考虑区间支援和断面约束的电力系统运行备用分区优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统运行备用优化方法，特别涉及一种考虑区间支援和断面 约束的电力系统运行备用分区优化方法。
【背景技术】
[0002] 电网运行备用是维护电网安全稳定运行，保证电网优质经济运行必不可少的技术 手段。电网运行中应留有一定的电力电量储备，以应付负荷突然变动、电网故障、发电设备 随机停运等情况的出现，从而将电力供需矛盾给社会和企业带来的不利影响降至最低程 度。一般备用容量占系统总负荷的比例越高，系统的供电可靠性越高，但是备用容量预留过 多，会造成发电设备利用率低，影响系统运行的经济性。我国电力系统发展迅速，地区电网 规模越来越大，区域电网互联程度日益紧密，超、特高压交直流快速发展，单回大容量传输 通道逐渐增多，增加了系统运行的不确定性，为了维护电力系统的安全性和供电可靠性，对 新发展形势下电力系统备用的配置提出了新的需求，特别是电力系统备用分区优化方法面 临新的挑战。
[0003] 目前电力系统备用容量一般采用确定性方法或概率性方法来确定，其中确定性方 法是按照系统内最大机组容量或系统高峰负荷的一定比例来确定备用容量。这种方法是一 种基于运行经验的方法，没有考虑系统的全部参数，可能造成备用冗余和资源浪费。随着对 电力系统可靠性要求的提高，利用确定性准则来确定电力系统备用容量显得过于粗糙，越 来越多的电网公司采用概率性方法确定电力系统的备用容量。概率性方法是在定量分析电 力系统可靠性指标的基础上，依据可靠性准则来判定系统预留的备用容量是否合理，但是 这种方法无法为经济性提供量化支持。同时这两种方法并没有解决备用容量如何在各发电 机组上的分配问题。近年来，国内外学者对于电力系统备用容量的优化方法进行了一系列 研究，主要是考虑了供电不确定性、联络线功率约束、预想事故等因素，结合经济性指标对 备用容量，特别是10分钟旋转备用进行了优化。然而旋转备用只是运行备用中的一种，为了 更好地维护电力系统安全稳定，提高资源的优化配置，需要对负荷备用、旋转备用、事故备 用等多种类型的运行备用进行协调优化。与此同时，由于电网存在电源和负荷分布不均匀 的问题，为了充分利用电网内部各分区之间的备用支援能力，电网备用分区优化方法是未 来备用优化的重要发展方向，对电网实际规划和运行有着重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种考虑区间支援和断面约束的电力系统运行备用分区 优化方法，以经济性最优为目标，对多种类型的运行备用进行优化并得到电网内部各分区 发电出力和各种类型备用容量的分配方式。
[0005] 步骤1:确定所需优化的运行备用类型以及对各种类型备用在容量和响应时间上 的需求;所需优化的运行备用分为负荷备用和事故备用两大类，其中事故备用由旋转备用 和快速启动冷备用两部分组成；
[0006] 步骤2:对调度管辖范围内的电力系统进行分区，统计各分区内的发电机组信息， 并确定分区中备用的分配方式；
[0007] 步骤3:对所述电力系统外部的电力和备用支援作等效处理，经过等效处理将所述 电力系统外部的电力和备用支援简化为反映电力交易的若干个非核电在线等效发电机组； 将所述等效发电机组划入同一个分区，并将该分区作为所述电力系统的一个分区；
[0008] 步骤4:以经济性最优为目标函数建立电力系统备用分区的优化模型；
[0009] 步骤5:根据所述电力系统的原始数据求解所述优化模型，得出考虑区间支援和满 足断面约束后所述电力系统内每台发电机组的有功出力以及应承担的各种类型备用容量， 并进一步根据分区信息确定出所述电力系统内每个分区总有功出力和应承担的各种类型 备用容量，同时得到所述电力系统外部应支援的有功出力和备用容量;求解所述优化模型 中考虑以下约束条件：功率平衡方程、发电机组输出功率约束、各种类型备用的爬坡率约 束、各种类型备用的容量约束以及传输线和断面功率约束，所述容量约束利用所述电力系 统内部各分区相互的备用支援能力，将分区备用要求转换为系统整体备用要求。
