本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及一種統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策方法。
背景技術(shù)：
：備用，特別是旋轉(zhuǎn)備用(SpinningReserve,SR)是應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中機(jī)組故障、網(wǎng)絡(luò)故障或負(fù)荷的突然增加導(dǎo)致的失負(fù)荷的重要資源。規(guī)劃充足的旋轉(zhuǎn)備用能夠減少失負(fù)荷的可能，但是提供旋轉(zhuǎn)備用會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用，增加了運(yùn)行成本。旋轉(zhuǎn)備用需要科學(xué)合理的規(guī)劃，既要滿足一定的可靠性又要使經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。傳統(tǒng)方法是確定的方法，按照總負(fù)荷或最大在線機(jī)組的比例，或者他們之間的組合確定旋轉(zhuǎn)備用?？紤]系統(tǒng)的隨機(jī)特性，一種概率性的方法被提出，主要有兩種應(yīng)用形式。一是將可靠性指標(biāo)滿足給定的范圍后加入到備用優(yōu)化方程中，形成帶可靠性指標(biāo)約束的備用優(yōu)化模型；另一種是將可靠性指標(biāo)引入目標(biāo)函數(shù)作為一個(gè)懲罰項(xiàng)，即將預(yù)期故障成本引入目標(biāo)函數(shù)。由此備用可由最小化目標(biāo)函數(shù)即運(yùn)行費(fèi)用、旋轉(zhuǎn)備用費(fèi)用和預(yù)期故障成本之和決定，這樣既考慮了系統(tǒng)運(yùn)行的隨機(jī)特性，又不需要設(shè)置可靠性水平，它會(huì)自動(dòng)地在可靠性和經(jīng)濟(jì)性之間確定最優(yōu)備用?？煽啃灾笜?biāo)有多種。如失負(fù)荷期望(LossofLoadexpectation,LOLE),失負(fù)荷概率(LossofLoadprobability,LOLP),能量缺失期望(Lossofenergyexpectation,LOEE),可靠性的能量指標(biāo)(Energyindexofreliability,EIR),期望缺供電量(Expectedenergynotsupplied,EENS)等等?？梢钥闯觯煽啃灾笜?biāo)往往是一個(gè)期望值，即大量可能的預(yù)想故障的期望值。由此可以看出，可靠性指標(biāo)的值，為大量預(yù)想事故發(fā)生的概率，乘以預(yù)想事故的結(jié)果之和?？煽啃灾笜?biāo)的表達(dá)，是高度非線性和組合性的，與機(jī)組組合問題一起，計(jì)算維度和搜索空間很大，計(jì)算機(jī)難以求解。目前國內(nèi)外關(guān)于旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化概率方法主要采取僅考慮幾個(gè)重要事件減少突發(fā)故障的數(shù)目來減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，但不能保證整個(gè)過程運(yùn)行不確定性都被捕獲，這種方法會(huì)導(dǎo)致計(jì)算精度下降，結(jié)果不是最優(yōu)的。這里，僅以期望缺供電量EENS為例，將其選作可靠性指標(biāo)，做優(yōu)化以決策出最佳系統(tǒng)備用值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策方法?？煽啃灾笜?biāo)選取期望缺供電量EENS。本發(fā)明將EENS解析化為只與系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用(SystemSpinningReserve,SSR)有關(guān)的分段線性函數(shù)，大大簡(jiǎn)化了EENS的復(fù)雜度。應(yīng)用簡(jiǎn)化的EENS表達(dá)式的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型，可自動(dòng)地在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用，有效提高了計(jì)算效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策方法，包括：運(yùn)行一個(gè)最基本的機(jī)組組合，基于機(jī)組組合結(jié)果建立容量缺失概率表COPT；基于容量缺失概率表(CapacityOutageProbabilityTable,COPT)將EENS表達(dá)為SSR的分段線性化表達(dá)式；運(yùn)行帶有EENS解析化表達(dá)式的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型，由運(yùn)行結(jié)果再次建立容量缺失概率表COPT；判斷是否滿足收斂條件，如收斂退出運(yùn)行，否則再次執(zhí)行基于COPT將EENS表達(dá)為SSR的分段線性化表達(dá)式的步驟，直至滿足收斂條件。