機(jī)組組合主模型，得到主模型的最優(yōu)解，包括機(jī)組 啟停計(jì)劃、機(jī)組有功出力計(jì)劃、直流輸電有功計(jì)劃，并傳遞至各子模型，并將相應(yīng)迭代次數(shù)k 置〇，； 4) 采用非線性內(nèi)點(diǎn)法并行計(jì)算求解各子模型； 將主模型的最優(yōu)解代入子模型約束作為已知條件，并行計(jì)算校驗(yàn)各個(gè)子模型的優(yōu)化目 標(biāo)ω是否為0，如果各子優(yōu)化目標(biāo)ω均為ω = 〇，或達(dá)到迭代最大次數(shù)，將所得結(jié)果作為該交 直流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合的最優(yōu)解，迭代流程結(jié)束，將所得結(jié)果發(fā)放給各機(jī)組作為交直 流互聯(lián)電網(wǎng)日前機(jī)組組合計(jì)劃方案;否則轉(zhuǎn)步驟(5); 5) 如果所有子模型ω辛〇或部分子模型ω辛〇，根據(jù)奔德斯分解協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，構(gòu)建所 有優(yōu)化目標(biāo)不為〇時(shí)段子模型的奔德斯反饋約束條件； 6) 將所述奔德斯反饋約束條件均反饋回主模型作為主模型新增的約束條件，迭代次數(shù) k = k+l，返回步驟3)。
【文檔編號(hào)】H02J5/00GK105978047SQ201610298185
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】夏葉, 王斌, 夏清, 汪洋, 張慧玲, 韓紅衛(wèi)
【申請(qǐng)人】清華大學(xué), 國網(wǎng)寧夏電力公司