考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法与流程

1.本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法。


背景技术：

2.一直以来系统旋转备用容量对于电力系统的安全运行具有举足轻重的意义，是保障电网安全运行的重要手段。尤其是在新能源出力预测准确度较低的情况下，合理预留系统旋转备用容量关乎电力系统的平稳安全运行。当因新能源预测与实际缺口较大，或者某些设备因故障等原因退出运行时，要求正在运行的机组能够增加出力，才能满足系统平衡要求，所以在制定机组组合计划时，预留足够的旋转备用容量可以维持供电持续性的总要保障。
3.系统旋转备用容量分为正旋转备容量和负旋转备用容量，若不考虑电力系统运行的真实情况，旋转备用占系统负荷的比例越高，电力系统的可靠性、安全性也就越好。但正旋转备用和负旋转备用往往呈现反比关系，同时系统备用用量的需求也决定着机组组合计划制定。一般来说，正旋转备用需求越多，要求开机机组的台数越多，会造成电力系统运行成本的增加。
4.因此根据系统的正、负旋转备用需求，在制定机组组合计划和机组发电计划时，合理的预留出相应的备用容量至关重要。而目前关于系统旋转备用的计算方法多为机组旋转备用容量的累加，未考虑到网络安全约束和可调度负荷对备用容量的影响，这就造成计算出的系统备用容量比实际可用的系统备用容量略高，从而影响对电力系统运行状态是否安全的误判。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的发明目的是提供一种考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法。
6.技术方案：本发明所述的一种考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法，该方法包括步骤如下：
7.(1)根据输入的基础数据，以购电成本最低为优化目标，建立机组组合优化计算模型；
8.(2)根据系统旋转备用需求，将备用需求总量分配给各机组承担，并考虑可调度负荷参与，建立各机组的正旋转备用和负旋转备用出力范围约束；
9.(3)将各机组旋转备用容量和可调度负荷纳入安全约束计算中，在满足安全约束的条件下，计算出各机组实际能承担的最大备用容量；
10.(4)将计算出的各机组的旋转备用容量，累加为系统旋转备用容量，并考虑可调度负荷的使用情况，精确计算出满足网络安全约束的系统备用容量数值，满足电网安全运行的需要。
11.优选的，步骤(1)中基础数据包括机组最大出力、机组最小出力、机组爬坡速率、机组滑坡速率、机组最小持续运行时间、机组最小停机时间、机组初始出力、机组状态保持时间、系统最小正旋转备用需求、系统最小负旋转备用需求、关键断面限值及对设备的灵敏度；若系统中存在可调度负荷，基础数据还包括可调度负荷的最大出力、可调度负荷的最小出力、调度负荷的爬坡速率、调度负荷的滑坡速率、可调度负荷的最小电量要求、可调度负荷的最大电量要求。
12.优选的，步骤(1)中建立的机组组合优化模型中引入变量机组正旋转备用和机组负旋转备用。
13.优选的，步骤(2)中当机组为固定出力机组时，设置变量机组正旋转备用和机组负旋转备用数值固定，作为常量不参与机组旋转备用出力范围约束的计算，此时，变量机组正旋转备用和机组负旋转备用的计算方法如下：
[0014][0015]
式中，unitposrsv(i,t)为机组i在t时刻正旋转备用，unitnegrsv(i,t)为机组i在t时刻负旋转备用，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，unit_maxpower(i,t)为机组i在t时刻的最大出力上限，unit_minpower(i,t)为机组i在t时刻的最小出力下限，ui(i,t)为机组启停标志，ui(i,t)＝1表示机组i在t时刻开机，ui(i,t)＝0表示机组i在t时刻停机。
[0016]
优选的，步骤(2)中当机组为非固定出力机组时，变量机组正旋转备用和机组负旋转备用的大小范围满足以下约束条件：
[0017][0018]
式中，unitposrsv(i,t)为机组i在t时刻正旋转备用，unitnegrsv(i,t)为机组i在t时刻负旋转备用，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，unit_maxpower(i,t)为机组i在t时刻的最大出力上限，unit_minpower(i,t)为机组i在t时刻的最小出力下限，ui(i,t)为机组启停标志，ui(i,t)＝1表示机组i在t时刻开机，ui(i,t)＝0表示机组i在t时刻停机。
