專利名稱：一種計及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的概率動態(tài)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度領(lǐng)域，具體涉及一種計及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的概率動態(tài)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的有功調(diào)度是一個多維度、多層次、復(fù)雜系統(tǒng)工程的運(yùn)籌學(xué)問題，其特點及復(fù)雜程度決定了采用大系統(tǒng)理論的分解協(xié)調(diào)優(yōu)化(或稱為遞階優(yōu)化)方法是簡化有功調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計流程、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的有效途徑。按照有功調(diào)度時間尺度的長短，可將有功調(diào)度(短期)分為日前調(diào)度、動態(tài)調(diào)度(或稱超前調(diào)度)與在線調(diào)度(與控制協(xié)調(diào))三個組成部分。其中，動態(tài)調(diào)度在有功調(diào)度體系中處于承上啟下的核心部位，是連接日前調(diào)度與在線調(diào)度(控制)的橋梁和紐帶。
電力系統(tǒng)供電可靠性是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，供電中斷會造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，因此，電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，需要配備必要手段，以降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險，調(diào)高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，其中，配置旋轉(zhuǎn)備用是關(guān)鍵。
從目前應(yīng)用與研究情況來看，對于動態(tài)調(diào)度，其旋轉(zhuǎn)備用配置有確定性與概率性的兩類處理方法。其中，確定性的備用配置方法要求每個調(diào)度時段系統(tǒng)配置的旋轉(zhuǎn)備用容量均多于某一預(yù)先給定的最小限值。然而，由于該類方法沒有計及元件故障的隨機(jī)特性以及系統(tǒng)的實際運(yùn)行情況，其難以將系統(tǒng)的響應(yīng)風(fēng)險維持在一定水平，調(diào)度結(jié)果難免保守或冒進(jìn)。
相比較于確定性的備用配置方法，概率性的備用配置方法能夠定量地協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，其在理念上是較為先進(jìn)的，但模型復(fù)雜、求解困難制約著該類方法的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種具有實用價值的概率動態(tài)調(diào)度方法，此方法可以給出未來多個時段兼顧系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性的調(diào)度方案，能夠?qū)︻A(yù)想事故后的調(diào)節(jié)給出參考方案，給出機(jī)組調(diào)節(jié)量以及必要的切負(fù)荷量。方法構(gòu)成線性規(guī)劃問題，基于 Benders分解技術(shù)的求解方法在計算效率上具有先進(jìn)性。
本發(fā)明提出了一種計及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的概率動態(tài)調(diào)度方法，包括以下步驟 (1)從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA采集當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前系統(tǒng)中各機(jī)組的輸出功率和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； (2)若網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)發(fā)生改變，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬晒?jié)點注入轉(zhuǎn)移因子、斷線功率轉(zhuǎn)移因子待用； (3)從負(fù)荷預(yù)報程序得到系統(tǒng)未來6個時段中系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，負(fù)荷預(yù)報程序采用時序外推預(yù)測方法對短期負(fù)荷變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，所述時序外推預(yù)測方法采用動平均法，是對一組時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值計算，并以此為依據(jù)進(jìn)行預(yù)測； (4)動態(tài)調(diào)度計算程序采用概率動態(tài)調(diào)度模型及算法根據(jù)上述得到數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，給出調(diào)度結(jié)果，其中動態(tài)調(diào)度計算程序包括 1)預(yù)調(diào)度，不考慮系統(tǒng)的事故情況進(jìn)行一次動態(tài)調(diào)度，結(jié)果對應(yīng)目標(biāo)值設(shè)為目標(biāo)下界； 2)根據(jù)調(diào)度結(jié)果預(yù)先篩選需要進(jìn)行檢驗的由各種事故情況形成的子問題； 3)將調(diào)度結(jié)果帶入各需要進(jìn)行檢驗的子問題，檢驗調(diào)度結(jié)果的最優(yōu)性及可行性， 若有子問題不可行，則向動態(tài)調(diào)度主問題返回可行割，若有子問題可行但不滿足最優(yōu)性條件，向動態(tài)調(diào)度主問題返回最優(yōu)割； 4)若所有子問題均可行但有子問題不滿足最優(yōu)性條件，則此時主、子問題目標(biāo)函數(shù)之和形成調(diào)度目標(biāo)上界； 5)檢驗，若該次迭代沒有形成新的割或目標(biāo)上、下界之差小于預(yù)定閥值，則計算結(jié)束，導(dǎo)出結(jié)果，否則，重新進(jìn)行加割后的動態(tài)調(diào)度主問題的計算。

t0+NTt0+NT K
其中，(一)所述動態(tài)調(diào)度計算程序使用的調(diào)度模型為
t0+NTt0+NT K
mm Σ cTt Pt + Σ Σ^,Γ^ΔΑ, + ^rApu)
+1IL^t-diag(Ta)-ADkt
t=t0 k=\
⑴
EAR,ι
s.t.
