一種合理化均勻再分配電網(wǎng)分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率的數(shù)學(xué)建模方法， 用于省級電網(wǎng)的年運行方案優(yōu)化，屬于電力調(diào)度領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種隨機波動電源，在大規(guī)模并網(wǎng)的背景下，受地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰能力與電網(wǎng)輸 送能力的制約，出現(xiàn)了較大規(guī)模的"棄風(fēng)"現(xiàn)象，甚至掩蓋了風(fēng)電的經(jīng)濟、環(huán)境效益。為最大 限度提高風(fēng)電上網(wǎng)電力電量，必須從年度、月度、日前、日內(nèi)和實時多個時間尺度制定風(fēng)電 調(diào)度計劃。其中年度計劃制定時間尺度長，可以在年度運行方式中預(yù)留合理風(fēng)電接納空間， 保證年度計劃的可執(zhí)行性，對省級電網(wǎng)各分區(qū)域風(fēng)電的建設(shè)具有指導(dǎo)性意義。
[0003] 現(xiàn)有的含風(fēng)電的電力系統(tǒng)年度計劃制定模型中，文獻一《江蘇電網(wǎng)消納大規(guī)模風(fēng) 電的電源規(guī)劃設(shè)計》（電力系統(tǒng)自動化第35卷第22期第60頁)分析了文中應(yīng)用概率方法和工 具研究了江蘇省應(yīng)對千萬千瓦級風(fēng)電基地消納的電源規(guī)劃問題。但是，該方法未考慮實際 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)約束，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果不能指導(dǎo)各分區(qū)風(fēng)電的建設(shè)。文獻二《基于時序仿真的風(fēng)電年 度計劃制定方法》（電力系統(tǒng)自動化第38卷第11期第13頁)提出一種基于時序仿真的風(fēng)電年 度計劃方法，綜合考慮風(fēng)電出力特性、負荷特性、機組調(diào)峰特性、電網(wǎng)送出能力等因素，逐時 段優(yōu)化全網(wǎng)含風(fēng)電的電力平衡，建立了用于研究省級電網(wǎng)年度風(fēng)電計劃的優(yōu)化模型。但是， 由于該優(yōu)化模型是一個典型混合整數(shù)規(guī)劃模型，該模型的線性特性只能確保求解出的全省 風(fēng)電接納總量是最優(yōu)的，對于每個分區(qū)風(fēng)電接納情況則與采用的具體優(yōu)化算法有關(guān)，優(yōu)化 案例中極可能出現(xiàn)棄風(fēng)集中在某一個分區(qū)的場景，導(dǎo)致這個分區(qū)風(fēng)電限電率出現(xiàn)異常（結(jié) 果滿足線性約束條件）。所以，綜上所述，該種風(fēng)電調(diào)度運行方式不能全面反映實際電網(wǎng)風(fēng) 電調(diào)度原則，雖然所得風(fēng)電接納結(jié)果對于全網(wǎng)是最優(yōu)的，但是不能有效指導(dǎo)各分區(qū)年度調(diào) 度運行計劃特別是風(fēng)電年度計劃的制定。
[0004] 因此，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)調(diào)度運彳丁年方案的制定t旲型的基礎(chǔ)上，進一步提供一種 合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述【背景技術(shù)】中存在的問題，提供一種合理 化均勻再分配電網(wǎng)分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法。該方法采用文獻二《基于時序仿真的風(fēng) 電年度計劃制定方法》（電力系統(tǒng)自動化第38卷第11期第13頁），即采用該模型優(yōu)化計算得 到全網(wǎng)各時段機組運行狀態(tài)以及各時段全網(wǎng)最大風(fēng)電接納總功率，即進行初次線性優(yōu)化分 配。然后，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)提取保存作為下一步優(yōu)化的輸入值，基于最小二乘法進一步對全省 接納風(fēng)電在各區(qū)域進行合理分配。通過上述方法，可以消除合理化均勻再分配模型中表示 機組啟停的二進制變量，保證算法的求解效率。如果直接將最小二乘法應(yīng)用于文獻二的模 型，此時模型就變成混合整數(shù)二次規(guī)劃，在計算全年電力系統(tǒng)年度計劃時，計算時間將無法 估計，無法滿足調(diào)度人員對計算時間的要求。經(jīng)過合理化均勻再分配后，優(yōu)化結(jié)果更加符合 實際電力系統(tǒng)調(diào)度運行情況，可為調(diào)度員對各區(qū)域風(fēng)電接納能力判斷分析提供最直觀的數(shù) 據(jù)支持。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種合理化均勻再分配電網(wǎng)各 分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法，包括以下步驟：
