极端天气下考虑风险分担的区域间-内电力系统运行方法

本发明涉及了一种区域间-内电力系统运行方法，涉及多区域电力系统运行优化领域，具体涉及一种极端天气下考虑风险分担的区域间-内电力系统运行方法。

背景技术：

1、随着极端天气事件的日益频繁，电力系统中长期的电力代价参数尖峰以及由此引发的经济损失，引起了人们对风险管理的广泛关注。考虑到风险的时空差异，不同地区的电力资源可以通过统一的协调分配以实现风险管理。在极端事件中，一方面需要考虑随机故障、负荷激增等多重不确定性因素对电力系统运行的影响，另一方面需要考虑多区域风险信息的交互与市场运行的协调。然而，目前仍难以实现多区域电力系统的风险分担与资源互济。

2、考虑多重不确定性的影响，目前研究广泛使用随机规划模型来形成最优风险决策，并采用多种场景削减法来减少计算复杂性。目前的场景削减方法往往直接将不确定因素的输出值作为场景特征值来进行削减，然而由于位于不同区域的元件故障对于系统的影响程度不同，简单的0-1变量难以充分反映场景特征。因此，考虑元件随机故障，有必要研究新的场景衡量指标及场景削减技术来有效选取具有代表性的场景。此外，为了保护不同区域间的数据私密性，有必要研究高效率的分布式求解方法以传递风险信息并协调市场运行。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种极端天气下考虑风险分担的区域间-内电力系统运行方法。该方法在考虑不同区域电力代价参数风险的基础上，对区域间联络线的交换功率进行时序协调，以缓解高风险地区的供需不平衡。首先，在全国两级电力系统框架下，上层区域间电力系统根据不同区域份的风险性报价进行统一出清。下层每个区域内电力系统在考虑随机故障、负荷波动等多重不确定性的基础上，形成基于期望系统电力代价参数指标的曲线。为提高下层区域内市场风险报价模型的计算效率，结合ford-fulkerson方法和基于负荷中断值的场景衡量指标，对原始不确定性场景进行场景削减。此外，为了保护不同区域的数据隐私，基于目标级联法对两级电力系统运行模型进行分布式出清。该方法能有效缓解极端事件下高电力代价参数风险地区的电力供需不平衡，保证全国电力系统整体电力代价参数水平的稳定以及电力供需的安全。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明的极端天气下考虑风险分担的区域间-内电力系统运行方法，其特征在于，包括：

4、1)各个区域间的电力系统通过联络线连接，首先初始化每个区域内的联络线初始功率、初始发电代价、目标级联法参数以及最大迭代次数；建立区域间的电力系统的区域间电力系统出清模型，将各个区域间电力系统交换功率的初始出清代价以及目标级联法参数输入区域间电力系统出清模型中，区域间电力系统出清模型输出区域间电力系统交换功率及其出清代价参数。

5、2)对各个区域内的电力系统在极端天气下的不确定性场景进行生成和削减，获得区域内的电力系统在削减后的不确定场景集。

6、3)建立区域内的电力系统的区域内电力系统出清模型，将区域间电力系统交换功率的出清代价参数和不确定场景集输入区域内电力系统出清模型中，区域内电力系统出清模型输出区域内电力系统交换功率。

7、4)建立电力系统的分布式出清模型，将区域间电力系统交换功率和区域内电力系统交换功率输入分布式出清模型中，判断分布式出清模型是否收敛，若收敛，则输出区域间电力系统交换功率和区域内电力系统交换功率；若不收敛，则更新区域间电力系统出清模型中的目标级联法参数，并返回步骤1)进行迭代，直至输出区域间电力系统交换功率和区域内电力系统交换功率，从而控制区域间和区域内的电力系统运行。

8、代价具体可以以发电量衡量。

9、所述的步骤1)中，区域间的电力系统的区域间电力系统出清模型具体如下：

10、

11、

12、

13、其中，sc表示预设总代价，πu表示目标级联法惩罚函数；t、l、i和j分别表示时间、区域间电力系统的联络线、受电端区域以及送电端区域的集合，n表示区域间电力系统全部耦合节点的集合，包括受电端区域i内耦合节点的集合ni和送电端区域j内耦合节点的集合nj；和分别表示时间段t受电端区域i和送电端区域j的区域间电力系统交换功率的出清代价；表示时间段t流入或流出耦合节点n的交换功率，即区域内电力系统交换功率，表示时间段t流入或流出耦合节点n的交换功率，即区域间电力系统交换功率，若电流流出该节点则为正值，反之则为负值；fl,t和分别表示时间段t区域间联络线l的电力潮流量以及输电代价；μn,t、an,t、γn,t和bn,t分别表示时间段t耦合节点n的第一、第二、第三和第四目标级联法参数；和分别表示时间段t受电端区域i和送电端区域j的区域间电力系统交换功率的出清代价参数；和分别表示时间段t第k个流通过程对受电端区域i和送电端区域j关于联络线功率的代价参数；k表示区域间电力系统流通路径的集合；和分别表示时间段t第k个流通过程对受电端区域i和送电端区域j的交换功率量。

