一种基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法与流程

本发明属于电力系统，具体涉及一种基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法。

背景技术：

1、大型新能源基地通常远离负荷中心，大型新能源基地存在大规模、远距离输送至负荷中心的客观需求，可靠、低损耗的直流输电技术是承担远距离、大容量输电的主要手段。随着特高压直流系统数量和容量的增大，送端电网逐渐演变成新能源高渗透率的多直流送出电网，考虑到多直流送出场景下系统的频率稳定约束，确定送端电网可承受的最大直流外送规模是保障多直流送出电网安全稳定运行的重要前提，随着新能源渗透率的增加，电网呈现低惯量电力系统特征，面对大负荷和大功率直流时存在难以满足频率稳定性的要求的问题。为此，频率约束下的最大送电规模成为近年来的焦点问题。虽然已经有大量关于最大送电能力计算方法的研究成果，但现有方法并未考虑到直流接入对电网频率稳定性的影响，现有优化调度模型对多直流送出电网也不能完全适用。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：随着新能源渗透率的增加，电网呈现低惯量电力系统特征，面对大负荷和大功率直流时存在难以满足频率稳定性的要求的问题

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法，包括：

5、根据多直流送出电网频率特性建立频率稳定约束；

6、基于频率稳定和安全运行约束建立多直流送出电网的优化调度模型；

7、求解优化调度模型，计算最大送电能力。

8、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：：所述频率的稳定性用三个指标来衡量，包括：rocof，最大频率偏差，和静态频率偏差；

9、rocof的大小与系统惯性及缺失功率有关，表示为：

10、

11、式中，代表各种n-1故障下可能丢失的最大直流功率，hsys为系统等值转子惯性时间常数；在一定的情况下，系统惯量越大，频率变化速度越慢，系统发生频率失稳的风险更小；

12、当最大直流系统发生n-1故障，假设丢失功率为则静态频率偏差为：

13、

14、式中，dsys为系统等值阻尼系数，ksys为系统等值调差系数的倒数，代表各种n-1故障下可能丢失的最大直流功率。

15、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：所述多直流送出电网的频率稳定约束的建立公式表示为：

16、

17、其中：为第i个机组的额定容量，hi为第i个机组的转子惯性时间常数，ng为同步发电机的数量，代表各种n-1故障下可能丢失的最大直流功率，vrc为临界rocof值，yi为第i个机组的开机状态，δfsc为临界静态频率偏差，di表示第i个机组的阻尼系数，ki表示第i个机组调差系数的倒数；

18、所述频率稳定约束进一步表示为：

19、

20、

21、式中，为第i个机组的额定容量，hi为第i个机组的转子惯性时间常数，nb为系统中所有母线的数量，nd为换流母线的数量，代表各种n-1故障下可能丢失的最大直流功率，vrc为临界rocof值，yi,t为机组i在t时刻的状态标志，δfsc为临界静态频率偏差，di表示第i个机组的阻尼系数，ki表示第i个机组调差系数的倒数，t为规划时间尺度。

22、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：所述安全运行约束包括：功率平衡约束、同步发电机出力约束、同步发电机爬坡率约束、最小开/关时间限制、同步发电机的启动和关机约束；

23、所述功率平衡约束表示为：

24、

25、式中，ng为同步发电机的数量，nl为负荷的数量，nd为直流数量，pgi,t,k为同步发电机i在时刻t与场景k下的输出功率，pli,t为负荷i在时刻t的大小，为直流i在时刻t的大小，t为规划时间尺度，共有ns+1个场景；

26、所述同步发电机出力约束表示为：

27、

28、式中，为同步发电机i出力下限，为同步发电机i出力上限，yi,t为机组i在t时刻的状态标志，pgi,t,k为同步发电机i在时刻t与场景k下的输出功率。

29、所述同步发电机爬坡率约束表示为：

30、

31、式中，分别为同步发电机i最大上坡率和最小下坡率，t为规划时间尺度，pgi,t,k为同步发电机i在时刻t与场景k下的输出功率，共有ns+1个场景；

32、所述最小开/关时间限制表示为：

33、

34、式中，yi,t-1为机组i在t-1时刻的状态标志，开机为1，关机为0；yi,t为机组i在t时刻的状态标志，开机为1，关机为0；tup是同步发电机的最小开机时间；tdown是同步发电机的最小关停时间；t为规划时间尺度，ng为常规机组的数量；

