一種大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等值協(xié)調(diào)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調(diào)度自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等 值協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃優(yōu)化問題是一個超大規(guī)模、多目標(biāo)、復(fù)雜約束、影響因素眾多 的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題，對于這類系統(tǒng)常規(guī)的建模方法已無法求解。實現(xiàn)多區(qū)域的聯(lián)合優(yōu)化或整 體優(yōu)化，目前的方法主要是應(yīng)用大系統(tǒng)理論、簡化等值等方法。
[0003] 現(xiàn)有的大規(guī)模電網(wǎng)等值方法通常簡單將其化為一臺等值機組，而機組參數(shù)的信息 提煉不夠精確，被等值電網(wǎng)信息不能精確表達，優(yōu)化效果不好，同時上下層迭代上一般先簡 單設(shè)定初值然后開始進行迭代，結(jié)果是往往需要多輪迭代，影響計算效率。
[0004] 隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，數(shù)量龐大的安全約束給在線經(jīng)濟調(diào)度問題帶來了極大的挑 戰(zhàn)，調(diào)度計劃優(yōu)化求解本質(zhì)上是一個多時段的直流最優(yōu)潮流問題，在每個時間斷面上需要 滿足系統(tǒng)功率平衡約束和電網(wǎng)安全約束（代表空間關(guān)系），而在相鄰兩個時間段之間，發(fā)電 機機組的功率變化受到各臺機組的爬坡率限制（代表時間關(guān)系）。即使通過線性化辦法將 其化為線性模型，這種時空耦合的優(yōu)化模型在數(shù)學(xué)上構(gòu)成了一個大規(guī)模線性規(guī)劃問題，并 且隨著安全約束和時間斷面數(shù)量的增加，其求解難度也相應(yīng)增加。例如，當(dāng)系統(tǒng)有N個機 組、L條支路、T個時段時，經(jīng)濟調(diào)度問題的規(guī)模是NT和LT的倍數(shù)，對大型電力系統(tǒng)來說這 是一個非常復(fù)雜的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等值協(xié)調(diào)優(yōu)化 方法，將大電網(wǎng)在其內(nèi)部聯(lián)絡(luò)線及內(nèi)部重要線路、變壓器保留，進行解耦等值分解為多個規(guī) 模小的電網(wǎng)，可化為上層協(xié)調(diào)模型和下層規(guī)模較小電網(wǎng)優(yōu)化模型進行迭代求解；在上層優(yōu) 化問題中，利用WARD等值原理將被等值電網(wǎng)的發(fā)電機信息和負荷信息無損傳遞到等值節(jié) 點，發(fā)電機參數(shù)包括出力上下限、爬坡速率、發(fā)電成本或報價等信息的歸算方法，將等值點 等值機作為優(yōu)化變量，求解聯(lián)絡(luò)線計劃和各被等值電網(wǎng)出力總計劃，下層優(yōu)化各被等值電 網(wǎng)獨立求解機組出力計劃。然后再通過下層聯(lián)絡(luò)線處節(jié)點電價或發(fā)電成本形成對上次協(xié) 調(diào)優(yōu)化的反饋，修正聯(lián)絡(luò)線計劃，下層再重新優(yōu)化求解，如此反復(fù)最終實現(xiàn)全網(wǎng)整體優(yōu)化目 標(biāo)。該方法可有效控制迭代的次數(shù)，實現(xiàn)大電網(wǎng)調(diào)度計劃快速收斂。
[0006] 實現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：
[0007] -種大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等值協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，所述優(yōu)化方法包括：（1)將大電網(wǎng) 劃分為若干區(qū)域電網(wǎng)，將各區(qū)域電網(wǎng)在與其相關(guān)聯(lián)的各聯(lián)絡(luò)線落點處對區(qū)域電網(wǎng)進行等 值，從而將區(qū)域電網(wǎng)化作等值節(jié)點；
[0008] (2)區(qū)域電網(wǎng)向全網(wǎng)提交各自等值節(jié)點的信息；
