協(xié)調(diào)經(jīng)濟性及切負荷率公平性的緊急負荷控制優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種協(xié)調(diào)經(jīng)濟性及切負荷 率公平性的緊急負荷控制優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高壓直流輸電工程及特高壓交流電網(wǎng)的建設，我國遠距離輸送電能的規(guī)模越 來越大，這一方面可以向負荷中心提供更清潔、更經(jīng)濟的優(yōu)質(zhì)能源，有利于降低成本、保護 環(huán)境，但另一方面，也提高了區(qū)域電力系統(tǒng)對外來輸電的依賴性，在大功率輸電線路發(fā)生故 障的情況下，將造成受端系統(tǒng)功率嚴重不平衡，從而引發(fā)區(qū)域電力系統(tǒng)頻率、功角及電壓等 穩(wěn)定問題。大功率聯(lián)絡線故障常伴有功率的大規(guī)?？缇W(wǎng)轉(zhuǎn)移，使得電力系統(tǒng)中其它線路的 傳輸功率超過穩(wěn)定極限，如不及時采取緊急控制措施，將導致線路和機組的無序被動切除， 進一步加重功率不平衡問題，直至電力系統(tǒng)全面崩潰。
[0003] 目前，區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制一般按照多輪次分時操作、逐次逼近的原則切 除負荷，在一次負荷切除后系統(tǒng)不能恢復穩(wěn)定的情況下，再依據(jù)系統(tǒng)電壓、頻率的限制進行 下一輪切除，這種方法時間延遲較長，易錯過緊急處理的最佳時機，無法適應事故情況下緊 急控制的時間要求，而且易導致負荷過切或欠切等問題，因此迫切需要研究批量負荷的快 速切除問題?，F(xiàn)有區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制中，確定各負荷中心切除量的常用方法主要 有：等比例切除、以最小切除量為目標和以最小經(jīng)濟代價為目標。其中，等比例切除方法不 考慮各節(jié)點負荷切除的經(jīng)濟代價及切除功效的差別，也不考慮各節(jié)點負荷組成及可控量約 束的差別，方案的精細化程度不高。而另外兩種緊急負荷控制的方法：以切除量最少為目 標、以經(jīng)濟代價最小為目標的方法，則由于其目標函數(shù)單一，缺乏多目標之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化， 并且，各負荷中心切負荷率的分配欠缺公平性。2011年，我國《電力安全事故應急處置和調(diào) 查處理條例》頒布施行，對各類事故等級及處理辦法做出了明確規(guī)定，在制定緊急負荷控制 方案時不僅應考慮經(jīng)濟代價、切負荷量等指標，還必須使得各負荷中心切負荷率的分配盡 量公平。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的考慮目標較為單一、延遲時間過長、精 細化程度不高、易導致過切或欠切、缺乏多目標之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以及切負荷率的分配欠缺 公平性的技術(shù)缺陷，提供一種協(xié)調(diào)經(jīng)濟性及切負荷率公平性的緊急負荷控制優(yōu)化方法，不 僅考慮到經(jīng)濟代價、切負荷量等指標，還能使各負荷中心切負荷率的分配盡量公平。
[0005] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0006] 本發(fā)明的一種協(xié)調(diào)經(jīng)濟性及切負荷率公平性的緊急負荷控制優(yōu)化方法，包括以下 步驟：
[0007] (1)獲取區(qū)域電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；
[0008] (2)計算區(qū)域電力系統(tǒng)功率缺額對各負荷有功功率的靈敏度；
[0009] (3)構(gòu)建區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制優(yōu)化問題數(shù)學模型；
[0010] (4)應用改進粒子群優(yōu)化算法求解區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制優(yōu)化方案；
[0011] (5)校核緊急負荷控制優(yōu)化方案下區(qū)域電力系統(tǒng)的暫態(tài)安全穩(wěn)定性，
[0012] 所述的區(qū)域電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括：各支路阻抗、各負荷中心各類負荷的比例、可控量 上下限及代價因子，各聯(lián)絡線對外輸出功率，各變壓器、同步發(fā)電機等數(shù)據(jù)；設所述的區(qū)域 電力系統(tǒng)有η臺發(fā)電機、k個負荷中心，每個負荷中心包含1類、2類及3類三種負荷：第1 類負荷優(yōu)先級最高，中斷后將帶來嚴重后果，第3類負荷切除代價較小，可隨時中斷，第2類 負荷介于兩者之間；負荷k表示負荷中心1的第r類負荷，其中，1 = 1，"·Λ，Γ = 1，2,3， 區(qū)域電力系統(tǒng)與外部電力系統(tǒng)之間有m條聯(lián)絡線，將輸出有功功率的聯(lián)絡線視作區(qū)域電力 系統(tǒng)的m個等效負荷Q，1 =k+1,…，k+m。
[0013] 在所述步驟（2)中，所述的計算區(qū)域電力系統(tǒng)功率缺額對各負荷有功功率的靈敏 度，其過程為：