進(jìn)一步的，所述最基本的機(jī)組組合中，以旋轉(zhuǎn)備用為優(yōu)化變量，以最小化運(yùn)行費(fèi)用、旋轉(zhuǎn)備用費(fèi)用和預(yù)期故障成本為目標(biāo)函數(shù)。進(jìn)一步的，所述目標(biāo)函數(shù)具體為：min{Σt=1NTΣi=1NG[Gi,t(Pi,t,Ui,t)+SUCiKi,t]+Σt=1NTΣi=1NGqi,tRi,t}---(1)]]>式中，NT為優(yōu)化時(shí)段數(shù)，NG為可用機(jī)組數(shù)，Ui,t,Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i狀態(tài)和出力，qi,t,Ri,t為t時(shí)段機(jī)組i的備用價(jià)格及備用，Ci,t(Pi,t,Ui,t)為t時(shí)段機(jī)組i運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)，SUCi為機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；Ki,t為二進(jìn)制變量，滿足：Ki,t≥0Ki,t≥Ui,t-Ui,t-1---(2).]]>進(jìn)一步的，所述基本的機(jī)組組合的約束條件包括功率平衡約束、備用約束及機(jī)組運(yùn)行約束。進(jìn)一步的，所述功率平衡約束：Σi=1NGPi,t=PtD---(3)]]>其中，PtD為t時(shí)段的負(fù)荷需求，Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i的出力,NG為機(jī)組數(shù)。進(jìn)一步的，所述備用約束：Ri,t≤Pi,maxUi,t-Pi,tRi,t≤Ui,t(τRiup)---(4)]]>其中,Ui,t是機(jī)組的狀態(tài)，為機(jī)組i的最大出力，為機(jī)組i的爬坡率，τ為允許的爬坡時(shí)間，這里τ為0.5h。進(jìn)一步的，所述機(jī)組運(yùn)行約束：(Ui,t,Pi,t)∈ψ,∀i,∀t---(5)]]>Ui,t,Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i狀態(tài)和出力，ψ表示一系列約束的集合，包括：發(fā)電機(jī)最低和最高出力限制，最小運(yùn)行和停機(jī)時(shí)間限制，初始條件限制，爬坡約束。進(jìn)一步的，所述容量缺失概率表COPT的內(nèi)容具體為一系列缺失容量及其對(duì)應(yīng)的故障概率。進(jìn)一步的，基于機(jī)組組合結(jié)果建立容量缺失概率表COPT的方法是：根據(jù)機(jī)組計(jì)劃中的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、出力及備用，假設(shè)一臺(tái)或幾臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)發(fā)生故障，計(jì)算此時(shí)缺失的容量及對(duì)應(yīng)的發(fā)生此故障的概率。進(jìn)一步的，所述EENS的表達(dá)式為：EENSt=Σs∈Stpstbst(ΔPst+ΔRst-SSRt)ΔT---(6)]]>式中，St為t時(shí)段內(nèi)可能故障集合，pst為t時(shí)段內(nèi)故障s發(fā)生的概率，ΔPs,t,ΔRs,t分別為t時(shí)段內(nèi)故障s發(fā)生引起的功率及備用缺失，ΔT為每個(gè)優(yōu)化時(shí)段持續(xù)時(shí)間，ΔT＝T/NT，NT為優(yōu)化時(shí)段數(shù)目，這里ΔT為1h；t時(shí)段內(nèi)備用為：SSRt=Σi=1NGRi,t---(7)]]>二進(jìn)制變量bst須滿足：進(jìn)一步的，基于容量缺失概率表COPT把EENS表達(dá)為SSR的分段線性化表達(dá)式的方法為：EENS中的每個(gè)故障對(duì)應(yīng)容量缺失概率表COPT中的一行，如果一些故障導(dǎo)致同樣的故障容量，那么這些故障一起對(duì)應(yīng)COPT中的一行；EENS中的故障容量即ΔPs,t+ΔRs,t對(duì)應(yīng)COPT中的容量缺失；EENS中的pst對(duì)應(yīng)COPT中容量缺失概率，因此，EENS可線性化為：EENSt=Σi=1N(t){pi,tbi,t(ΔCi,t-SSRt)}---(9)]]>式中，N(t)為t時(shí)段內(nèi)故障容量水平數(shù)目，ΔCi,t為t時(shí)段內(nèi)第i個(gè)故障容量，pi,t為t時(shí)段內(nèi)第i個(gè)故障容量水平的發(fā)生概率，參數(shù)N(t),ΔCi,t,pi,t都取自容量缺失概率表COPT，其中線性表達(dá)式的分段數(shù)N(t)對(duì)應(yīng)容量缺失概率表COPT的故障容量水平數(shù)。