[0019]
同时满足系统旋转备用下限约束，约束条件如下：
[0020][0021]
式中，systemposrsv(t)为系统在t时刻的最小正旋转备用下限，systemnegrsv(t)为系统在t时刻的最小负旋转备用下限，根据系统负荷水平按比例折算。
[0022]
优选的，步骤(3)中机组的正旋转备用和机组的负旋转备用满足网络安全约束的计算方法如下：
[0023]
[0024]
式中，sens(nfg,i,t)为关键断面nfg对机组i在t时刻的灵敏度，sens(nfg,l,t)为关键断面nfg对母线负荷l在t时刻的灵敏度，sens(nfg,tie,t)为关键断面nfg对联络线tie在t时刻的灵敏度，sectionlimit(nfg,i)为关键断面nfg在t时刻的动态限额，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，load(l,t)为母线l在t时刻的负荷，tieline(tie,t)为联络线tie在t时刻的计划功率；
[0025]
可调度负荷满足出力限值约束、爬坡能力约束、电量约束和固定出力约束，可调度负荷参与电力系统的运行，电力系统的发用平衡计算方法如下：
[0026][0027]
式中，systemload(t)为t时刻系统负荷预测值，uil(ild,t)为表示可调度负荷ild在t时刻是否切除的标志，uil(ild,t)＝1为在t时刻切除可调度负荷ild，uil(ild,t)＝0为在t时刻不切除可调度负荷ild；
[0028]
将可调度负荷纳入系统备用容量的计算之中，制定机组组合计划。
[0029]
优选的，步骤(4)中将可调度负荷作为一种系统备用容量，将未切除的可调度负荷作为系统正旋转备用容量的一部分，将已切除的可调度负荷作为系统负旋转备用容量的一部分，计算系统旋转备用时结合可调度负荷参与，计算方法如下：
[0030][0031]
参与电网运行的可调度负荷满足网络安全约束，计算方法如下：
[0032][0033]
式中，sens(nfg,ild,t)为机组i对断面nfg在t时刻的功率转移因子；iload(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的计划功率。
[0034]
优选的，经机组组合优化计算，确定机组的启停情况后，新增优化目标，计算系统最大正旋转备用能力或系统最大负旋转备用能力，所述的新增优化目标如下：
[0035][0036]
优选的，经机组组合优化计算，确定机组的启停情况后，新增系统备用成本最低的优化目标，计算系统备用容量机组分配结果，所述的系统备用成本最低的优化目标如下：
[0037][0038]
式中，unitposrsvprice(i,t)为机组正旋转备用成本，unitnegrsvprice(i,t)为机组负旋转备用成本。
[0039]
进一步的，可调度负荷满足出力限值约束、爬坡能力约束、电量约束和固定出力约束，具体约束条件如下：
[0040]
出力限值约束为：
[0041]
式中，iload(ild,t)为可调度负荷的出力，iloadmaxpower(ild,t)为可调度负荷的出力上限，iloadminpower(ild,i)为可调度负荷的出力下限。
[0042]
爬坡能力约束为：
[0043]
式中，incramp(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的最大爬坡能力，decramp(i,t)为可调度负荷ild在t时刻的最小爬坡能力，mtime为计算时间间隔，如日前计划时，mtime＝15，实时计划时mtime＝5。
[0044]
电量约束为：
[0045]
式中，iloadmaxenergy(ild)为可调度负荷ild需满足的最大电量，iloadminenergy(ild)为可调度负荷ild需满足的最小电量。
[0046]
固定出力约束为：iload(ild,t)＝iloadfixedpower(ild,t)
[0047]
式中，iloadfixedpower(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的固定出力计划。
[0048]