[0014] 所述的區(qū)域電力系統(tǒng)的功率缺額為1 .其中，1 = 1，…，k時，&表示負荷中心1的有功負荷；1 =k+1,…，k+m時，&表示區(qū)域電力系統(tǒng)通過 m條聯(lián)絡線對外輸出的有功功率；巧^為發(fā)電機6，俞出的有功功率，其中，g= 1，一,η-Ι，第 η臺發(fā)電機所在節(jié)點為平衡節(jié)點，其輸出有功功率為Ps，Plciss為區(qū)域電力系統(tǒng)網(wǎng)損；
[0015] 所述的區(qū)域電力系統(tǒng)網(wǎng)損Plciss等于區(qū)域電力系統(tǒng)各節(jié)點注入功率之和，計算區(qū) 域電力系統(tǒng)潮流，得出各節(jié)點電壓幅值、相角及導納矩陣，
實中， Ui,Uj為節(jié)點i,j的電壓幅值，Θi，Θj為節(jié)點i，j的電壓相角，G為節(jié)點間i,j間互電導，i= 1，…，N，j= 1，…，N，N為區(qū)域電力系統(tǒng)節(jié)點總數(shù)；
[0016]設負荷中心1的有功負荷減少，1 = 1，…，k+m，其它負荷和發(fā)電機輸出 功率保持不變，由&巧;引起的網(wǎng)損變化ΔΡ^^: 1=-[也/從其 中：J為區(qū)域電力系統(tǒng)Jacobi矩陣，為（2N-n-l)X(2N-n_l)階矩陣，[ΔΡAQ]T為各節(jié) 點注入有功、無功功率的變化量，為（2N-n-l)維向量；（
， 戶1
祀"/卿,州=犯;網(wǎng)損Pkiss對負荷巧的靈敏度為 ；-! % #
區(qū)域電力系統(tǒng)功率缺額γ對負荷有功功率4的靈敏度為：
[0017] 在所述步驟（3)中，所述的構(gòu)建區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制優(yōu)化問題數(shù)學模型的 實現(xiàn)過程為：
[0018] 將所述的區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制的優(yōu)化問題描述為：
[0019]
[0020]
[0021] 其中，λ1;λ2分別為切負荷經(jīng)濟代價和切負荷率標準差對應的加權(quán)系數(shù)， k為切除負荷的代價因子，Ρ^為負荷切除率，Pll%up、p1Mot為負荷切除 率的上、下限，乃t,,為故障前負荷k的負荷總量，P1為負荷中心1的總切負荷率，
-=1，…，k，r= 1，2, 3,std([p!，P2,…，pk])為各負荷 中心總切負荷率所構(gòu)成數(shù)組的標準差，標準差越大，則各負荷中心切除率相差越大，控制方 案的公平性越差；為區(qū)域電力系統(tǒng)功率缺額γ對負荷有功功率尸￡;的靈敏度，1 = 1，…，k+m，APsS平衡節(jié)點同步發(fā)電機輸出有功的變化量。
[0022] 在所述步驟⑷中，所述的應用改進粒子群優(yōu)化（ParticleSwarm Optimization,PS0)算法求解區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制優(yōu)化方案的實現(xiàn)過程為：
[0023] 定義罰函數(shù)Θ(p)=A3h2(P)，其中，λ3為懲罰系數(shù)，p是k個 負荷中心及m條聯(lián)絡線對應的等效負荷的切除率構(gòu)成的（k+m)Xr的矩陣，
Θ(Ρ)反映了區(qū)域電力系統(tǒng)的功率不平衡程度，θ(ρ) 越大表明功率不平衡程度越嚴重；有關(guān)負荷切除率上、下界的約束，可直接通過限制PS0 算法搜索區(qū)間來實現(xiàn)；由此，將含約束的緊急負荷控制優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成目標函數(shù)為：
旳無約束優(yōu)化問題；
[0024] 由于F(P)中的各項具有不同的物理意義和量級，故對其進行歸一化，定義： F' （P) =λi·f' （P) +λ2 ·g' （p) +λ3 ·h' 2 (P)，其中，.
g1 (p) =std([p!, p 2, ···, pJ)
γ。為故障后未采取緊急 負荷控制措施時區(qū)域電力系統(tǒng)的初始功率缺額；λi越大，優(yōu)化方案越側(cè)重經(jīng)濟性；λ2越 大，優(yōu)化目標越強調(diào)各節(jié)點切負荷率的公平性；由于功率平衡方程是電力系統(tǒng)運行的基本 約束條件，故λ3取值一般至少要比λi、λ2大1個數(shù)量級；
[0025] 應用改進PS0算法求解區(qū)域電力系統(tǒng)緊急負荷控制優(yōu)化方案，定義1/F' (Ρ)為 粒子適應度；首先，初始化粒子群，設置初始切除率及最大迭代次數(shù)η_;接著，計算各粒子 適應度，更新各粒子的局部最優(yōu)值及整個粒子群的全局最優(yōu)值，并據(jù)此計算各粒子移動速 度，調(diào)整粒子位置；如此不斷循環(huán)，直到迭代次數(shù)大于設定值η_;最后，輸出最優(yōu)負荷切除 率P為改善PSO算法的收斂性，在優(yōu)化過程中，采用線性遞減方法動態(tài)調(diào)節(jié)慣性權(quán)重， 在初始階段，設置較大的慣性權(quán)重，使粒子具有較大移動速度，以避免陷入局部最優(yōu)；在算 法后期，逐漸減小慣性權(quán)重，減慢粒子移動速度，以保證平穩(wěn)收斂。
[0026]在所述步驟（5)中，所述的校核緊急負荷控制優(yōu)化方案下區(qū)域電力系統(tǒng)的暫態(tài)安 全穩(wěn)定性的實現(xiàn)過程為：
[0027]在區(qū)域電力系統(tǒng)電網(wǎng)失去大功率區(qū)外來電時，按照最優(yōu)負荷切除率規(guī)定的比例快 速切除各負荷中心的各類負荷，對區(qū)域電力系統(tǒng)暫態(tài)響應進行仿真計算，觀察同步發(fā)電機 轉(zhuǎn)速、功角搖擺曲線及區(qū)域電力系統(tǒng)中各母線的電壓跌落，如符合暫態(tài)