14、区域的初始出清代价曲线由区域的各个初始出清代价构成。区域间电力系统出清模型遵循电力平衡约束、交换功率上下限约束以及区域间联络线可传输容量上下限约束。基于区域间电力系统出清模型的潮流结果，通过潮流追踪法，可以获得不同区域之间交换功率的具体流通路径。

15、所述的时间段t第k个流通过程对受电端区域i和送电端区域j关于联络线功率的代价参数具体如下：

16、

17、

18、其中，和lk分别表示第k个流通过程对内联络线的输电代价以及联络线集合。

19、所述的步骤2)中，对各个区域内的电力系统在极端天气下的不确定性场景进行生成和削减，具体如下：

20、步骤2.1)基于各个电力系统中的各个不同元件的整体运行状态，利用通用函数生成ugf法生成每个电力系统的故障场景集s0，故障场景集s0中包括若干故障场景，针对每个故障场景下的每个电力系统，建立区域内的电力系统的等效容量网络，将边流量和容量约束矩阵输入等效容量网络中，利用贝尔曼-福特ford-fulkerson算法处理，等效容量网络输出故障场景下的电力系统的最大供电能力。

21、步骤2.2)将电力系统的整体负荷水平减去最大供电能力作为电力系统的极限最小失负荷值，根据电力系统的极限最小失负荷值，利用向前场景削减技术在电力系统的故障场景集s0中削减预设数量的故障场景后获得不确定场景集。

22、所述的步骤2.1)中，区域内拥有n1个节点和l1条线路的电力系统的等效容量网络具体如下：

23、

24、

25、

26、

27、其中，fh,m和ch,m分别表示等效容量网络中连接节点h和节点m的边流量和容量约束矩阵；和分别表示电力系统内各机组最大出力上限、线路容量上限以及负荷量。

28、等效容量网络最终输出的即故障场景下的电力系统的最大供电能力。

29、所述的步骤3)中，区域内的电力系统的区域内电力系统出清模型具体如下：

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、其中，s、g和d分别表示不确定场景集、发电节点集和负荷节点集；ocs和表示时间段t故障场景s下元件q运行代价和整体运行状态概率；cvar表示区域内的电力系统的失负荷代价的条件风险价值参数；πirmo表示目标级联法惩罚函数；gc(·)和分别表示时间段t区域内的电力系统的机组ng的单位发电代价和在故障场景s下的发电量；和分别表示时间段t区域内的电力系统的节点nd在故障场景s下的单位失负荷代价和失负荷量；ζt表示时间段t内的条件风险价值参数；α表示置信水平；ηs,t表示时间段t场景s下失负荷代价超过条件风险价值的量；表示时间段t故障场景s下负荷节点的边际节点代价参数；ls表示区域内电力系统出清模型的拉格朗日算子；表示时间段t故障场景s下节点nd的负荷量；ρi,t,s表示时间段t故障场景s下负荷侧加权边际节点代价参数。

37、此外，区域内电力系统出清模型仍遵循电力平衡约束、交换功率上下限约束、传输线路容量上下限约束、负荷削减上限约束、机组出力上下限约束、爬坡约束，具体如下：

38、a.电力平衡约束：

39、

40、b.负荷削减上限约束：

41、

42、c.机组出力上下限约束：

43、

44、e.交换功率上下限约束：

45、

46、f.传输线路容量上下限约束：

47、

48、g.机组出力爬坡约束：

49、

50、

51、其中，表示时间段t故障场景s下时间段t内节点nd的负荷需求量；和分别表示时间段t故障场景s下机组ng的出力上下限；对于受端区域来说，若存在耦合节点作为区域间电力系统的转运节点，则代表耦合节点n上的联络线功率占所有转运外来电的比例。符号函数1(x)为0当参数x为真，反之则为0。fl,t,s和分别表示时间段t故障场景s下线路l的潮流量以及线路的运行状态。表示线路l的最大容量。和分别表示机组ng的上下爬坡限制。

52、所述的时间段t故障场景s下元件q的整体运行状态概率具体如下：

53、

54、其中，表示时间段t-1故障场景s下元件q的整体运行状态概率；表示时间段t故障场景s下元件q的故障概率；和分别表示时间段t-1和时间段t故障场景s下元件q的运行状态。

55、整体运行状态概率具体为初始时间段t0到时间段t之间整体运行状态所对应的概率。

56、所述的步骤4)中，电力系统的分布式出清模型具体如下：

57、

58、其中，和分别表示第ω次迭代时获得的区域间电力系统交换功率和区域内电力系统交换功率；ω和ε分别表示迭代次数和收敛系数。

59、所述的步骤4)中，更新区域间电力系统出清模型中的目标级联法参数，具体如下：

60、

61、

62、其中，和分别表示第ω+1次迭代中更新后的第一、第二、第三和第四目标级联法参数，和分别表示第ω次迭代中更新后的第一、第二、第三和第四目标级联法参数；和分别表示第ω次迭代时获得的区域间电力系统交换功率和区域内电力系统交换功率；ψ表示目标级联法惩罚参数，一般取ψ＝2。

63、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序数据，所述程序数据被处理器执行时实现如上所述的方法。

64、本发明的有益效果是：

65、本发明方法能有效缓解极端事件下高风险地区的电力供需不平衡，保证电力系统整体水平的稳定以及电力供需的安全。