有益效果：该方法充分考虑到网络安全约束和可调度负荷对备用容量的影响，通过将系统旋转备用容量分摊给各机组承担，并将各机组承担的旋转备用容量纳入网络安全约束的计算中，以计算出满足网络安全约束的系统旋转备用容量，计算方法更为精确，也能满足电网安全运行的需要；在电网中存在可调度负荷参与的情况下，满足可调度负荷运行约束和网络约束的同时，将可调度负荷的调整能力计入系统旋转备用容量的计算，进一步提高系统旋转备用容量计算的精度；进一步的，可以通过设置系统旋转备用用量最大化的优化目标，可以计算出系统可用的最大旋转备用容量，为电网运行提供参考。还可以通过设置系统备用成本最小的优化，确定系统旋转备用容量由哪些机组承担，使得电网运行成本最小。
附图说明
[0049]
图1为本发明中考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法的工作流程图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图和实施例方案对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0051]
一种考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法，如图1所示，该方法包括步骤如下：
[0052]
根据输入的基础数据，以购电成本最低为优化目标，建立机组组合优化计算模型；
[0053]
基础数据应包括：机组最大出力、机组最小出力、机组爬坡速率、机组滑坡速率、机组最小持续运行时间、机组最小停机时间、机组初始出力、机组状态保持时间、系统最小正旋转备用需求、系统最小负旋转备用需求、关键断面限值及对设备的灵敏度等，若系统中存
在可调度负荷，基础数据也包括可调度负荷的最大出力、可调度负荷的最小出力、调度负荷的爬坡速率、调度负荷的滑坡速率、可调度负荷的最小电量要求、可调度负荷的最大电量要求等数据；
[0054]
在机组组合优化模型中引入变量机组正旋转备用unitposrsv(i,t)和机组负旋转备用unitnegrsv(i,t)。
[0055]
检验机组的出力状态，当机组为固定出力机组时，设置变量机组正旋转备用和机组负旋转备用数值固定，作为常量不参与机组旋转备用出力范围约束的计算，此时，变量机组正旋转备用和机组负旋转备用的计算方法如下：
[0056][0057]
式中，unitposrsv(i,t)为机组i在t时刻正旋转备用，unitnegrsv(i,t)为机组i在t时刻负旋转备用，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，unit_maxpower(i,t)为机组i在t时刻的最大出力上限，unit_minpower(i,t)为机组i在t时刻的最小出力下限，ui(i,t)为机组启停标志，ui(i,t)＝1表示机组i在t时刻开机，ui(i,t)＝0表示机组i在t时刻停机。
[0058]
当机组为非固定出力机组时，变量机组正旋转备用和机组负旋转备用的大小范围满足以下约束条件：
[0059][0060]
式中，unitposrsv(i,t)为机组i在t时刻正旋转备用，unitnegrsv(i,t)为机组i在t时刻负旋转备用，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，unit_maxpower(i,t)为机组i在t时刻的最大出力上限，unit_minpower(i,t)为机组i在t时刻的最小出力下限，ui(i,t)为机组启停标志，ui(i,t)＝1表示机组i在t时刻开机，ui(i,t)＝0表示机组i在t时刻停机。
[0061]
同时满足系统旋转备用下限约束，约束条件如下：
[0062][0063]
式中，systemposrsv(t)为系统在t时刻的最小正旋转备用下限，systemnegrsv(t)为系统在t时刻的最小负旋转备用下限，根据系统负荷水平按比例折算。
[0064]
在电力系统的运行中，机组的出力也会受到安全约束条件的限制，可能因某些关键断面的过载，导致相关机组的出力可调范围受限。而机组的备用容量本质上是机组出力范围可调整的空间。因此，机组的正旋转备用容量和负旋转备用容量的计算也应满足网络安全约束。
[0065]
机组的正旋转备用和机组的负旋转备用满足网络安全约束的计算方法如下：
[0066]