[0007] A:建立傳統(tǒng)含風(fēng)電的電力系統(tǒng)年度計劃制定線性模型，并基于電力系統(tǒng)年度計劃 制定模型對各分區(qū)風(fēng)電接納功率進行初次線性優(yōu)化分配，其中將各時間斷面網(wǎng)內(nèi)所有機組 運行狀態(tài)及各時間斷面全省最大接納風(fēng)電大小值提取并輸入到合理化均勻再分配電網(wǎng)各 分區(qū)風(fēng)電接納功率模型；
[0008] B:建立合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率模型，并對各分區(qū)風(fēng)電接納功 率進行優(yōu)化，具體包括各分區(qū)風(fēng)電均勻再分配目標(biāo)函數(shù)、各時間斷面前后兩次分配風(fēng)電接 納總量相等約束、常規(guī)機組功率約束、區(qū)域負荷平衡約束、區(qū)域間線路傳輸容量約束、合理 均勻分配風(fēng)電功率約束。
[0009] 前述的一種合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法，還包括如下 步驟:確定電力系統(tǒng)年度運行調(diào)度計劃，其中包括各分區(qū)風(fēng)電年度計劃的制定、各分區(qū)火電 年度計劃的制定。制定計劃時，先計算出來每個區(qū)域每個時間的風(fēng)電接納值、火電的出力 值，然后疊加。
[0010] 前述的一種合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法，步驟A的電 力系統(tǒng)年度計劃制定模型為：
[0011] 初次分配目標(biāo)函數(shù)
[0012] maxV 土 e"⑴ ?--1
[0013] 機組優(yōu)化功率約束
[0014] Pj^ -^<Ρ0< -Xj (2)
[0015] 最小啟停機時間約束
[0016] (3) /=1.
[0017] Ζ；+ΣΓ/+?-1 :(4^ /=1
[0018] 供熱期供熱機組出力約束
[0019] (5)
[0020] (6)
[0021]啟停機邏輯狀態(tài)約束 'x\ -x'^1 -γ1. +z'j=q -χ]-χ^1 + Yj <0
[0022] \ x'j +Χ'^ +Fj <2 (7) -Xj- X^1+ζ'} <〇 χ\ +χ^1 +ζι}< 2
[0023] 機組爬坡率約束
[0024] Ρ；+?-Ρ； <&Ριιφ (8)
[0025] P；-P；a<APiJmm (9)
[0026] 區(qū)域間線路傳輸容量約束 [0027]…乙, (10；
[0028] 旋轉(zhuǎn)備用約束
[0029] Σ"" ,、 -I ?-1. :(.1:1): _〇] 礦秦 ,：Μ .扣 i
[0031] 區(qū)域負荷平衡約束
[0032] P'J + Ρηη + ? = P；η (12)
[0033] 風(fēng)電功率約束
[0034] n<F^f<Ff' (13.)
[0035] 式（1-13)中，/T為非負變量，表示第η個區(qū)域t時段經(jīng)過初次線性優(yōu)化分配接納風(fēng) 電功率大小;T為常數(shù)，表示總的優(yōu)化時間斷面;N為常數(shù)，表示電網(wǎng)分區(qū)數(shù);Pp ax、Ppin分別 為機組j的出力上限和出力下限是二進制變量，表示第機組j在時段t的運行狀態(tài)，"0"表 示停運，"Γ表示運行；$、.?分別為表示機組j在時段t啟動、停機狀態(tài)的二進制變量，$ 為"Γ表示機組正在啟動，為"0"表示機組不在啟動狀態(tài)，$為"Γ表示機組正在停機，為"〇" 表示機組不在停機狀態(tài);kc^koff分別表示機組的最小啟機、停機時間，反映了機組最小啟機 或停機的時間長度，不同類型的機組啟停機時間參數(shù)不同；為背壓機組出力大??； 為抽氣機組出力大??；〃:為t時段熱負荷大??；為供熱機組熱電耦合系數(shù)；ΔΡ，、 ΔΡ廣?分別為機組j的最大上爬坡速率和下爬坡速率；與為t時段第i條傳輸線的輸電功率， 此處，功率流動參考方向為:流入?yún)^(qū)域為正方向，流出區(qū)域為負方向，因此，變量Li既可以取 正值，有可以取負值，分別表不功率的傳輸方向；Li, max和-Li, max分別為第i條傳輸線傳輸容 量上下限；第t時段所有常規(guī)機組的總功率之和；則表示第t時段的電力負荷。Pre、N re 分別為正旋轉(zhuǎn)備用和負旋轉(zhuǎn)備用;J為常規(guī)機組總臺數(shù)； :為常數(shù)，表示t時段風(fēng)電理論功 率大小。
[0036]前述的一種合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率的建模方法，步驟B中的 合理化均勻再分配電網(wǎng)各分區(qū)風(fēng)電接納功率模型具體為：
[0037]各分區(qū)風(fēng)電均勻再分配目標(biāo)函數(shù)：
[0038]
[0039] 上式中，/^"為非負變量，表示t時段經(jīng)過合理均勻再分配后區(qū)域η接納風(fēng)電功率 大??；
[0040] 各時間斷面前后兩次分配風(fēng)電接納總量相等約束
[0041] Σ^"'=Σ^ η~[ π-1.