[0009] (3)全網(wǎng)求解區(qū)域電網(wǎng)等值下的發(fā)電調(diào)度計劃，全網(wǎng)下發(fā)各區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線計劃、 區(qū)域電網(wǎng)各自計劃總出力，以及直調(diào)機組的計劃；
[0010] (4)區(qū)域電網(wǎng)根據(jù)所述區(qū)域電網(wǎng)各自計劃總出力計算求解本區(qū)域機組出力計劃， 并計算節(jié)點邊際成本；
[0011] (5)通過聯(lián)絡(luò)線兩端節(jié)點邊際成本判斷全網(wǎng)優(yōu)化是否收斂，如果收斂，計算結(jié)束； 如果不收斂，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，影響網(wǎng)絡(luò)安全約束的機組修正出力上下限，轉(zhuǎn)到步驟（2)。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中，所述等值節(jié)點的信息包括各等值節(jié)點所連發(fā)電機組的 參數(shù)和等值負荷；
[0013] 所述發(fā)電機組的參數(shù)包括：發(fā)電機組出力上下限、發(fā)電機組爬坡速率和發(fā)電機組 發(fā)電成本曲線。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中，所述發(fā)電調(diào)度計劃通過機組組合目標(biāo)函數(shù)和經(jīng)濟調(diào)度 目標(biāo)函數(shù)確定；
[0015] 所述機組組合目標(biāo)函數(shù)為：
[0017] 式中，T表示決策周期；Gr表示第r個區(qū)域電網(wǎng)所包含的等值發(fā)電機組集合，Gd表 示全網(wǎng)直調(diào)機組集合；#表示第r個區(qū)域電網(wǎng)等值發(fā)電機組i在t時段的出力；為 第r個區(qū)域電網(wǎng)等值機組i在出力為％下的發(fā)電成本；^:表示全網(wǎng)直調(diào)機組k在t時段 的出力；CUO為全網(wǎng)直調(diào)機組k在出力為圮下的發(fā)電成本； 為直調(diào)機組k在t時段 的啟停狀態(tài)；超為直調(diào)機組k的啟動費用；機組組合發(fā)電調(diào)度的決策變量為區(qū)域電網(wǎng)等值 機組的出力以及全網(wǎng)直調(diào)機組的啟停及出力；
[0018] 所述經(jīng)濟調(diào)度目標(biāo)函數(shù)為：
[0020] 約束條件：
[0021] 全網(wǎng)、區(qū)域兩級電網(wǎng)發(fā)電機組模型約束條件包括電網(wǎng)安全約束、等值機組約束和 直調(diào)機組約束；
[0022] 所述電網(wǎng)安全約束包括：系統(tǒng)功率平衡、系統(tǒng)正負備用、區(qū)域聯(lián)絡(luò)線潮流極限、斷 面潮流極限、關(guān)聯(lián)變電站安全極限；
[0023] 所述等值機組約束包括：等值機組出力上下限約束、等值機組爬坡約束、等值機組 出力之和約束、等值機組爬坡之和約束；
[0024] 所述直調(diào)機組約束包括：直調(diào)機組出力上下限約束、直調(diào)機組爬坡約束和直調(diào)機 組的啟停約束。
[0025] 優(yōu)選的，所述步驟（4)中，所述機組出力計劃通過下式求解：
[0027] 式中，min f (pD為目標(biāo)函數(shù)，g(pD彡0、h (pD =0為約束條件，優(yōu)化變量為區(qū)域 內(nèi)機組出力，f為區(qū)域r內(nèi)機組出力向量，g(p 〇、h (p〇為^的函數(shù)；
[0028] 所述節(jié)點邊際成本λ i通過下式計算：
[0030] 式中，λ為邊際機組的節(jié)點價格；1為起作用的支路約束序號；μ i為支路1約束 的影子價格；k為起作用的支路約束總數(shù)，Slil為發(fā)電機i針對支路1的靈敏度系數(shù)。
[0031] 優(yōu)選的，所述步驟（5)中，所述判斷的標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)所有聯(lián)絡(luò)線兩端節(jié)點邊際成本差 Δ V的絕對值小于給定閾值時，可判定為達到協(xié)調(diào)狀態(tài)，即迭代收斂：
[0032] I Δ VI < ε v (5)
[0033] 其中εν為給定的收斂閾值。
[0034] 優(yōu)選的，所述機組出力計劃具體求解過程如下：
