一种基于可中断负荷的多目标过载辅助决策方法与流程

本发明涉及一种基于可中断负荷的多目标过载辅助决策方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术：

在受端电网发电机备用不足的情况下，需要通过负荷控制来消除电网中设备的过载。特高压直流输送容量在受端系统规模中的比例不断增大，直流闭锁故障造成大功率冲击，在系统调频特性的作用下，发电机出力增加可能导致输电断面潮流越稳定限额，对负荷控制的规模和响应速度提出了更高的要求。

传统的负荷控制没有考虑用户侧的实际情况，大规模不加选择性的集中切负荷不仅会造成巨大经济损失，在电力市场环境下用户的接受程度也较低。受EMS系统建模范围的限制，省级调度机构难以直接感知电网中的可控负荷容量，只能按照预先设置的比例在各地市间分摊消除过载的切负荷量，由地级调度机构通过事故拉路来进行负荷控制。当某个地级调度机构控制量不足时，省级调度机构需要根据事故拉路的执行结束的系统运行状态再次进行辅助决策计算，无法满足复杂故障场景对事故处置的快速性要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于可中断负荷的多目标过载辅助决策方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于可中断负荷的多目标过载辅助决策方法，包括以下步骤，

步骤1，在调度中心站获取可中断负荷的可控容量数据并建立可中断负荷与能量管理系统中等值负荷的对应关系；

步骤2，若调度中心站检测到当前状态下存在过载设备，则进入步骤3；否则，结束本方法；

步骤3，检测过载设备关联发电机的可调空间，若所有的过载设备均无法通过增加自身关联发电机的有功来降低过载程度，则进入步骤4；否则，结束本方法；

步骤4，计算可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子，将功率转移分布因子大于设定门槛值的可中断负荷加入决策空间；

步骤5，根据功率转移分布因子计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标，根据可控容量计算可中断负荷对可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标，采用线性加权因子计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标；

步骤6，根据并行计算平台的核数将线性加权因子的变化范围平均分为C个档位；其中，档位m对应的线性加权因子为κ_m＝m/(C-1)，m＝0,…,C-1；

步骤7，根据综合贡献度指标对可中断负荷进行排序，分别计算各档位线性加权因子对应的过载辅助决策措施；过载辅助决策措施包括需要切除的可中断负荷以及与可中断负荷切除总量匹配的发电机有功调整方案；

步骤8，计算各档位的可中断负荷切除总量E_m和可中断负荷切除总数W_m，若存在相邻档位可中断负荷切除总量的差值大于计算精度ξ，则执行步骤9；否则，执行步骤10；

步骤9，根据可中断负荷切除总量差值大于计算精度ξ的线性加权因子搜索区间确定新增的档位，返回步骤7；

步骤10，以档位为0的可中断负荷切除总量E₀和可中断负荷切除总数W₀作为参考，针对其它有效的档位n依次计算可中断负荷切除总量的变化量ΔE_n＝E₀-E_n和可中断负荷切除总数的变化量ΔW_n＝W₀-W_n，E_n和W_n分别为档位n的可中断负荷切除总量和可中断负荷切除总数，由调度运行人员选择最终的过载辅助决策措施。

确定过载设备关联发电机的可调空间的过程为，

3-1)分别计算发电机对过载设备的功率转移分布因子；

3-2)筛选出功率转移分布因子绝对值大于设定门槛值的发电机，将该发电机作为过载设备关联发电机；

3-3)满足功率转移分布因子小于0的过载设备关联发电机的出力调整方向为增出力，计算增出力过载设备关联发电机的可调空间；

其中，ΔP_g,j为增出力过载设备关联发电机g的可调空间，和分别为增出力过载设备关联发电机g的最大有功和当前有功；

3-4)如果所有增出力过载设备关联发电机的可调空间均为0，则无法通过增加过载设备关联发电机出力来降低过载设备的过载程度。

计算可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子过程为：计算与可中断负荷对应的等值负荷对过载设备的功率转移分布因子，将该功率转移分布因子作为可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子。