35、所述同步发电机的启动和关机约束表示为：

36、

37、式中，yi,t-1为机组i在t-1时刻的状态标志，开机为1，关机为0；yi,t为机组i在t时刻的状态标志，开机为1，关机为0；oi,t为机组i在t时刻的启动动作，启动为1，不启动为0；ui,t为机组i在t时刻的关停动作，关停为1，不关停为0；t为规划时间尺度，ng为常规机组的数量。

38、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：所述n-1故障的情况下，机组启停成本和发电成本优化目标函数表示为：

39、

40、式中，t为规划时间尺度，yt为t时刻各个机组运行状态组成的向量，第i个元素为0代表机组i关停，为1代表机组i在运；ot为t时刻各个机组是否开机的标志组成的向量，ut为t时刻各个机组是否关机的标志组成的向量；a、b、c分别为成本向量分别为规划时间尺度下的成本向量；pi为第i个场景发生的概率，共有ns+1个场景，ns个场景中包含一个正常运行工况和ns个n-1工况；为t时刻各个机组出力组成的向量，d为规划时间尺度下的机组的运行成本向量；{pj}∈ψ表示pj组成的概率集合属于范数集合ψ；{pn∈w}表示新能源机组出力属于不确定集合w；

41、所述范数集合ψ表示为

42、

43、式中，p为场景概率pi的向量形式，为与p对应的ns个正实数组成的向量，为第i个场景的初始概率，θ1和θ∞分别为1范数和无穷范数；

44、所述θ1和θ∞分别表示为：

45、

46、式中，z为实际运行场景数目，β1和β∞分别为l1范数集合和l2范数集合成立的置信度，共有ns个场景。

47、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：所述计算最大送电能力过程包括：

48、若多直流送出电网的优化调度模型有解，说明系统并未达到送电规模极限，继续提高直流送出功率，重复求解多直流送出电网的优化调度模型；

49、若优化模型无解，说明在该送电规模下，不存在运行方案能够达到频率稳定性的要求，则说明已经找到系统的最大送电能力，结束计算。

50、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：优化调度模型线性化过程中的离散场景概率约束ψ，可以将ψ线性化为约束：

51、

52、式中，pi为第i个场景的概率，θ1和θ∞分别为1范数和无穷范数，λi表示第i个概率约束的满足概率，ns+1表示共有ns+1个场景；

53、所述变量λi需满足：

54、

55、式中，pi为第i个场景的概率，为第i个场景的初始概率，ns+1表示共有ns+1个场景，m为一个很大的正数，λi为第i个场景的变量，xi表示为表示第i个随机事件是否发生，取值为0或1。

56、作为本发明所述的基于计及频率约束的电网最大送电能力计算方法的一种优选方案，其中：所述优化调度模型的优化目标中含有双线性项bt，采用大m法对双线性项进行线性化，线性化过程包括：

57、

58、式中，pi为第i个场景发生的概率，共有ns+1个场景，为t时刻各个机组出力组成的向量，d为规划时间尺度下的机组的运行成本向量；

59、所述连续变量pi可以被转换成0-1变量组合的形式：

60、

61、式中，pi为第i个场景发生的概率，τ为连续变量离散化的最小级差，k表示场景概率pi离散化后的级数，ei,k为待求解0-1变量，m为离散化最大级数；

62、所述双线性项转换为线性表达式为：

63、

64、式中，为辅助变量，k表示场景概率pi离散化后的级数，ei,k为待求解0-1变量，m为一个很大的正数，τ为连续变量离散化的最小级差，pgj,t为机组j在t时刻组成的向量，m为离散化最大级数；

65、增加一个松弛因子ξ，将上式中的等式约束写为：

66、

67、式中，pi为第i个场景发生的概率，τ为连续变量离散化的最小级差，k表示场景概率pi离散化后的级数，ξi为第i个场景的松弛因子，共有ns+1个场景，m为离散化最大级数。

68、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

69、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中所述的方法的步骤。

70、本发明的有益效果：本文提出的一种计及频率约束的多直流送出电网的最大送电能力估计方法，通过频率稳定约束的多直流送出电网优化调度模型，理论推导刻画了多直流送出电网的频率稳定约束，通过优化调度模型线性化为混合整数规划问题，并基于求解结果给出最大送电能力计算方法，为电网运行规划提供参考，保证系统的安全稳定运行，避免新能源占比过高和直流外送功率过大带来的送端电网频率稳定性问题。