[0035] 1)求解無網(wǎng)絡(luò)安全約束經(jīng)濟調(diào)度主問題，得到無安全約束的優(yōu)化結(jié)果；
[0036] 2)進行潮流約束子問題計算，如果滿足網(wǎng)絡(luò)潮流安全要求，計算結(jié)束；否則轉(zhuǎn)入 步驟 3)、4)、5);
[0037] 3)結(jié)合潮流約束子問題計算結(jié)果，將相關(guān)時段處于出力上下限的機組進行壓縮， 得到被壓縮機組的等效成本曲線，簡化機組變量數(shù)量；
[0038] 4)結(jié)合潮流約束子問題計算結(jié)果，將不涉及網(wǎng)絡(luò)潮流安全并且負荷變化平緩的連 續(xù)時段進行時段壓縮，形成新的約束及目標(biāo)，簡化時段變量數(shù)量；
[0039] 5)根據(jù)潮流約束子問題計算結(jié)果，將越限支路的約束返回添加到主優(yōu)化問題；
[0040] 潮流約束子問題返回不可行割，采用改進Benders分解法；
[0041] 6)對新的主問題進行優(yōu)化計算，然后再換入步驟2)。
[0042] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[0043] 本發(fā)明建立了大電網(wǎng)等值分解協(xié)調(diào)發(fā)電調(diào)度計劃優(yōu)化模型，將大規(guī)模電網(wǎng)在內(nèi)部 聯(lián)絡(luò)線及內(nèi)部重要線路、變壓器處解耦為多個小型電網(wǎng)，形成上層協(xié)調(diào)優(yōu)化模型和下層優(yōu) 化子模型，在上層協(xié)調(diào)模型中，被等值電網(wǎng)的發(fā)電機參數(shù)和負荷信息可以精確歸算到等值 節(jié)點，被等值電網(wǎng)的關(guān)鍵信息被保留在等值節(jié)點，實現(xiàn)了電網(wǎng)信息的無損壓縮，因此上層優(yōu) 化問題可快速解決最優(yōu)解，然后通過節(jié)點電價信息修正聯(lián)絡(luò)線計劃，逐次迭代，最終形成電 網(wǎng)調(diào)度計劃，迭代次數(shù)可控且收斂迅速，可實現(xiàn)大電網(wǎng)調(diào)度計劃的快速求解。
[0044] 本發(fā)明提出了改進Benders方法、壓縮時段技術(shù)、機組壓縮技術(shù)三種方法相結(jié)合 的方式降低系統(tǒng)求解規(guī)模，提高計算速度的方法。大電網(wǎng)調(diào)度計劃求解的等值電網(wǎng)信息壓 縮技術(shù)，操作簡單，在實際應(yīng)用時建模方便，模型的收斂性也可以得到保證。
【附圖說明】
[0045] 圖1是本發(fā)明的大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等值優(yōu)化方法流程圖；
[0046] 圖2是本發(fā)明的機組出力計劃求解步驟。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0048] 參照附圖1，大規(guī)模電網(wǎng)調(diào)度計劃等值優(yōu)化方法是：
[0049] 步驟一、將大電網(wǎng)劃分為若干區(qū)域電網(wǎng)，各區(qū)域電網(wǎng)都是通過聯(lián)絡(luò)線與其他區(qū)域 電網(wǎng)相連接，所以可以將各個區(qū)域電網(wǎng)在與其相關(guān)聯(lián)的各聯(lián)絡(luò)線落點處對區(qū)域電網(wǎng)進行等 值，這樣每個區(qū)域電網(wǎng)等值為一個由等值節(jié)點組成的小網(wǎng)，每個等值節(jié)點上連接著一個等 值發(fā)電機，并帶有一定的負荷，而區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的物理規(guī)律都可以通過各等值節(jié)點進行反 映。等值后，區(qū)域電網(wǎng)在聯(lián)絡(luò)線落點處都化為了等值節(jié)點，每個等值節(jié)點連接一個等值發(fā)電 機和等值負荷。
[0050] 步驟二、區(qū)域電網(wǎng)向全網(wǎng)提交各自等值節(jié)點的信息，包括各等值節(jié)點所連發(fā)電機 的參數(shù)，所連節(jié)點的系統(tǒng)負荷。等值發(fā)電機組參數(shù)包括：發(fā)電機組出力上下限，發(fā)電機組爬 坡速率，發(fā)電機組發(fā)電成本曲線。全網(wǎng)將區(qū)域電網(wǎng)等值為節(jié)點，以全網(wǎng)發(fā)電成本最小為目 標(biāo)，以各等值節(jié)點連接的等值發(fā)電機出力和直調(diào)機組出力為決策變量，進行有安全約束的 機組組