一种融合规则与优化算法的电力系统快速生产模拟方法

本发明涉及电网运行规划领域，尤其涉及一种融合规则与优化算法的电力系统快速生产模拟方法。

背景技术：

1、21世纪以来，能源危机与气候问题日益凸显，推动能源系统转型实现能源的绿色低碳利用成为发展趋势，以风电、光伏为代表的新能源将逐渐替代传统火力发电成为电能供应主体，但新能源的随机性与波动性给电力系统的源荷平衡、稳定控制等问题带来显著挑战。优化电力系统中传统电源、风光电源、储能等运行特性各异元件的容量及位置，保证供电充裕性与可靠性要求同时降低经济成本是新时代电力系统规划需要解决的主要问题。

2、规划过程中必须合理评价所规划方案的运行性能指标，综合考虑建设成本与运行性能实现方案优选。传统电力系统规划主要采用基于典型场景评价运行指标，但风光储元件加入导致运行场景复杂多样，典型场景代表性降低而影响了评价准确度。为尽可能准确计算规划方案的运行指标，基于逐时段仿真的生产模拟生成运行基础数据，进而计算运行指标逐渐成为主流方法。然而，基于逐时段仿真的生产模拟虽然可支撑计算准确运行指标，但会显著增加计算量而限制其应用于较大规模系统。特别是，电力系统规划需要扫描对比数百甚至更多种设计方案，基于逐时段仿真的生产模拟评价运行指标将显著增加规划问题求解时间，限制了规划方法的应用范围。如何加速生产模拟计算速度，实现运行指标的快速评估成为嵌入生产模拟规划方法推广应用的关键。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种融合规则与优化算法的电力系统快速生产模拟方法。

2、本发明提供一种融合规则与优化算法的电力系统快速生产模拟方法，根据生产模拟对象系统参数和对象系统初始状态设置开关机决策用资源池变量，其中，生产模拟对象系统参数包括：网架参数、负荷参数、火电机组参数、vre机组参数、储能参数；

3、读取或按规则生成火电机组开关机状态及持续时间、储能充放电功率，为生产模拟提供火电机组及储能初始状态，继而根据火电机组和储能初始状态将火电机组启停决策资源池初始化；

4、根据当前时段各节点负荷、各vre机组最大出力、火电机组启停决策资源池变量决定火电机组开关机状态、储能充放电功率和vre机组弃电功率，以实现基于规则的火电机组开关机决策；

5、构建当前时刻下考虑网络约束、vre机组出力上限约束、已开火电机组出力上下限约束、备用约束和储能约束，以运行成本最小为目标的出力优化opf模型并求解；将每个时段opf求解结果按照时间顺序串联，从而得到所有仿真时段各类设备状态及出力。

6、优选地，读取或按规则生成火电机组开关机状态及持续时间、储能充放电功率，为生产模拟提供火电机组及储能初始状态包括：

7、若初始状态通过读入获取，则直接将读取的初始状态写入每个火电机组开关机状态及持续时间数组变量cgenstate及储能充放电功率数组essp；

8、若初始状态由内部生成，则包括：

9、设置储能充放电功率数组essp全部为零；

10、读取初始时刻所有节点负荷及所有vre机组最大出力，分别计算二者之和并作差形成vre机组完全出力时净负荷；

11、采用下式计算火电机组平均运行煤耗，并按由小到大排序：

12、

13、式中，pgi,rate为第i台火电机组的平均煤耗和额定功率，ai,bi,ci分别为第i台火电机组煤耗特性的二次、一次和常数项系数；

14、根据平均煤耗大小逐一开启火电机组，直至净负荷功率位于所开机组最小功率和与最大功率和之间，根据开机情况设置火电机组开关机状态及持续时间数组变量cgenstate。

15、优选地，所述继而根据火电机组和储能初始状态将火电机组启停决策资源池初始化遍历储能充放电功率数组essp，根据各行数据是否放电，是则，将索引及功率写入放电态储能数组dischargeess；否则写入充电态数组chargeess；

16、遍历火电机组开关机状态及持续时间数组变量cgenstate，根据火电机组状态是否开机将机组索引、平均煤耗写入待开机组资源池cgen2on，否则写入待关机组资源池cgen2off，清空缓冲待关机组资源池cgen2offbuff和缓冲待开机组资源池cgen2onbuff。

17、优选地，所述基于规则的火电机组开关机决策包括：

18、针对每一个仿真时段，计算当前时段净负荷，更新待开机组资源池cgen2on、待关机组资源池cgen2off；

19、净负荷小于火电机组总最小出力，则按照设定规则在火电机组关机、储能功率调整及vre弃电量间进行决策，以实现火电机组关机决策；

20、净负荷大于火电机组总最大出力，则按照设定规则在火电机组关机、储能功率调整及vre弃电量间进行决策，以实现火电机组开机决策。

21、优选地，针对每一个仿真时段，计算当前时段净负荷，更新待开机组资源池cgen2on、待关机组资源池cgen2off包括：

22、检测缓冲待关机组资源池cgen2offbuff是否非空，若是则逐行减少其锁定时间，并在锁定时间到零时，将对应机组索引及平均成本信息写入待关机组资源池cgen2off，并清空缓冲待关机组资源池cgen2offbuff中相应机组记录；

