交直流混联电网安全约束机组组合计算方法及系统与流程

本发明涉及一种交直流混联电网安全约束机组组合计算方法及系统，具体涉及一种面向多区域交直流混联电网的安全约束机组组合计算方法及系统，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术：

由于可再生能源的集中式大规模开发，加之能源基地与负荷中心的逆向分布特征，跨省区特高压交直流输电得到快速发展,以大规模跨区送电为特征的交直流混联大电网已初步形成。随着多区域交直流混联电网规模的快速扩大，电网一体化特征凸显，多区域发输电计划联合优化的技术需求日益迫切。

多区域交直流混联电网为实现能源资源大范围优化配置和清洁能源跨区消纳提供了高效的物理平台，同时也给电网调度计划制定带来了极大的挑战。如何充分利用跨区交直流送电通道,挖掘送、受端电网之间电源结构的互补效益,发挥区域间负荷特性的错峰效益,是当前调度计划编制亟需解决的新问题。

传统的安全约束机组组合计算主要面对单一控制区域，将跨区交直流输电线路建模为联络线作为计算边界，难以实现全局资源的优化配置。

技术实现要素：

本发明提供了一种交直流混联电网安全约束机组组合计算方法及系统，解决了传统安全约束机组组合计算存在的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

交直流混联电网安全约束机组组合计算方法，包括，

建立多区域交直流混联电网中参与优化调度的直流输电线路和交流输电线路的有功功率等值模型；

基于有功功率等值模型，建立考虑分区负荷平衡的安全约束机组组合优化模型；

求解安全约束机组组合优化模型；

根据优化结果，考虑全部网络监视元件进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则输出优化结果。

直流输电线路有功功率等值模型为，

将每条直流输电线路的送端建模为等值负荷，受端建模为等值发电机，等值负荷和等值发电机的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

αdpd,t,n+pd,t,p＝0

pd,min≤pd,t,n≤pd,max

-pd,r≤pd,t,n-pd,t-1,n≤pd,r

其中，αd为直流输电线路d的功率损耗系数，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t-1,n为直流输电线路d在时段t-1的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，pd,min,pd,max分别为直流输电线路d的功率下限和上限，pd,r为直流输电线路d的爬坡速率最大值。

交流输电线路有功功率等值模型为，

将区域所有对外的交流输电线路集合定义为区域交流关口，交流关口的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

pa,min≤pa,t≤pa,max

其中，na为参与优化的区域个数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，pa,min,pa,max为区域a的交流关口功率下限和上限。

安全约束机组组合优化模型为，

目标函数：

约束条件：

pi,minui,t≤pi,t≤pi,maxui,t

-δi≤pi,t-pi,t-1≤δi

其中，nt为系统调度周期所含时段数，ni为发电机组总个数，ci为发电机组i的运行成本，pi,t为发电机组i在时段t的有功出力，si为发电机组i的开机成本，yi,t为发电机组i在时段t是否有停机到开机状态变化的标志，aa为区域a的设备集合，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，nd为直流输电线路总数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，la,t为区域a在时段t的负荷需求，pi,max，pi,min分别为发电机组i输出功率的上限和下限，ra,t为区域a在时段t的旋转备用需求，ui,t为发电机组i在时段t的启停状态，zi,τ为发电机组i在时段τ＝t-dti+1是否有开机到停机状态变化的标志，uti，dti分别为发电机组i的最小开机时间和最小停机时间，δi为发电机组i每时段爬坡速率的最大值,分别为第l个输电断面的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,l,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度。

若有新增监视元件潮流越限，则将新增潮流越限监视元件的约束条件加入约束机组组合优化模型，再次求解安全约束机组组合优化模型。

新增潮流越限监视元件的约束条件为，

其中，分别为第k个监视元件的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,k,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第k个监视元件的灵敏度。

交直流混联电网安全约束机组组合计算系统，包括，

等值模型构建模块：建立多区域交直流混联电网中参与优化调度的直流输电线路和交流输电线路的有功功率等值模型；

优化模型构建模块：基于有功功率等值模型，建立考虑分区负荷平衡的安全约束机组组合优化模型；

求解模块：求解交直流混联电网安全约束机组组合优化模型；

校核模块：根据优化结果，考虑全部网络监视元件进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则输出优化结果。

等值模型构建模块构建的直流输电线路有功功率等值模型为，

将每条直流输电线路的送端建模为等值负荷，受端建模为等值发电机，等值负荷和等值发电机的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

αdpd,t,n+pd,t,p＝0

pd,min≤pd,t,n≤pd,max

-pd,r≤pd,t,n-pd,t-1,n≤pd,r

其中，αd为直流输电线路d的功率损耗系数，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t-1,n为直流输电线路d在时段t-1的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，pd,min,pd,max分别为直流输电线路d的功率下限和上限，pd,r为直流输电线路d的爬坡速率最大值。