[0010] 所述步骤1)中，负荷备用需要在5分钟内调出，容量取为最大发电负荷的2%~ 3%;而事故备用则需要在10分钟内调出，容量取为最大发电负荷的8%~10%，其中旋转备 用容量不小于所述电力系统内一台最大发电机组的容量或最大N-1故障容量。
[0011] 所述步骤2)具体包括以下步骤:将所述电力系统根据发电机组分布情况按照供电 区和受电区划分成不同的区域，或者根据地理位置和行政区划分成不同的区域;然后，统计 每个分区中发电机组的类型、装机容量、爬坡率以及开机状态;每个分区中，各种类型备用 的分配方式为：负荷备用和旋转备用均由在线的非核电机组承担，快速启动冷备用则由非 在线的水电、气电和抽水蓄能机组承担。
[0012] 所述步骤3)中，对所述电力系统外部的电力和备用支援进行等效，简化为位于所 述电力系统交直流落地点的单一发电机组，根据所述电力系统与外部电力系统的电能交易 计划、交直流联络线传输功率限制、外部电力系统的备用支援能力以及外购电的费用，确 定等效发电机组容量的上下限、爬坡率以及发电和备用支援的成本。
[0013] 所述容量约束不是对于每个分区分别提出备用容量要求，而是所述电力系统在满 足传输线功率和断面功率限制的前提下，只需要整体所能提供的备用符合各种类型备用总 的容量要求即可。
[0014] 所述经济性最优是指所述电力系统发电成本和备用成本总和最小，目标函数具体 如下式所示：
[0016] 其中，online为所述发电系统内所有在线发电机组的集合，Pi为第i台在线发电机 组实际出力，为第i台在线发电机组发电成本，loadh为第i台在线发电机组承担的 负荷备用，为第i台在线发电机组的负荷备用成本，spirits为第i台在线发电机组承担 的旋转备用，c spinR>1为第i台在线发电机组的旋转备用成本；
[0017] off line为所述发电系统内所有非在线但可以快速启动的水电、气电和抽水蓄能 机组的集合，rapidRi为第i台非在线发电机组承担的快速启动冷备用，c rapidR,i为第i台非在 线发电机组的快速启动冷备用成本。
[0018] 所述功率平衡方程表示为：
[0019] X Pi=^Di i ^online i&S
[0020]其中，S为所有属于所述电力系统的节点的集合，Di表示第i个节点的负荷；
[0021] 所述发电机组输出功率约束表示为： I P + ioadR. -r sninR. < P. \ i i .T "i zmax ? _ j ? < / g online
[0022] \卩丨-loudR) f-''" 0 < rapidfi < i e offline
[0023] 其中，Pimax为第i台发电机组的最大有功出力，Pimin为第i台发电机组的最小技术出 力；
[0024] 所述各种类型备用的爬坡率约束表示为：
[0025] 0 < loadRi < 5 ? RampRatei online
[0026] 0 < spinRi < 10 ? RampRatei online
[0027] 0 < rapidRi < 10 ? RampRatei offline
[0028] 其中，RampRatei为第i台发电机组的爬坡率；
[0029]所述各种类型备用的容量约束表示为：
[0033]其中，conh为第i台发电机组提供的事故备用容量，A/^：1为所述电力系统最大N-1 故障容量;a取值为2%~3%取值为8%~10% ;
[0034]所述传输线功率约束表示为：
[0035] -Pknm< //' < i\ !liax
[0036] K = 11 H!i-(F+!oadRi+spinRi)+ V Hh-rapidR - i^online i&yffline i&S
[0037] 其中，lk为所述发电系统内第k条线路，^为备用响应后第k条线路上的有功功率， Hkl为分布系数矩阵H第k行第i列元素，表示第i个节点的注入功率对第k条线路上的有功功 率的影响为第k条线路的最大传输功率；
[0038] 所述断面功率约束表示为：<