计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标的过程为，

5-1)根据可中断负荷对所有过载设备的功率转移分布因子，计算可中断负荷的控制性能指标；

其中，γ_i为可中断负荷L_i的控制性能指标，N为过载设备的总数，λ_j为过载设备Q_j的负载率，γ_i,j为可中断负荷L_i对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

5-2)选取可中断负荷中控制性能指标的最大者为基准值，将可中断负荷的控制性能指标进行归一化处理，计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标；

其中，为可中断负荷L_i对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标，γ_max＝max(γ_i)为可中断负荷中控制性能指标的最大者；

5-3)选取可中断负荷中可控容量的最大者为基准值，将可中断负荷的可控容量进行归一化处理，计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标；

其中，为可中断负荷L_i对降低可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标，P_i为可中断负荷L_i的可控容量，P_max＝max(P_i)为可中断负荷L_i中可控容量的最大者；

5-4)采用线性加权因子计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标；

其中，为线性加权因子为κ时，可中断负荷L_i对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标。

计算线性加权因子为κ时对应的过载辅助决策措施的过程为，

7-1)将交流潮流校核次数A初始化为0，设置交流潮流校核步长为ε₂；

7-2)依次确定过载设备过载完全消除对应的可中断负荷切除量，满足：

其中，E_j(κ)为过载设备Q_j过载完全消除对应的可中断负荷切除量，M_j为切除的可中断负荷个数，为过载设备Q_j的功率越限量，P_j为过载设备Q_j的有功功率，对于交流线路，为根据过载设备Q_j额定电流和当前电压折算出的功率限值，对于变压器，为根据过载设备Q_j额定容量和当前电压折算出的功率限值；对于输电断面，为输电断面在当前运行方式下的功率限额，γ_i+1,j为可中断负荷L_i+1对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

7-3)将所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值作为可中断负荷切除量，考虑二次调频过程中二次调频关联发电机和可中断负荷的响应情况，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整，通过交流潮流对控制措施进行校核；

7-4)将交流潮流校核次数A更新为A+1，分别计算所有过载设备的功率越限量，确定所有功率越限量的最小值的绝对值对应的过载设备Q_d；

按以下步骤处理：

(1)若则将C_A作为最终的可中断负荷控制方案；

为交流潮流校核次数为A时过载设备Q_d的功率越限量，C_A为交流潮流校核次数为A时所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值；

(2)若A>1、且则将C_A作为最终的可中断负荷控制方案；

为交流潮流校核次数为A-1时过载设备Q_d的功率越限量；

(3)若A>1、且则将C_A-1作为最终的可中断负荷控制方案；

C_A-1为交流潮流校核次数为A-1时所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值；

(4)若则将过载设备Q_d的功率越限量更新为ΔP_d＝ΔP_d+ε₂，返回步骤7-1；

(5)若则将过载设备Q_d的功率越限量更新为ΔP_d＝ΔP_d-ε₂，返回步骤7-1。

步骤7-3中，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整的过程为，

7-3-1)计算过载设备关联发电机对所有过载设备的控制性能指标；

其中，τ_g为过载设备关联发电机g对所有过载设备的控制性能指标，τ_g,j为过载设备关联发电机g对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

7-3-2)根据系统频率和额定频率计算系统的频率偏差；

Δf＝f-f₀

其中，Δf为系统频率f和额定频率f₀计算系统的频率偏差；

7-3-3)比较AGC动作死区对应的频率偏差门槛值Δf_AGC和Δf的大小，若Δf≥-Δf_AGC，则按控制性能指标由大到小选择过载设备关联发电机降出力，调节总量与C_A一致，并结束调整过程；否则，模拟二次调频的动作过程对二次调频关联发电机和未切除可中断负荷进行调整，步骤如下：

(1)计算控制周期T结束时参与二次调频关联发电机的有功变化量；

其中，ΔP_g′为控制周期T结束时参与二次调频关联发电机g′的有功变化量，V_g′为二次调频关联发电机g′的爬坡率，和分别为二次调频关联发电机g′的最大有功和当前有功；

