协调经济性及切负荷率公平性的紧急负荷控制优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于区域电力系统紧急负荷控制技术领域，涉及一种协调经济性及切负荷 率公平性的紧急负荷控制优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着高压直流输电工程及特高压交流电网的建设，我国远距离输送电能的规模越 来越大，这一方面可以向负荷中心提供更清洁、更经济的优质能源，有利于降低成本、保护 环境，但另一方面，也提高了区域电力系统对外来输电的依赖性，在大功率输电线路发生故 障的情况下，将造成受端系统功率严重不平衡，从而引发区域电力系统频率、功角及电压等 稳定问题。大功率联络线故障常伴有功率的大规模跨网转移，使得电力系统中其它线路的 传输功率超过稳定极限，如不及时采取紧急控制措施，将导致线路和机组的无序被动切除， 进一步加重功率不平衡问题，直至电力系统全面崩溃。
[0003] 目前，区域电力系统紧急负荷控制一般按照多轮次分时操作、逐次逼近的原则切 除负荷，在一次负荷切除后系统不能恢复稳定的情况下，再依据系统电压、频率的限制进行 下一轮切除，这种方法时间延迟较长，易错过紧急处理的最佳时机，无法适应事故情况下紧 急控制的时间要求，而且易导致负荷过切或欠切等问题，因此迫切需要研究批量负荷的快 速切除问题。现有区域电力系统紧急负荷控制中，确定各负荷中心切除量的常用方法主要 有：等比例切除、以最小切除量为目标和以最小经济代价为目标。其中，等比例切除方法不 考虑各节点负荷切除的经济代价及切除功效的差别，也不考虑各节点负荷组成及可控量约 束的差别，方案的精细化程度不高。而另外两种紧急负荷控制的方法：以切除量最少为目 标、以经济代价最小为目标的方法，则由于其目标函数单一，缺乏多目标之间的协调优化， 并且，各负荷中心切负荷率的分配欠缺公平性。2011年，我国《电力安全事故应急处置和调 查处理条例》颁布施行，对各类事故等级及处理办法做出了明确规定，在制定紧急负荷控制 方案时不仅应考虑经济代价、切负荷量等指标，还必须使得各负荷中心切负荷率的分配尽 量公平。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术所存在的考虑目标较为单一、延迟时间过长、精 细化程度不高、易导致过切或欠切、缺乏多目标之间的协调优化，以及切负荷率的分配欠缺 公平性的技术缺陷，提供一种协调经济性及切负荷率公平性的紧急负荷控制优化方法，不 仅考虑到经济代价、切负荷量等指标，还能使各负荷中心切负荷率的分配尽量公平。
[0005] 为了解决上述现有技术的技术问题，本发明采用以下技术方案。
[0006] 本发明的一种协调经济性及切负荷率公平性的紧急负荷控制优化方法，包括以下 步骤：
[0007] (1)获取区域电力系统数据；
[0008] (2)计算区域电力系统功率缺额对各负荷有功功率的灵敏度；
[0009] (3)构建区域电力系统紧急负荷控制优化问题数学模型；
[0010] (4)应用改进粒子群优化算法求解区域电力系统紧急负荷控制优化方案；
[0011] (5)校核紧急负荷控制优化方案下区域电力系统的暂态安全稳定性，
[0012] 所述的区域电力系统数据包括：各支路阻抗、各负荷中心各类负荷的比例、可控量 上下限及代价因子，各联络线对外输出功率，各变压器、同步发电机等数据；设所述的区域 电力系统有η台发电机、k个负荷中心，每个负荷中心包含1类、2类及3类三种负荷：第1 类负荷优先级最高，中断后将带来严重后果，第3类负荷切除代价较小，可随时中断，第2类 负荷介于两者之间；负荷k表示负荷中心1的第r类负荷，其中，1 = 1，"·Λ，Γ = 1，2,3， 区域电力系统与外部电力系统之间有m条联络线，将输出有功功率的联络线视作区域电力 系统的m个等效负荷Q，1 =k+1,…，k+m。
[0013] 在所述步骤（2)中，所述的计算区域电力系统功率缺额对各负荷有功功率的灵敏 度，其过程为：
[0014] 所述的区域电力系统的功率缺额为1 .其中，1 = 1，…，k时，&表示负荷中心1的有功负荷；1 =k+1,…，k+m时，&表示区域电力系统通过 m条联络线对外输出的有功功率；巧^为发电机6，俞出的有功功率，其中，g= 1，一,η-Ι，第 η台发电机所在节点为平衡节点，其输出有功功率为Ps，Plciss为区域电力系统网损；