等值模型构建模块构建的交流输电线路有功功率等值模型为，

将区域所有对外的交流输电线路集合定义为区域交流关口，交流关口的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

pa,min≤pa,t≤pa,max

其中，na为参与优化的区域个数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，pa,min,pa,max为区域a的交流关口功率下限和上限。

优化模型构建模块构建的安全约束机组组合优化模型为，

目标函数：

约束条件：

pi,minui,t≤pi,t≤pi,maxui,t

-δi≤pi,t-pi,t-1≤δi

其中，nt为系统调度周期所含时段数，ni为发电机组总个数，ci为发电机组i的运行成本，pi,t为发电机组i在时段t的有功出力，si为发电机组i的开机成本，yi,t为发电机组i在时段t是否有停机到开机状态变化的标志，aa为区域a的设备集合，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，nd为直流输电线路总数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，la,t为区域a在时段t的负荷需求，pi,max，pi,min分别为发电机组i输出功率的上限和下限，ra,t为区域a在时段t的旋转备用需求，ui,t为发电机组i在时段t的启停状态，zi,τ为发电机组i在时段τ＝t-dti+1是否有开机到停机状态变化的标志，uti，dti分别为发电机组i的最小开机时间和最小停机时间，δi为发电机组i每时段爬坡速率的最大值,分别为第l个输电断面的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,l,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度。

还包括迭代模块：若有新增监视元件潮流越限，则将新增潮流越限监视元件的约束条件加入约束机组组合优化模型，转至求解模块。

新增潮流越限监视元件的约束条件为，

其中，分别为第k个监视元件的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,k,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第k个监视元件的灵敏度。

本发明所达到的有益效果：本发明可以从更大范围实现对发电资源的优化调控，可以实现多区域机组组合方案以及跨区交直流输电线路功率计划的联合优化，大大提高了大电网驾驭能力和电力资源优化配置能力。

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，交直流混联电网安全约束机组组合计算方法，包括以下步骤：

步骤1，确定多区域交直流混联电网中参与优化调度的跨区直流输电线路范围，建立直流输电线路的有功功率等值模型；确定多区域交直流混联电网中参与优化调度的跨区交流输电线路范围，建立交流输电线路的有功功率等值模型。

直流输电线路有功功率等值模型具体如下：

将每条直流输电线路的送端建模为等值负荷，受端建模为等值发电机，等值负荷和等值发电机的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

αdpd,t,n+pd,t,p＝0

pd,min≤pd,t,n≤pd,max

-pd,r≤pd,t,n-pd,t-1,n≤pd,r

其中，αd为直流输电线路d的功率损耗系数，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t-1,n为直流输电线路d在时段t-1的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，pd,min,pd,max分别为直流输电线路d的功率下限和上限，pd,r为直流输电线路d的爬坡速率最大值。

交流输电线路有功功率等值模型具体如下：

将区域所有对外的交流输电线路集合定义为区域交流关口，交流关口的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

pa,min≤pa,t≤pa,max

其中，na为参与优化的区域个数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，pa,min,pa,max为区域a的交流关口功率下限和上限。

步骤2，基于有功功率等值模型，建立考虑分区负荷平衡的安全约束机组组合优化模型。

交直流混联电网安全约束机组组合优化模型具体如下：

目标函数：

约束条件：

pi,minui,t≤pi,t≤pi,maxui,t

-δi≤pi,t-pi,t-1≤δi

其中，nt为系统调度周期所含时段数，ni为发电机组总个数，ci为发电机组i的运行成本，pi,t为发电机组i在时段t的有功出力，si为发电机组i的开机成本，yi,t为发电机组i在时段t是否有停机到开机状态变化的标志，aa为区域a的设备集合，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，nd为直流输电线路总数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，la,t为区域a在时段t的负荷需求，pi,max，pi,min分别为发电机组i输出功率的上限和下限，ra,t为区域a在时段t的旋转备用需求，ui,t为发电机组i在时段t的启停状态，zi,τ为发电机组i在时段τ＝t-dti+1是否有开机到停机状态变化的标志，uti，dti分别为发电机组i的最小开机时间和最小停机时间，δi为发电机组i每时段爬坡速率的最大值,分别为第l个输电断面的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,l,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度。

步骤3，采用混合整数线性规划方法求解安全约束机组组合优化模型，计算出发电机组的启停状态(即ui,t)、发电机组出力计划(即pi,t)、直流输电线路的功率结果(即pd,t,n和pd,t,p)以及区域交流关口的功率结果(即pa,t)。