(2)计算控制周期T结束时系统频率的变化量；

其中，Δf_T为控制周期T结束时系统频率的变化量，K_s为系统中未切除负荷的总调频系数，N_G为参与二次调频关联发电机数量；

(3)计算频率变化后等值负荷B_k的有功变化量；

其中，为频率变化后等值负荷B_k的有功变化量，为等值负荷B_k的频率变化有功系数。

根据可中断负荷切除总量差值大于计算精度ξ的线性加权因子搜索区间确定新增的档位的过程为，

9-1)定义相邻档位为t和t+1，则对应的线性加权因子分别为κ_t和κ_t+1；

9-2)新增加的档位数E_t、E_t+1分为档位为t和t+1的可中断负荷切除总量；

9-3)将搜索区间[κ_t，κ_t+1]按M_t均分得到新增档位的线性加权因子。

本发明所达到的有益效果：本发明分别计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量、可中断负荷切除总数两个目标函数的贡献度指标，采用线性加权因子计算可中断负荷对两个目标函数的综合贡献度指标；将线性加权因子分为不同的档位，分别计算各档位线性加权因子对应的过载辅助决策措施，由调度运行人员选择最终的措施；在计算给定线性加权因子下的负荷控制方案时，根据可中断负荷的功率转移分布因子估算可中断负荷切除总量，考虑二次调频过程中二次调频关联发电机和可中断负荷的响应情况，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整，采用交流潮流校核对过载设备的功率越限量进行修正，逐次逼近满足计算精度并能够完全消除电网中设备过载的辅助决策措施；应用本发明方法，可以根据可中断负荷对目标函数的贡献度指标进行多目标优化，给出满足计算精度的有效解集，实现降低可中断负荷切除总量和可中断负荷切除总数两个目标函数的协调优化。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于可中断负荷的多目标过载辅助决策方法，其原理为：可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子，反映了切除该可中断负荷对降低可中断负荷切除总量的贡献，可中断负荷的容量，反映了切除该可中断负荷对降低可中断负荷切除总数的贡献；采用线性加权因子可以计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量和可中断负荷切除总数的综合贡献度指标，线性加权因子的变化反映了不同贡献度指标在综合贡献度指标的权重，将可中断负荷按综合贡献度指标进行排序，则可以通过求解不同线性加权因子对应的可中断负荷控制方案可以得到多目标优化模型的有效解；在计算给定线性加权因子对应的可中断负荷控制方案时，可以根据功率转移分布因子估计可中断负荷控制问题，通过交流潮流校核来逐次逼近满足计算精度并能够完全消除电网中设备过载的辅助决策措施；在交流潮流校核前，考虑二次调频过程中关联发电机和可中断负荷的响应情况，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整，可以模拟负荷控制后系统的潮流分布并确保系统中的功率平衡；通过并行计算可以同时计算多个档位线性加权因子对应的可中断负荷控制方案，提高过载辅助决策的计算速度。

具体步骤如下：

步骤1，在可中断负荷的用户侧安装数据采集和可中断负荷控制装置，在调度中心站获取可中断负荷的可控容量数据并建立可中断负荷与能量管理系统中等值负荷的对应关系。

步骤2，若调度中心站检测到当前状态下存在过载设备，即存在交流线路、变压器过载或输电断面越稳定限额的情况，则进入步骤3；否则，结束本方法。

步骤3，检测过载设备关联发电机的可调空间，若所有的过载设备均无法通过增加自身关联发电机的有功来降低过载程度，则进入步骤4；否则，结束本方法。

确定过载设备关联发电机的可调空间的过程为：

3-1)分别计算发电机对过载设备的功率转移分布因子；

3-2)筛选出功率转移分布因子绝对值大于设定门槛值的发电机，将该发电机作为过载设备关联发电机；

3-3)满足功率转移分布因子小于0的过载设备关联发电机的出力调整方向为增出力，计算增出力过载设备关联发电机的可调空间；

其中，ΔP_g,j为增出力过载设备关联发电机g的可调空间，和分别为增出力过载设备关联发电机g的最大有功和当前有功；

3-4)如果所有增出力过载设备关联发电机的可调空间均为0，则无法通过增加过载设备关联发电机出力来降低过载设备的过载程度。

步骤4，计算可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子，将功率转移分布因子大于设定门槛值的可中断负荷加入决策空间。