[0015] 所述的区域电力系统网损Plciss等于区域电力系统各节点注入功率之和，计算区 域电力系统潮流，得出各节点电压幅值、相角及导纳矩阵，
实中， Ui,Uj为节点i,j的电压幅值，Θi，Θj为节点i，j的电压相角，G为节点间i,j间互电导，i= 1，…，N，j= 1，…，N，N为区域电力系统节点总数；
[0016]设负荷中心1的有功负荷减少，1 = 1，…，k+m，其它负荷和发电机输出 功率保持不变，由&巧;引起的网损变化ΔΡ^^: 1=-[也/從其 中：J为区域电力系统Jacobi矩阵，为（2N-n-l)X(2N-n_l)阶矩阵，[ΔΡAQ]T为各节 点注入有功、无功功率的变化量，为（2N-n-l)维向量；（
， 戶1
祀"/卿,州=犯;网损Pkiss对负荷巧的灵敏度为 ；-! % #
区域电力系统功率缺额γ对负荷有功功率4的灵敏度为：
[0017] 在所述步骤（3)中，所述的构建区域电力系统紧急负荷控制优化问题数学模型的 实现过程为：
[0018] 将所述的区域电力系统紧急负荷控制的优化问题描述为：
[0019]
[0020]
[0021] 其中，λ1;λ2分别为切负荷经济代价和切负荷率标准差对应的加权系数， k为切除负荷的代价因子，Ρ^为负荷切除率，Pll%up、p1Mot为负荷切除 率的上、下限，乃t,,为故障前负荷k的负荷总量，P1为负荷中心1的总切负荷率，
-=1，…，k，r= 1，2, 3,std([p!，P2,…，pk])为各负荷 中心总切负荷率所构成数组的标准差，标准差越大，则各负荷中心切除率相差越大，控制方 案的公平性越差；为区域电力系统功率缺额γ对负荷有功功率尸￡;的灵敏度，1 = 1，…，k+m，APsS平衡节点同步发电机输出有功的变化量。
[0022] 在所述步骤⑷中，所述的应用改进粒子群优化（ParticleSwarm Optimization,PS0)算法求解区域电力系统紧急负荷控制优化方案的实现过程为：
[0023] 定义罚函数Θ(p)=A3h2(P)，其中，λ3为惩罚系数，p是k个 负荷中心及m条联络线对应的等效负荷的切除率构成的（k+m)Xr的矩阵，
Θ(Ρ)反映了区域电力系统的功率不平衡程度，θ(ρ) 越大表明功率不平衡程度越严重；有关负荷切除率上、下界的约束，可直接通过限制PS0 算法搜索区间来实现；由此，将含约束的紧急负荷控制优化问题转化成目标函数为：
旳无约束优化问题；
[0024] 由于F(P)中的各项具有不同的物理意义和量级，故对其进行归一化，定义： F' （P) =λi·f' （P) +λ2 ·g' （p) +λ3 ·h' 2 (P)，其中，.
g1 (p) =std([p!, p 2, ···, pJ)
γ。为故障后未采取紧急 负荷控制措施时区域电力系统的初始功率缺额；λi越大，优化方案越侧重经济性；λ2越 大，优化目标越强调各节点切负荷率的公平性；由于功率平衡方程是电力系统运行的基本 约束条件，故λ3取值一般至少要比λi、λ2大1个数量级；
[0025] 应用改进PS0算法求解区域电力系统紧急负荷控制优化方案，定义1/F' (Ρ)为 粒子适应度；首先，初始化粒子群，设置初始切除率及最大迭代次数η_;接着，计算各粒子 适应度，更新各粒子的局部最优值及整个粒子群的全局最优值，并据此计算各粒子移动速 度，调整粒子位置；如此不断循环，直到迭代次数大于设定值η_;最后，输出最优负荷切除 率P为改善PSO算法的收敛性，在优化过程中，采用线性递减方法动态调节惯性权重， 在初始阶段，设置较大的惯性权重，使粒子具有较大移动速度，以避免陷入局部最优；在算 法后期，逐渐减小惯性权重，减慢粒子移动速度，以保证平稳收敛。
[0026]在所述步骤（5)中，所述的校核紧急负荷控制优化方案下区域电力系统的暂态安 全稳定性的实现过程为：
[0027]在区域电力系统电网失去大功率区外来电时，按照最优负荷切除率规定的比例快 速切除各负荷中心的各类负荷，对区域电力系统暂态响应进行仿真计算，观察同步发电机 转速、功角摇摆曲线及区域电力系统中各母线的电压跌落，如符合暂态