一种基于网络等值的多级协调电网调度方法与流程

本发明涉及一种基于网络等值的多级协调电网调度方法，属于电力系统调度技术领域。

背景技术：

我国的能源资源和用电负荷呈逆向分布，利用特高压输电技术，在更大空间范围内消纳新能源已成为未来研究和应用的方向。制定合理的跨区联络线和省间联络线调度模式至关重要。目前，国家电网运行实行“统一调度、分级管理”。跨区联络线的调度计划由国调制定，省间联络线的调度计划由网调制定。

在我国当前的调度运行模式下，跨区特高压联络线的日前有功调度计划制定很大程度上依赖人工完成。国调和网调常常以人工电话沟通的方式，在确定送受两端电网开机方式、调峰需求等信息的基础上，制定省间联络线调度计划。在实际运行中，为简化联络线调度计划编制的流程，在不检修的运行方式下，特高压直流联络线的有功调度计划曲线基本保持不变。

这种特高压联络线有功调度计划制定模式存在以下三个问题：

1、高度依靠人工经验，缺乏一套规范化、制度化的模式支撑；

2、无法保证国家电网整体的总发电成本或总发电煤耗最小；

3、无法协调区域间、省间的电力电量平衡。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于网络等值的多级协调电网调度方法，以克服现有调度技术的不足之处，为国家电网相关调度人员提供制定联络线调度计划的参考依据。

本发明提出的基于网络等值的多级协调电网调度方法，包括以下步骤：

(1)电网中的各省调向网调上报本省电网的可用机组信息和负荷预测信息，网调结合国调下发的跨区联络线计划功率和历史运行信息，确定省间联络线功率的初值；

(2)网调将联络线初值下发给各省调，各省调以本省电网的发电成本或总发电煤耗最小为目标，制定本省电网的调度计划；

(3)各省级电网通过联络线与省级电网进行连接，将各省级电网在联络线节点进行网络等值，消去内部节点，仅保留联络线节点，各等值节点上连接着一个等值电流源，并带有经网络等值生成的等效负荷，计算联络线节点的等效注入功率和联络线功率边际价格，并将等效注入功率和联络线功率边际价格上传至网调，包括以下步骤：

(3-1)分别建立各省省级网络方程如下：

其中，t表示省级电网中的联络线节点集合，i表示省级电网中内部节点集合，btt表示联络线节点的自导纳，bii表示内部节点的自导纳，bti和bit表示联络线节点和内部节点的互导纳，θt表示联络线节点的相角向量θi表示内部节点的相角向量，pt表示联络线节点的注入功率，pi表示内部节点的注入功率；

消去上述省级网络方程中内部节点的相角向量θi，得到仅保留联络线节点的省级网络方程如下：

其中，即为省级网络等值后联络线节点的导纳矩阵，为联络线节点的等效注入功率；

(3-2)根据上述省级网络方程，对于网调网络模型，只保留各省级电网的联络线节点，得到仅考虑省间联络线贡献的部分导纳矩阵bm：

设定共有np个省级网络，np个省级网络等值后的联络线节点导纳矩阵分别为则全局虚拟网络的等效导纳矩阵为：

其中diag(·)表示构造分块对角矩阵；

(4)以省级子模型pk中的联络线节点k为例，该联络线节点k的联络线输出功率动态价格响应函数的训练过程包括以下步骤：

(4-1)由第k次迭代中对pk进行优化，得到各调度时段机组出力，以及节点k的节点边际电价；

(4-2)计算各调度时段机组出力之和，将得到的各调度时段总发电负荷与各调度时段节点k的边际电价配对，得到nt个二元组nt为调度时段数，其中，为调度时段t节点k的输出功率，为调度时段t节点k的边际电价；

(4-3)将当次迭代得到的nt个二元组加入历史迭代过程中二元组序列，根据该序列，得到区域电网的发电负荷—费用分段线性曲线，发电负荷—费用分段线性曲线中的各分段的斜率即为对应的λ^k值；

(4-4)给定当前状态的发电负荷p^sp，将区域电网的发电负荷—费用分段线性曲线进行平移，将p^sp在曲线上对应的费用点移至原点，得到在当前状态下，节点k的输出功率增量与费用增量的关系曲线；

(5)网调根据联络线节点的等效注入功率以及更新后的联络线功率动态价格响应函数，计算联络线输出功率，并下发至各省调，实现基于网络等值的多级协调电网调度。

本发明提出的基于网络等值的多级协调电网调度方法，其技术特点及有益效果如下：

1、本发明方法将电力系统网络等值方法应用于跨区联络线和省间联络线调度计划的制定，将各省级电网在联络线落点处进行网络等值，能够反映省级电网内部的物理规律，由此可获得准确的网络潮流模型，在此基础上，国调和网调可实现精确的联络线潮流计算。