進(jìn)一步的，二進(jìn)制變量bi,t滿足：式(10)可線性化為：ΔCi,t-SSRtΣi=1NGPimax≤bi,t≤1+ΔCi,t-SSRtΣi=1NGPimax---(11)]]>為機(jī)組i的最大出力。進(jìn)一步的，在運(yùn)行統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策模型時(shí)，目標(biāo)函數(shù)為：min{Σt=1NTΣi=1NG[Ci,t(Pi,t,Ui,t)+SUCiKi,t]+Σt=1NTΣi=1NGqi,tRi,t+EENS×VOLL}---(12)]]>式中，NT為優(yōu)化時(shí)段數(shù)，NG為可用機(jī)組數(shù)，Ui,t,Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i狀態(tài)和出力，qi,t,Ri,t為t時(shí)段機(jī)組i的備用價(jià)格及備用，Ci,t(Pi,t,Ui,t)為t時(shí)段機(jī)組i運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)，SUCi為機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；VOLL為每小時(shí)缺供電量為1KW時(shí)對(duì)用戶造成的損失，Ki,t為二進(jìn)制變量，滿足：Ki,t≥0Ki,t≥Ui,t-Ui,t-1---(2).]]>進(jìn)一步的，帶有EENS解析化表達(dá)式的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型的約束條件和最基本的機(jī)組組合模型相同。進(jìn)一步的，所述收斂條件為：ΔEENS=maxt{|EENStduring-EENStafter|EENStafter}≤ϵ---(13)]]>式中，為通過優(yōu)化后得到的t時(shí)段內(nèi)的EENS，為基于優(yōu)化結(jié)果通過建立容量缺失概率表COPT計(jì)算得到的t時(shí)段內(nèi)的EENS，ε為收斂誤差。進(jìn)一步的，如果優(yōu)化結(jié)果不滿足收斂條件，具體操作為：基于優(yōu)化結(jié)果重新建立容量缺失概率表COPT，基于新的容量缺失概率表COPT將EENS表達(dá)為SSR的分段線性化函數(shù)。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以旋轉(zhuǎn)備用為優(yōu)化變量，以最小化運(yùn)行費(fèi)用、旋轉(zhuǎn)備用費(fèi)用和預(yù)期故障成本為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)EENS與SSR的關(guān)系通過容量缺失概率表(COPT)進(jìn)行解析化表達(dá)，可以把EENS表示為SSR的分段線性函數(shù)，應(yīng)用到建立的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型中，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃法(MILP)求解，并更新COPT和EENS的分段線性函數(shù)，迭代求解直至優(yōu)化結(jié)果滿足收斂條件。本發(fā)明將EENS解析化為只與SSR有關(guān)的分段線性函數(shù)，大大簡(jiǎn)化了EENS的復(fù)雜度，使EENS易于求解?？勺詣?dòng)地在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用，有效提高了計(jì)算效率。附圖說明圖1為本發(fā)明的統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策方法算法流程圖。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：如圖1所示，一種統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性的備用決策方法，具體包括：步驟1，運(yùn)行一個(gè)最基本的機(jī)組組合，基于機(jī)組組合結(jié)果建立COPT；步驟2，基于COPT把EENS表達(dá)為SSR的分段線性化表達(dá)式；步驟3，運(yùn)行帶有EENS解析化表達(dá)式的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型，由運(yùn)行結(jié)果建立COPT；步驟4，判斷是否滿足收斂條件，如收斂退出運(yùn)行，否則返回(2)。