计算可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子过程为：计算与可中断负荷对应的等值负荷对过载设备的功率转移分布因子，将该功率转移分布因子作为可中断负荷对过载设备的功率转移分布因子。

步骤5，根据功率转移分布因子计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标，根据可控容量计算可中断负荷对可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标，采用线性加权因子计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标。

计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标的过程为：

5-1)根据可中断负荷对所有过载设备的功率转移分布因子，计算可中断负荷的控制性能指标；

其中，γ_i为可中断负荷L_i的控制性能指标，N为过载设备的总数，λ_j为过载设备Q_j的负载率，γ_i,j为可中断负荷L_i对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

5-2)选取可中断负荷中控制性能指标的最大者为基准值，将可中断负荷的控制性能指标进行归一化处理，计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标；

其中，为可中断负荷L_i对降低可中断负荷切除总量目标函数f₁的贡献度指标，γ_max＝max(γ_i)为可中断负荷中控制性能指标的最大者；

5-3)选取可中断负荷中可控容量的最大者为基准值，将可中断负荷的可控容量进行归一化处理，计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标；

其中，为可中断负荷L_i对降低可中断负荷切除总数目标函数f₂的贡献度指标，P_i为可中断负荷L_i的可控容量，P_max＝max(P_i)为可中断负荷L_i中可控容量的最大者；

5-4)采用线性加权因子计算可中断负荷对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标；

其中，为线性加权因子为κ时，可中断负荷L_i对目标函数f₁和f₂的综合贡献度指标，κ的变化范围为[0，1]。

步骤6，根据并行计算平台的核数将线性加权因子的变化范围平均分为C个档位；其中，档位m对应的线性加权因子为κ_m＝m/(C-1)，m＝0,…,C-1。

步骤7，根据综合贡献度指标对可中断负荷进行排序，分别计算各档位线性加权因子对应的过载辅助决策措施；过载辅助决策措施包括需要切除的可中断负荷以及与可中断负荷切除总量匹配的发电机有功调整方案。

计算线性加权因子为κ时对应的过载辅助决策措施的过程为：

7-1)将交流潮流校核次数A初始化为0，设置交流潮流校核步长为ε₂；

7-2)依次确定过载设备过载完全消除对应的可中断负荷切除量，满足：

其中，E_j(κ)为过载设备Q_j过载完全消除对应的可中断负荷切除量，M_j为切除的可中断负荷个数，为过载设备Q_j的功率越限量，P_j为过载设备Q_j的有功功率，对于交流线路，为根据过载设备Q_j额定电流和当前电压折算出的功率限值，对于变压器，为根据过载设备Q_j额定容量和当前电压折算出的功率限值；对于输电断面，为输电断面在当前运行方式下的功率限额，γ_i+1,j为可中断负荷L_i+1对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

7-3)将所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值作为可中断负荷切除量，考虑二次调频过程中二次调频关联发电机和可中断负荷的响应情况，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整，通过交流潮流对控制措施进行校核；

对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整的过程为，

7-3-1)计算过载设备关联发电机对所有过载设备的控制性能指标；

其中，τ_g为过载设备关联发电机g对所有过载设备的控制性能指标，τ_g,j为过载设备关联发电机g对过载设备Q_j的功率转移分布因子；

7-3-2)根据系统频率和额定频率计算系统的频率偏差；

Δf＝f-f₀

其中，Δf为系统频率f和额定频率f₀计算系统的频率偏差；

7-3-3)比较AGC动作死区对应的频率偏差门槛值Δf_AGC和Δf的大小，若Δf≥-Δf_AGC，则按控制性能指标由大到小选择过载设备关联发电机降出力，调节总量与C_A一致，并结束调整过程；否则，模拟二次调频的动作过程对二次调频关联发电机和未切除可中断负荷进行调整，步骤如下：