'Τ Pt=Ka D1
、
Plmax Pmm ^ Pt ^ /'max
^Pt-PtrU
<T0.pt-TD.Dt<Pl Pt ^ r ^t rC ^ Pt
'max
(2)
—f
-Plm^k ^ TG,k · (ft + t^Kt — ^Pk,t )
-TDk-(Dt-ADkt)<plm^k
(3)
Pt +締Kt么P皿 Pt ^ Pmm
0<^Dkt<Dt 式中t = t0, t0+l,…，、+Ντ，表示調(diào)度時段，、為調(diào)度目標(biāo)時段，Nt為前瞻時段數(shù)；k = 1,2,…，K，表示各種預(yù)想事故，K為需考慮的事故總數(shù)；ct、6及分別表示機(jī)組的發(fā)電成本、上調(diào)成本以及下調(diào)成本列向量；Pt為機(jī)組輸出功率列向量-J^，Δ/ν分別是預(yù)想事故發(fā)生后機(jī)組向上及向下的調(diào)整量列向量；Dt為節(jié)點負(fù)荷需求列向量；ADk, t為事故發(fā)生后的切負(fù)荷量列向量；P k,t為t時段系統(tǒng)處于狀態(tài)k的概率；IEAK,t表示停電損失評價率 IEAR列向量；diag(TA)表示以各負(fù)荷節(jié)點的平均停電持續(xù)時間為對角元素的對角陣；1表示元素均為1的列向量；Te、TD分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點與負(fù)荷節(jié)點注入功率對支路潮流的靈敏度矩陣；Plmax為支路的傳輸功率上限列向量；Pmin、P_分別為機(jī)組輸出功率上限、下限列向量； ru、rd分別表示機(jī)組的上調(diào)及下調(diào)速率限值列向量；△ t為調(diào)度時間間隔；TK為事故后旋轉(zhuǎn)備用的允許響應(yīng)時間； 式(1)-03)構(gòu)成了概率動態(tài)調(diào)度模型，其決策變量為機(jī)組輸出功率、事故后機(jī)組輸出功率調(diào)整量以及切負(fù)荷量。式(1)所表達(dá)的目標(biāo)函數(shù)由兩部分疊加構(gòu)成，其一為系統(tǒng)的發(fā)電成本，其二為在此基礎(chǔ)上，在各種預(yù)想事故發(fā)生后，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整成本期望， 這包括機(jī)組向上或向下的調(diào)整成本期望以及切負(fù)荷成本期望。式( 表示正常運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)的各種等式及不等式約束。其中，等式約束為發(fā)電與需求的平衡約束；不等式約束依次為支路傳輸功率上限約束、機(jī)組輸出功率范圍約束以及相鄰時段間機(jī)組的功率變化率約束。式(3)表示對于每種預(yù)想事故，調(diào)整應(yīng)滿足的約束。其中，等式約束表示機(jī)組輸出功率調(diào)整以及消減負(fù)荷后系統(tǒng)發(fā)電與需求的平衡；不等式約束依次為支路傳輸功率上限約束、 機(jī)組輸出功率上限約束、機(jī)組輸出功率下限約束、機(jī)組向上調(diào)整能力約束、機(jī)組向下調(diào)整能力約束以及切負(fù)荷量約束。
( 二)所述動態(tài)調(diào)度計算程序使用的求解方法為 (1)基于Benders分解的算法流程 上述概率動態(tài)調(diào)度模型構(gòu)成線性規(guī)劃問題，對于實際系統(tǒng)，其規(guī)模較大，難以直接求解。實際上，所構(gòu)成的優(yōu)化問題在各種運(yùn)行狀態(tài)之間僅存在較弱的耦合關(guān)系，充分利用這一規(guī)律，可將原問題分解，達(dá)到減小優(yōu)化問題求解規(guī)模，提高問題求解速度的目的。
為表述方便，將式⑴-(3)抽象表達(dá)為
權(quán)利要求
1.一種計及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的概率動態(tài)調(diào)度方法，其特征在于包括以下步驟(1)從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA采集當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括當(dāng)前系統(tǒng)中各機(jī)組的輸出功率和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(2)若網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)發(fā)生改變，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫纬晒?jié)點注入轉(zhuǎn)移因子、斷線功率轉(zhuǎn)移因子待用；(3)從負(fù)荷預(yù)報程序得到系統(tǒng)未來6個時段中系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，負(fù)荷預(yù)報程序采用時序外推預(yù)測方法對短期負(fù)荷變