步骤4，根据优化结果，考虑全部网络监视元件进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则输出优化结果；否则将新增潮流越限监视元件的约束条件加入约束机组组合优化模型，转至步骤3。

新增潮流越限监视元件的约束条件为：

其中，分别为第k个监视元件的潮流下限和上限，sn,k,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对监视元件k的灵敏度。

上述方法通过建立直流输电线路有功功率等值模型，能够考虑直流输电通道功率调整的各项特殊要求，既充分发挥直流输电可灵活调节的特点，又避免了直流输电换流设备的频繁转换，提高直流输电计划的可执行性。

上述方法既适用于多区域交直流混联电网，也可应用于多区域直流互联电网的调度计划优化，具有较高的适应性。

上述方法通过优化计算和安全校核两个子问题的交互迭代求解，机组组合计算结果既满足跨区域输电线路的安全运行要求，又满足各区域内部的网络安全边界，保证了机组组合方案的可执行性。

上述方法通过考虑分区负荷平衡的安全约束机组组合优化计算，能够支撑直流输电线路运行方式的优化计算，实现多区域机组组合方案以及跨区交直流输电线路功率计划的联合优化。

综上，上述方法可以从更大范围实现对发电资源的优化调控，可以实现多区域机组组合方案以及跨区交直流输电线路功率计划的联合优化，大大提高了大电网驾驭能力和电力资源优化配置能力。

交直流混联电网安全约束机组组合计算系统，包括：

等值模型构建模块：建立多区域交直流混联电网中参与优化调度的直流输电线路和交流输电线路的有功功率等值模型。

等值模型构建模块构建的直流输电线路有功功率等值模型为，

将每条直流输电线路的送端建模为等值负荷，受端建模为等值发电机，等值负荷和等值发电机的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

αdpd,t,n+pd,t,p＝0

pd,min≤pd,t,n≤pd,max

-pd,r≤pd,t,n-pd,t-1,n≤pd,r

其中，αd为直流输电线路d的功率损耗系数，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t-1,n为直流输电线路d在时段t-1的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，pd,min,pd,max分别为直流输电线路d的功率下限和上限，pd,r为直流输电线路d的爬坡速率最大值。

等值模型构建模块构建的交流输电线路有功功率等值模型为，

将区域所有对外的交流输电线路集合定义为区域交流关口，交流关口的有功功率作为计算的优化变量；

约束条件：

pa,min≤pa,t≤pa,max

其中，na为参与优化的区域个数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，pa,min,pa,max为区域a的交流关口功率下限和上限。

优化模型构建模块：基于有功功率等值模型，建立考虑分区负荷平衡的安全约束机组组合优化模型。

优化模型构建模块构建的交直流混联电网安全约束机组组合优化模型为，

目标函数：

约束条件：

pi,minui,t≤pi,t≤pi,maxui,t

-δi≤pi,t-pi,t-1≤δi

其中，nt为系统调度周期所含时段数，ni为发电机组总个数，ci为发电机组i的运行成本，pi,t为发电机组i在时段t的有功出力，si为发电机组i的开机成本，yi,t为发电机组i在时段t是否有停机到开机状态变化的标志，aa为区域a的设备集合，pd,t,n为直流输电线路d在时段t的等值负荷功率，pd,t,p为直流输电线路d在时段t的等值发电机功率，nd为直流输电线路总数，pa,t为区域a在时段t的交流关口有功值，la,t为区域a在时段t的负荷需求，pi,max，pi,min分别为发电机组i输出功率的上限和下限，ra,t为区域a在时段t的旋转备用需求，ui,t为发电机组i在时段t的启停状态，zi,τ为发电机组i在时段τ＝t-dti+1是否有开机到停机状态变化的标志，uti，dti分别为发电机组i的最小开机时间和最小停机时间，δi为发电机组i每时段爬坡速率的最大值,分别为第l个输电断面的潮流下限和上限，n为电网计算节点集合，pn,t为时段t时电网计算节点n的发电功率，ln,t为时段t时电网计算节点n的负荷功率，sn,l,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度。

求解模块：求解交直流混联电网安全约束机组组合优化模型。

校核模块：根据优化结果，考虑全部网络监视元件进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则输出优化结果。

迭代模块：若有新增监视元件潮流越限，则将新增潮流越限监视元件的约束条件加入约束机组组合优化模型，转至求解模块。

新增潮流越限监视元件的约束条件为，

其中，分别为第k个监视元件的潮流下限和上限，sn,k,t为时段t时电网计算节点n的注入功率对监视元件k的灵敏度。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行安全约束机组组合计算方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行安全约束机组组合计算方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。