[0042]上式使得合理化均勻再分配后各時間斷面接納風(fēng)電功率總量應(yīng)和初次線性優(yōu)化 分配接納風(fēng)電總量保持一致；
[0043] 常規(guī)機組功率約束
[0044] 明煙極
[0045] 上式中，為常數(shù)，其值為初次分配模型中求得的各機組運行狀態(tài)；巧為常規(guī)機 組出力。
[0046] 此外，合理化均勻再分配電網(wǎng)各區(qū)域風(fēng)電接納功率的模型還應(yīng)該滿足以下約束： [0047]區(qū)域負荷平衡約束
[0048] Π +P;f''
[0049] 區(qū)域間線路傳輸容量約束
[0050] 〇 4 4腿
[0051 ] 合理均勻分配風(fēng)電功率約束
[0052] <
[0053] 步驟Β的模型的參數(shù)含義參見步驟Α中的參數(shù)含義。每一個參數(shù)在本說明書中僅代 表一種含義。
[0054]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0055] 1.本發(fā)明以傳統(tǒng)含風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運行年方案制定模型為基礎(chǔ)進行初次線 性優(yōu)化分配，然后，基于最小二乘法進一步對全省接納風(fēng)電在各分區(qū)進行合理分配。優(yōu)化結(jié) 果更加符合實際電力系統(tǒng)調(diào)度運行情況，可為調(diào)度員對各分區(qū)風(fēng)電接納能力判斷分析提供 最直觀的數(shù)據(jù)支持。
[0056] 2.本發(fā)明中合理化均勻再分配模型中不含二進制優(yōu)化變量，將復(fù)雜的混合整數(shù)二 次規(guī)劃模型轉(zhuǎn)換為二次規(guī)劃模型，保證了案例計算的效率，滿足調(diào)度人員對計算時間的要 求。
【附圖說明】
[0057]圖1是本發(fā)明方法【具體實施方式】的基本流程圖；
[0058] 圖2是我國東北某省水平年3個區(qū)域負荷出力序列；
[0059] 圖3是我國東北某省水平年3個區(qū)域年度風(fēng)電序列。
【具體實施方式】
[0060] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0061] 圖1是本發(fā)明方法【具體實施方式】的基本流程圖；首先，含風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運行 年方案建模(初次線性優(yōu)化分配)與文獻二《基于時序仿真的風(fēng)電年度計劃制定方法》（電力 系統(tǒng)自動化第38卷第11期第13頁)一致，這里只做簡單介紹。
[0062] 1)初次分配目標(biāo)函數(shù) T W
[0063] (1) n~l
[0064] 2)機組優(yōu)化功率約束
[0065] <2)
[0066] 3)最小啟停機時間約束
[0067] Υ]+^Ζ^<1 (3) ?-1 Kff'
[0068] Ζ^+^Υ；^<1 (4> ?Μ
[0069] 4)供熱期供熱機組出力約束
[0070] Ρ?ΒΥ=ζ^：Η) (；5)
[0071 ]
[0072] 5)啟停機邏輯狀態(tài)約束 rΧ^-Χ1^ -γ[ +ζ) =0 -X； - χι；{ +γ' < ο
[0073] \ X) + x'r1 + Yj < 2 (7) ~x'j - χ1:1 + zj < ο X) + χ1：1 +z'j< 2
[0074]