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，所述時序外推預(yù)測方法采用動平均法，是對一組時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值計算，并以此為依據(jù)進(jìn)行預(yù)測；(4)動態(tài)調(diào)度計算程序采用概率動態(tài)調(diào)度模型及算法根據(jù)上述得到數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，給出調(diào)度結(jié)果，其中動態(tài)調(diào)度計算程序包括1)預(yù)調(diào)度，不考慮系統(tǒng)的事故情況進(jìn)行一次動態(tài)調(diào)度，結(jié)果對應(yīng)目標(biāo)值設(shè)為目標(biāo)下界；2)根據(jù)調(diào)度結(jié)果預(yù)先篩選需要進(jìn)行檢驗的由各種事故情況形成的子問題；3)將調(diào)度結(jié)果帶入各需要進(jìn)行檢驗的子問題，檢驗調(diào)度結(jié)果的最優(yōu)性及可行性，若有子問題不可行，則向動態(tài)調(diào)度主問題返回可行割，若有子問題可行但不滿足最優(yōu)性條件，向動態(tài)調(diào)度主問題返回最優(yōu)割；4)若所有子問題均可行但有子問題不滿足最優(yōu)性條件，則此時主、子問題目標(biāo)函數(shù)之和形成調(diào)度目標(biāo)上界；5)檢驗，若該次迭代沒有形成新的割或目標(biāo)上、下界之差小于預(yù)定閥值，則計算結(jié)束， 導(dǎo)出結(jié)果，否則，重新進(jìn)行加割后的動態(tài)調(diào)度主問題的計算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于(一)所述動態(tài)調(diào)度計算程序使用的調(diào)度模型為
式中t = t0, t0+l,…，、+Ντ，表示調(diào)度時段，、為調(diào)度目標(biāo)時段，Nt為前瞻時段數(shù)；k =1,2,…，K，表示各種預(yù)想事故，K為需考慮的事故總數(shù)；ct、6及6分別表示機(jī)組的發(fā)電成本、上調(diào)成本以及下調(diào)成本列向量；Pt為機(jī)組輸出功率列向量；#u，A/v分別是預(yù)想事故發(fā)生后機(jī)組向上及向下的調(diào)整量列向量；Dt為節(jié)點負(fù)荷需求列向量；ADk, t為事故發(fā)生后的切負(fù)荷量列向量；P k,t為t時段系統(tǒng)處于狀態(tài)k的概率；IEAK,t表示停電損失評價率 IEAR列向量；diag(TA)表示以各負(fù)荷節(jié)點的平均停電持續(xù)時間為對角元素的對角陣；1表示元素均為1的列向量；Te、TD分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點與負(fù)荷節(jié)點注入功率對支路潮流的靈敏度矩陣；Plmax為支路的傳輸功率上限列向量；Pmin、P_分別為機(jī)組輸出功率上限、下限列向量； ru、rd分別表示機(jī)組的上調(diào)及下調(diào)速率限值列向量；△ t為調(diào)度時間間隔；TK為事故后旋轉(zhuǎn)備用的允許響應(yīng)時間；式(1)-03)構(gòu)成了概率動態(tài)調(diào)度模型，其決策變量為機(jī)組輸出功率、事故后機(jī)組輸出功率調(diào)整量以及切負(fù)荷量；式(1)所表達(dá)的目標(biāo)函數(shù)由兩部分疊加構(gòu)成，其一為系統(tǒng)的發(fā)電成本，其二為在此基礎(chǔ)上，在各種預(yù)想事故發(fā)生后，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整成本期望，這包括機(jī)組向上或向下的調(diào)整成本期望以及切負(fù)荷成本期望；式( 表示正常運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)的各種等式及不等式約束；其中，等式約束為發(fā)電與需求的平衡約束；不等式約束依次為支路傳輸功率上限約束、機(jī)組輸出功率范圍約束以及相鄰時段問機(jī)組的功率變化率約束； 式(3)表示對于每種預(yù)想事故，調(diào)整應(yīng)滿足的約束；其中，等式約束表示機(jī)組輸出功率調(diào)整以及消減負(fù)荷后系統(tǒng)發(fā)電與需求的平衡；不等式約束依次為支路傳輸功率上限約束、機(jī)組輸出功率上限約束、機(jī)組輸出功率下限約束、機(jī)組向上調(diào)整能力約束、機(jī)組向下調(diào)整能力約束以及切負(fù)荷量約束；(二)所述動態(tài)調(diào)度計算程序使用的求解方法為 (1)基于Benders分解的算法流程將式(1)-(3)抽象表達(dá)為
s. t. Ax ≥ b Β1Χ+Η1Υ1 ≥ H1 B2x+H2y2 ≥ h2