(1)计算控制周期T结束时参与二次调频关联发电机的有功变化量；

其中，ΔP_g′为控制周期T结束时参与二次调频关联发电机g′的有功变化量，V_g′为二次调频关联发电机g′的爬坡率，和分别为二次调频关联发电机g′的最大有功和当前有功；

(2)计算控制周期T结束时系统频率的变化量；

其中，Δf_T为控制周期T结束时系统频率的变化量，K_s为系统中未切除负荷的总调频系数，N_G为参与二次调频关联发电机数量；

(3)计算频率变化后等值负荷B_k的有功变化量；

其中，为频率变化后等值负荷B_k的有功变化量，为等值负荷B_k的频率变化有功系数；

7-4)将交流潮流校核次数A更新为A+1，分别计算所有过载设备的功率越限量，确定所有功率越限量的最小值的绝对值对应的过载设备Q_d；

按以下步骤处理：

(1)若则将C_A作为最终的可中断负荷控制方案；

为交流潮流校核次数为A时过载设备Q_d的功率越限量，C_A为交流潮流校核次数为A时所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值；

(2)若A>1、且则将C_A作为最终的可中断负荷控制方案；

为交流潮流校核次数为A-1时过载设备Q_d的功率越限量；

(3)若A>1、且则将C_A-1作为最终的可中断负荷控制方案；

C_A-1为交流潮流校核次数为A-1时所有过载设备对应可中断负荷切除量的最大值；

(4)若则将过载设备Q_d的功率越限量更新为ΔP_d＝ΔP_d+ε₂，返回步骤7-1；

(5)若则将过载设备Q_d的功率越限量更新为ΔP_d＝ΔP_d-ε₂，返回步骤7-1。

步骤8，计算各档位的可中断负荷切除总量E_m和可中断负荷切除总数W_m，若存在相邻档位可中断负荷切除总量的差值大于计算精度ξ，则执行步骤9；否则，执行步骤10。

步骤9，根据可中断负荷切除总量差值大于计算精度ξ的线性加权因子搜索区间确定新增的档位，返回步骤7。

根据可中断负荷切除总量差值大于计算精度ξ的线性加权因子搜索区间确定新增的档位的过程为：

9-1)定义相邻档位为t和t+1，则对应的线性加权因子分别为κ_t和κ_t+1；

9-2)新增加的档位数E_t、E_t+1分为档位为t和t+1的可中断负荷切除总量；

9-3)将搜索区间[κ_t，κ_t+1]按M_t均分得到新增档位的线性加权因子。

步骤10，以档位为0的可中断负荷切除总量E₀和可中断负荷切除总数W₀作为参考，针对其它有效的档位n依次计算可中断负荷切除总量的变化量ΔE_n＝E₀-E_n和可中断负荷切除总数的变化量ΔW_n＝W₀-W_n，E_n和W_n分别为档位n的可中断负荷切除总量和可中断负荷切除总数，由调度运行人员选择最终的过载辅助决策措施。

上述方法分别计算可中断负荷对降低可中断负荷切除总量、可中断负荷切除总数两个目标函数的贡献度指标，采用线性加权因子计算可中断负荷对两个目标函数的综合贡献度指标；将线性加权因子分为不同的档位，分别计算各档位线性加权因子对应的过载辅助决策措施，由调度运行人员选择最终的措施；在计算给定线性加权因子下的负荷控制方案时，根据可中断负荷的功率转移分布因子估算可中断负荷切除总量，考虑二次调频过程中二次调频关联发电机和可中断负荷的响应情况，对发电机和未切除可中断负荷的有功进行调整，采用交流潮流校核对过载设备的功率越限量进行修正，逐次逼近满足计算精度并能够完全消除电网中设备过载的辅助决策措施；应用本发明方法，可以根据可中断负荷对目标函数的贡献度指标进行多目标优化，给出满足计算精度的有效解集，实现降低可中断负荷切除总量和可中断负荷切除总数两个目标函数的协调优化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。