式中，sens(nfg,i,t)为关键断面nfg对机组i在t时刻的灵敏度，sens(nfg,l,t)为关键断面nfg对母线负荷l在t时刻的灵敏度，sens(nfg,tie,t)为关键断面nfg对联络线tie在t时刻的灵敏度，sectionlimit(nfg,i)为关键断面nfg在t时刻的动态限额，pi(i,t)为机组i在t时刻的出力，load(l,t)为母线l在t时刻的负荷，tieline(tie,t)为联络线tie在t时刻的计划功率；
[0067]
在系统存在可调度负荷的情况下，可以将可调度负荷纳入系统备用容量的计算之中，在制定机组组合计划的同时，制定可调度负荷投入使用的计划，实现对可调度负荷使用的提前通知，满足实际生产的需求。
[0068]
可调度负荷满足出力限值约束、爬坡能力约束、电量约束和固定出力约束，具体约束条件如下：
[0069]
出力限值约束为：
[0070]
式中，iload(ild,t)为可调度负荷的出力，iloadmaxpower(ild,t)为可调度负荷的出力上限，iloadminpower(ild,i)为可调度负荷的出力下限。
[0071]
爬坡能力约束为：
[0072]
式中，incramp(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的最大爬坡能力，decramp(i,t)为可调度负荷ild在t时刻的最小爬坡能力，mtime为计算时间间隔，如日前计划时，mtime＝15，实时计划时mtime＝5。
[0073]
电量约束为：
[0074]
式中，iloadmaxenergy(ild)为可调度负荷ild需满足的最大电量，iloadminenergy(ild)为可调度负荷ild需满足的最小电量。
[0075]
固定出力约束为：iload(ild,t)＝iloadfixedpower(ild,t)
[0076]
式中，iloadfixedpower(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的固定出力计划。
[0077]
在满足以上约束条件的情况下，可调度负荷可参与电力系统的运行，此时，电力系统的发用平衡计算方法如下：
[0078][0079]
式中，systemload(t)为t时刻系统负荷预测值，uil(ild,t)为表示可调度负荷ild在t时刻是否切除的标志，uil(ild,t)＝1为在t时刻切除可调度负荷ild，uil(ild,t)＝0为在t时刻不切除可调度负荷ild；
[0080]
可调度负荷本身就是一种系统备用容量，因此，在计算系统旋转备用时，应考虑可调度负荷的参与情况，计算方法如下：
[0081]
[0082]
切除某个可调度负荷会使系统负荷总量降低，在机组出力不变的情况下，会导致系统的正旋转备用容量降低，因此，未切除的可调度负荷可以看作系统正旋转备用容量的一部分。
[0083]
对于已切除的可调度负荷而言，只有当机组的最小发电总加能力超过系统负荷时才会重新投入使用。在这种情况下，可以看作已切除的可调度负荷增加了机组出力向下调整的能力，应作为系统的负旋转备用容量的一部分参与计算。
[0084]
同理，参与到电网运行的可调度负荷也应满足网络安全约束，计算方法如下：
[0085][0086]
式中，sens(nfg,ild,t)为机组i对断面nfg在t时刻的功率转移因子；
[0087]
iload(ild,t)为可调度负荷ild在t时刻的计划功率。
[0088]
在此模型的基础上，经机组组合优化计算，确定机组的启停情况后，可以通过新增优化目标，计算系统最大正旋转备用能力或系统最大负旋转备用能力，新增的优化目标如下：
[0089][0090]
通过计算系统的最大正旋转备用容量和系统的最大负备用容量，可以为制定的机组组合计划提供评价依据。
[0091]
另外，在此模型的基础上，还可以增加参数机组正旋转备用成本和负旋转备用成本，并新增系统备用成本最低的优化目标，计算系统备用容量机组分配结果，所述的系统备用成本最低的优化目标如下：
[0092][0093]
式中，unitposrsvprice(i,t)为机组正旋转备用成本，unitnegrsvprice(i,t)为机组负旋转备用成本。
[0094]
综上，该种考虑网络安全和可调度负荷的系统旋转备用容量计算方法，通过将系统旋转备用容量分摊给各机组承担，并将各机组承担的旋转备用容量纳入网络安全约束的计算中，以精准计算出满足网络安全约束的系统旋转备用容量；同时在电网中存在可调度负荷的情况下满足可调度负荷运行约束和网络约束的同时，将可调度负荷的调整能力计入系统旋转备用容量的计算，进一步提高系统旋转备用容量计算的精度。