步驟1中，目標(biāo)函數(shù)為：min{Σt=1NTΣi=1NG[Gi,t(Pi,t,Ui,t)+SUCiKi,t]+Σt=1NTΣi=1NGqi,tRi,t}---(1)]]>式中，NT為優(yōu)化時(shí)段數(shù)，NG為可用機(jī)組數(shù)，Ui,t,Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i狀態(tài)和出力，qi,t,Ri,t為t時(shí)段機(jī)組i的備用價(jià)格及備用，Ci,t(Pi,t,Ui,t)為t時(shí)段機(jī)組i運(yùn)行費(fèi)用函數(shù)，SUCi為機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用。Ki,t為二進(jìn)制變量，滿足：Ki,t≥0Ki,t≥Ui,t-Ui,t-1---(2)]]>步驟1中,基本的機(jī)組組合的約束條件包括：功率平衡約束：Σi=1NGPi,t=PtD---(3)]]>其中，PtD為t時(shí)段的負(fù)荷需求，Pi,t為t時(shí)段機(jī)組i的出力,NG為機(jī)組數(shù)。備用約束：Ri,t≤Pi,maxUi,t-Pi,tRi,t≤Ui,t(τRiup)---(4)]]>其中,Ui,t是機(jī)組的狀態(tài)，為機(jī)組i的最大出力，為機(jī)組i的爬坡率，τ為允許的爬坡時(shí)間，這里τ為0.5h。機(jī)組運(yùn)行約束：(Ui,t,Pi,t)∈ψ,∀i,∀t---(5)]]>包括：發(fā)電機(jī)最低和最高出力限制，最小運(yùn)行和停機(jī)時(shí)間限制，初始條件限制，爬坡約束。步驟1中，COPT建立的方法是：根據(jù)機(jī)組計(jì)劃中的機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、出力及備用，假設(shè)一臺(tái)或幾臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，計(jì)算此時(shí)缺失的容量及對(duì)應(yīng)的發(fā)生此故障的概率。COPT就是一系列缺失容量及其對(duì)應(yīng)的故障概率。步驟2中，EENS的表達(dá)式為：EENSt=Σs∈Stpstbst(ΔPst+ΔRst-SSRt)ΔT---(6)]]>式中，St為t時(shí)段內(nèi)可能故障集合，pst為t時(shí)段內(nèi)故障s發(fā)生的概率，ΔPs,t,ΔRs,t分別為t時(shí)段內(nèi)故障s發(fā)生引起的功率及備用缺失，ΔT為每個(gè)優(yōu)化時(shí)段持續(xù)時(shí)間，ΔT＝T/NT，NT為優(yōu)化時(shí)段數(shù)目，這里ΔT為1h。t時(shí)段內(nèi)備用為：SSRt=Σi=1NGRi,t---(7)]]>二進(jìn)制變量bst須滿足：步驟2中，基于COPT把EENS表達(dá)為SSR的分段線性化表達(dá)式的方法為：式(6)中的每個(gè)故障對(duì)應(yīng)COPT中的一行，如果一些故障導(dǎo)致同樣的故障容量，那么這些故障一起對(duì)應(yīng)COPT中的一行。式(6)中的故障容量即ΔPs,t+ΔRs,t對(duì)應(yīng)COPT中的容量缺失，式(6)中的pst對(duì)應(yīng)COPT中容量缺失概率。因此，EENS可線性化為：EENSt=Σi=1N(t){pi,tbi,t(ΔCi,t-SSRt)}---(9)]]>式中，N(t)為t時(shí)段內(nèi)故障容量水平數(shù)目，ΔCi,t為t時(shí)段內(nèi)第i個(gè)故障容量，pi,t為t時(shí)段內(nèi)第i個(gè)故障容量水平的發(fā)生概率。參數(shù)N(t),ΔCi,t,pi,t都取自COPT，其中線性表達(dá)式的分段數(shù)N(t)對(duì)應(yīng)COPT的故障容量水平數(shù)。二進(jìn)制變量bi,t滿足：式(10)可線性化為：ΔCi,t-SSRtΣi=1NGPimax≤bi,t≤1+ΔCi,t-SSRtΣi=1NGPimax---(11)]]>步驟3中，目標(biāo)函數(shù)為：min{Σt=1NTΣi=1NG[Ci,t(Pi,t,Ui,t)+SUCiKi,t]+Σt=1NTΣi=1NGqi,tRi,t+EENS×VOLL}---(12)]]>式中，VOLL為每小時(shí)缺供電量為1KW時(shí)對(duì)用戶造成的損失。步驟3中，約束條件和步驟(1)中的機(jī)組組合模型相同。步驟4中，收斂條件為：ΔEENS=maxt{|EENStduring-EENStafter|EENStafter}≤ϵ---(13)]]>式中，為通過步驟(3)優(yōu)化后得到的t時(shí)段內(nèi)的EENS，為基于優(yōu)化結(jié)果通過建立COPT計(jì)算得到的t時(shí)段內(nèi)的EENS，ε為收斂誤差。步驟4中，如果優(yōu)化結(jié)果不滿足收斂條件，返回步驟(2)，具體操作為：基于優(yōu)化結(jié)果重新建立COPT，利用新的COPT進(jìn)行步驟(2)，即基于新的COPT把EENS表達(dá)為SSR的分段線性化函數(shù)。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3