式中向量X表示所有時段機(jī)組的輸出功率；向量7￥對應(yīng)第W種情況下機(jī)組的調(diào)解量以及切負(fù)荷量，這里w共對應(yīng)(Ντ+1) ·Κ種情況；P w為情況w發(fā)生的概率；向量f以及fw表示與成本相關(guān)的系數(shù)；A、Bw及Hw為約束中的系數(shù)矩陣；b及hw為對應(yīng)約束的右邊項；式由兩部分組成，其一為不考慮事故調(diào)整的動態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度部分，此處稱之為主問題，其僅含變量X;其二為一組對各時段各預(yù)想事故的調(diào)整決策問題，此處稱之為一組子問3題，其決策變量為相應(yīng)的yw ；其中，子問題的可行域是受主問題影響的，即在各子問題的約束中除了含有自身的決策變量外還含有主問題的決策變量，由此結(jié)構(gòu)，構(gòu)建算法如下步驟1 初始化原問題目標(biāo)函數(shù)上界
初始化子問題w對偶問題的上界zw為0 ；初始化迭代次數(shù)標(biāo)記m為0 ； 步驟2:求解主問題
采用調(diào)度結(jié)果更新原問題目標(biāo)函數(shù)下界，即將maX(MAVm，LB)賦給LB ； 步驟3 依次或并行求解各子問題，此時，χ為已知量
若子問題W有解，則進(jìn)行解的最優(yōu)性檢驗，即比較^/C與主問題中求出的Zw的大小， 若前者較小，則該子問題解滿足最優(yōu)性條件，在此次迭代中不產(chǎn)生Benders割；反之，若后者較小，則該子問題需向主問題返回Benders最優(yōu)割作為主問題的附加約束
若子問題W無解，即SWr無限大，則該子問題需向主問題返回Benders可行割作為主問題的附加約束
步驟4 若所有子問題均有解且滿足最優(yōu)性條件，則迭代結(jié)束。此時，此次迭代所得的χ 以及只，義，…，JV^M即為原問題的最優(yōu)解。若各子問題均有解，但存在子問題不滿足最優(yōu)性條件，則說明此次迭代得到的χ以及乂，JV_，JV,+￥是一組可行解，但并非最優(yōu)解。此時，利用此次迭代中得到的解求出原問題的目標(biāo)函數(shù)值，此處將其設(shè)為PRVm,并用該值更新原問題目標(biāo)函數(shù)的上界。即將min(PRVm，UB)賦予UB ；步驟5 若UB與LB之差小于預(yù)先設(shè)定的允許誤差ε，則迭代結(jié)束。此次迭代得到的χ 及H…，即可近似認(rèn)為是原問題的最優(yōu)解；否則，m增加1，轉(zhuǎn)到步驟2，重新計算加入新Benders割后的主問題。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于各子問題的目標(biāo)是在受主問題解影響的可行域內(nèi)尋找指定事故發(fā)生后調(diào)整費(fèi)用最小的調(diào)整方案，其最理想的情況無疑是調(diào)整費(fèi)用為0，也即調(diào)整量為零的情況，如果在某次迭代m中，根據(jù)主問題的解，某子問題w的可行域中包含各決策變量均為零的點，那么，該點必然是該子問題的最優(yōu)解，而且一定能夠滿足最優(yōu)性條件^ZiCi小于zw ；在此種情況下，該子問題的目標(biāo)函數(shù)為零，且不會對主問題返回任意形式的割，從而在所述步驟2與步驟3之間添加傳輸支路故障篩選子程序，利用斷線后的潮流轉(zhuǎn)移因子來實現(xiàn)支路開斷事故的快速預(yù)先篩選。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述6個時段，每個時段為20-60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度領(lǐng)域，具體涉及一種計及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的概率動態(tài)調(diào)度方法。提出了一種基于Benders分解的新方法對概率動態(tài)調(diào)度構(gòu)成的大型線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解。針對各種運(yùn)行狀態(tài)之間的耦合關(guān)系，依據(jù)分解協(xié)調(diào)的思想，采用Benders分解技術(shù)將原問題分解，形成由正常運(yùn)行狀態(tài)下動態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度主問題與事故運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整子問題構(gòu)成的迭代求解格式，降低了每次優(yōu)化計算的求解規(guī)模。本發(fā)明的方法提高了問題的求解速度，實現(xiàn)了對較大規(guī)模系統(tǒng)的有效求解。
文檔編號H02J13/00GK102195362SQ201110138610
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者周勝軍, 于坤山, 劉劍, 楊明, 鄧占鋒, 王同勛 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 遼寧省電力有限公司技術(shù)經(jīng)濟(jì)咨詢研究中心, 山東山大電力技術(shù)有限公司