2、本发明方法为国调和网调的相关调度人员提供了一种制定跨区联络线调度计划和省间联络线调度计划的规范化、制度化模式，且使得国家电网整体的总发电成本或总发电煤耗最小，实现优化调度和协调调度，达到国家电网范围内的能源资源最优配置。

附图说明

图1是本发明方法中生成的区域电网的发电负荷-费用分段线性曲线示意图。

图2是本发明方法中生成的节点k的输出功率-费用增量曲线示意图。

具体实施方式

本发明方法提出的基于网络等值的多级协调电网调度方法，包括以下步骤：

(1)电网中的各省调向网调上报本省电网的可用机组信息和负荷预测信息，网调结合国调下发的跨区联络线计划功率和历史运行信息，确定省间联络线功率的初值；以确保省内初始优化计算尽量调用全网优化时的待优化机组；

(2)网调将联络线初值下发给各省调，各省调在保证本省内部的电力、电量平衡和网络潮流安全性的基础上，以本省电网的发电成本或总发电煤耗最小为目标，制定本省电网的调度计划；

(3)各省级电网通过联络线与省级电网进行连接，将各省级电网在联络线节点进行网络等值，消去内部节点，仅保留联络线节点，省级电网内部的物理规律都可以通过所保留的等值节点进行反映。各等值节点上连接着一个等值电流源，并带有经网络等值生成的等效负荷，计算联络线节点的等效注入功率和联络线功率边际价格，并将等效注入功率和联络线功率边际价格上传至网调，包括以下步骤：

(3-1)分别建立各省省级网络方程如下：

其中，t表示省级电网中的联络线节点集合，i表示省级电网中内部节点集合，btt表示联络线节点的自导纳，bii表示内部节点的自导纳，bti和bit表示联络线节点和内部节点的互导纳，θt表示联络线节点的相角向量θi表示内部节点的相角向量，pt表示联络线节点的注入功率，pi表示内部节点的注入功率；

消去上述省级网络方程中内部节点的相角向量θi，得到仅保留联络线节点的省级网络方程如下：

其中，即为省级网络等值后联络线节点的导纳矩阵，为联络线节点的等效注入功率；

(3-2)根据上述省级网络方程，对于网调网络模型，只保留各省级电网的联络线节点，得到仅考虑省间联络线贡献的部分导纳矩阵bm：

设定共有np个省级网络，np个省级网络等值后的联络线节点导纳矩阵分别为则全局虚拟网络的等效导纳矩阵为：

其中diag(·)表示构造分块对角矩阵；

通过网络化简，网调网络模型中仅保留联络线节点和省间联络线，大大缩减了网络模型。在简化的网络上基于各省的等效成本信息优化联络线功率，一方面减少了省间信息交互量和由此造成的通信负担，另一方面大大降低了模型复杂度，提高了分解协调的计算效率。

(4)网调通过充分挖掘并利用每次迭代过程中省级子模型的优化结果所隐含的价格信息，将其与历史迭代情况相结合，生成、更新联络线输出功率的动态价格响应函数。以省级子模型pk中的联络线节点k为例，该联络线节点k的联络线输出功率动态价格响应函数的训练过程包括以下步骤：

(4-1)由第k次迭代中对pk进行优化，得到各调度时段机组出力，以及节点k的节点边际电价；

(4-2)计算各调度时段机组出力之和，将得到的各调度时段总发电负荷与各调度时段节点k的边际电价配对，得到nt个二元组nt为调度时段数，其中，为调度时段t节点k的输出功率，为调度时段t节点k的边际电价；

(4-3)将当次迭代得到的nt个二元组加入历史迭代过程中二元组序列，根据该序列，得到区域电网的发电负荷—费用分段线性曲线，如图1所示。图1中，横坐标为节点输出功率，纵坐标为节点边际电价，发电负荷—费用分段线性曲线中的各分段的斜率即为对应的λ^k值；

(4-4)给定当前状态的发电负荷p^sp，将区域电网的发电负荷—费用分段线性曲线进行平移，将p^sp在曲线上对应的费用点移至原点，得到在当前状态下，节点k的输出功率增量与费用增量的关系曲线；此即节点k的输出功率—费用增量曲线，如图2所示。图2中横坐标为节点输出功率，纵坐标为节点边际电价。

系统发电负荷—费用分段线性曲线表征了系统发电负荷变化时，总费用的变化情况；其中各分段的斜率为对应的值，其物理意义是当单位发电负荷增量产生于该联络线节点的功率输出时，所增加的费用等于该节点的边际电价。

联络线节点k输出功率—费用增量曲线即为该节点输出功率的动态价格响应函数。联络线输出功率增大时，子系统发电费用增加；输出功率减小(或输入功率增加)时，费用降低。随着输出功率增加，联络线功率输出价格(即曲线的斜率)逐渐增大，真实反映了子系统发λ^k电费用的变化趋势。

(5)网调根据联络线节点的等效注入功率以及更新后的联络线功率动态价格响应函数，计算联络线输出功率，并下发至各省调，实现基于网络等值的多级协调电网调度。