23、检测缓冲待开机组资源池cgen2onbuff是否非空，若是则逐行减少其锁定时间，并在锁定时间到零时，将对应机组索引及平均成本信息写入待开机组资源池cgen2on，并清空缓冲待开机组资源池cgen2onbuff中相应机组记录。

24、优选地，净负荷等于系统总负荷加上储能总充电功率减去vre机组总出力：

25、

26、根据火电机组开关机状态及上一步出力，计算已开火电机组总最小出力pcmin和总最大出力pcmax，公式如下：

27、

28、

29、式中，pgi0为上一步火电机组出力，为第i台火电机组在调度步长下允许的向上和向下最大功率变化量，为第i台火电机组最小额定出力和最大额定出力，min(.)为求最小值函数，max(.)为求最大值函数。

30、优选地，按照设定规则在火电机组关机、储能功率调整及vre弃电量间进行决策，以实现火电机组关机决策包括：

31、储能功率调整：先判断是否有储能放电，逐一减少储能放电功率，并更新净负荷，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或所有储能停止放电；进一步判断储能充电功率是否达到最大，逐一增加储能充电功率，并更新净负荷plnet，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或所有储能以最大功率充电；

32、火电机组关机决策：若储能功率调整后，仍满足启动条件，则进一步进行火电关机决策，先检测待关机组资源池cgen2off是否非空，若非空则选择运行成本最大的火电机组关机，并将关闭火电机组索引写入缓冲待开机组资源池cgen2onbuff，更新总最小出力pcmin，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或待关机组资源池cgen2off变为空；

33、vre机组弃电决策：若储能功率调整与火电机组关机后仍满足启动条件，则进一步根据vre机组最大出力进行弃电，直至启动条件不满足。

34、优选地，所述按照设定规则在火电机组关机、储能功率调整及vre弃电量间进行决策，以实现火电机组开机决策包括：

35、vre机组弃电决策：若vre机组弃电不为零，则按vre机组最大出力等比例减少弃电，并更新净负荷，重新检测启动条件，直至决策条件不满足或弃电为零；

36、储能功率调整：先判断是否有储能充电，若是则逐一减少充电功率，并更新净负荷，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或所有储能停止充电；进一步判断储能放电功率是否达到最大，逐一增加储能放电功率，并更新净负荷plnet，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或所有储能以最大功率放电；

37、火电机组开机决策：若储能功率调整后，仍满足启动条件，则进一步进行火电开机决策，先检测待开机组资源池cgen2on是否非空，若非空则选择运行成本最小的机组开机，并将开启机组索引写入缓冲待关机组资源池cgen2offbuff，更新总最大出力pcmax，重新检测启动条件，直至不满足启动条件或待开机组资源池cgen2on变为空。

38、优选地，出力优化opf模型，目标函数为

39、其中，f1(x)＝fp1(p)+fr1(r+,r-)+flc1(plc)，

40、

41、

42、flc1(plc)＝zplc,t，其中，pgi,t,plc,t分别为第t时段第i台火电机组有功出力及其提供的上、下备用和第t时段切负荷总量，λcoal，λco2分别为煤炭价格和碳排放价格，第i台火电机组正备用、负备用成本，。

43、优选地，出力优化opf模型所遵循的约束条件包括：

44、当前功率平衡约束：

45、

46、pgi、pwj、pdk、pem为当前时刻第i台火电机组、第j台vre机组、第k个负荷、第m个储能的功率；

47、当前旋转备用需求约束：

48、

49、

50、式中，为当前时刻第i台火电机组提供的上备用和下备用，l+,l-,w+,w-分别为负荷和vre机组出力预留的备用要求系数；

51、当前火电机组出力约束：

52、

53、式中，为第i台火电机组当前时段的最小和最大出力，计算公式为：

54、

55、

56、当前火电机组备用约束：

57、

58、

59、当前vre机组出力约束：

60、

61、式中，为第j台vre机组在当前时刻的最大出力；

62、当前储能功率约束：

63、为第m个储能最大充电和放电功率；

64、当前储能能量平衡约束：

65、eem＝eem,0+pemδt，

66、eem0，eem分别为第m个储能上一时段和当前时段的电量，δt为优化调度时间步长，为第m个储能允许的最小和最大电量；

67、当前线路潮流约束(直流潮流)：

68、和为第l条线路实时功率和允许通过的最小、最大功率。

69、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

70、典型日调度问题是一个混合整数规划问题，主要求解方法以分支定界法等方法为主，需要对多种离散方案组合进行筛选因而计算费时，且随离散变量数增加而用时快速增加。针对上述问题，本专利提出结合电力系统运行调度实际设计机组启停规则，基于规则确定机组启停状态而将典型日调度问题转化为连续线性规划问题，从而避免了离散变量的多种组合尝试，显著提高计算效率。