考虑新能源接入与需求侧响应参与短期发电计划安排及备用优化配置方法

摘要

本发明公开了一种考虑新能源接入与需求侧响应参与短期发电计划安排及备用优化配置方法，属于电力系统安全规划运行领域。本发明获取电力系统基本数据，以系统总成本最小为目标函数，建立约束条件，基于分解协调的思想，将求解目标函数和约束条件构成的优化模型的问题分解为包括第1个安全约束机组组合子问题以及一次备用充裕性检查子问题、二次负备用充裕性检查子问题、二次正备用和三次备用充裕性检查子问题在内的四个子问题进行求解，如果后三个子问题经检查均满足，则问题得解，如果不满足，则修改机组及各类备用配置后再进入第1个安全约束机组组合子问题中，重新求解，直到最后收敛。本发明能够有效求解大规模多故障态随机机组组合问题。

主权项

考虑新能源接入与需求侧响应参与短期发电计划安排及备用优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取电力系统基本数据，包括风电场24时段风功率预测值、各机组参数以及负荷和旋转备用参数，所述各机组参数包括各机组的功率上下限、成本系数、启停费用、最小和最大开机时间、初始状态、爬坡约束及初始启停时间；2)以系统总成本最小为目标函数；3)建立约束条件，目标函数和约束条件构成的优化模型为：min F＝F₀+F_r   (1‑1)其中，F为系统总成本，F₀为系统总的发电成本，F_r为系统总的备用成本；T为时段数；N_g、N_DR分别为火电机组总数、系统中提供备用的DR总数；P_i,t为机组i在时段t的有功功率；I_i,t为机组i在时段t的启停状态；P_W0,t为风电在时段t的预测值；P_j,DR,t为第j个DR在时段t的有功功率；P_L,t是时段t的非DR型负荷预测值；P_i,min和P_i,max分别是机组i最小和最大有功功率；P_DR,j,t,max、P_DR,j,t,min分别为第j个DR时段t的负荷最大值和最小值；R_1,i,t、R_3,i,t分别为机组i时段t内提供的一次备用、正二次备用、负二次备用和三次备用；ΔP_1,i,max为机组i的最大一次调频能力；ΔT₂、ΔT₃分别为二次和三次备用的调节周期；和分别为机组i的上升和下降爬坡速率；R_3,DR,j,t分别为第j个DR在时段t内提供的正二次备用、负二次备用和三次备用；η_U、η_D分别为DR参与二次备用上调和下调的百分数；I_i,τ为时段τ内机组i的状态；T_on,i、T_off,i分别为机组i的最小允许开机时间和最小允许停机时间；ΔP_k,t为故障k发生后的系统功率缺额；N_g,k为故障k发生后系统可参与一次调频的机组集合；Δf_1,max为系统暂态频率波动最大值；f_N为系统的额定频率；K_L*为综合负荷的单位调节功率的标幺值；K为故障总数；Δf₁是系统扰动后稳态频率波动值；K_g,i是机组i一次调频时下垂曲线的斜率；Δf_1,i,max是机组i可提供的最大一次备用对应的最大频率波动值，为负值；ΔP_W,t为时段t全系统风电的预测误差；β为风功率的置信水平；N为节点总数，Br为支路总数，P_m,t为时段t节点m上的净注入有功功率；A_l,m、分别表示正常状态和故障态k下节点m上的注入功率与线路l的传输功率之间的转移分布因子；P_l,max、P_inf,max分别为线路l和断面线路的最大传输功率；N_inf为断面线路数；S_inf为断面数；inf为断面号；为故障态k下备用被调用后的节点m上的净注入功率；以上式中，目标函数minF＝F₀+F_r表示使系统总成本最小；其中F_r＝F_g,r+F_DR,r，F_g,r为发电侧提供的总备用成本，F_DR,r为需求侧提供的总备用成本；$F_0=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_g}{\Sigma }}[(a_i{P}_{i,t}^2+b_i{P}_{i,t}+c_i)I_{i,t}+S_i{I}_{i,t}(1-I_{i,t-1})]---(1-21)$$F_{g,r}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_g}{\Sigma }}\left(C_{2,i,t}^U·R_{2,i,t}^U+C_{2,i,t}^D·R_{2,i,t}^D\right)+\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N_g}{\Sigma }}{C}_{3,i,t}·R_{3,i,t}---\left(1-22\right)$$F_{DR,r}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N_{DR}}{\Sigma }}(C_{2,DR,j,t}^U{R}_{2,DR,j,t}^U+C_{2,DR,j,t}^D{R}_{2,DR,j,t}^D)+\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{N_{DR}}{\Sigma }}{C}_{3,DR,j,t}{R}_{3,DR,j,t}---(1-23)$式中，S_i为机组i的启动成本，a_i,b_i,c_i为机组i的发电成本系数；和C_3,i,t分别为机组i时段t内正二次备用、负二次备用和三次备用的成本系数；C_3,DR,j,t分别为第j个DR时段t内提供正二次备用、负二次备用和三次备用的成本系数；第一个约束表示系统功率平衡约束；第二个约束I_i,tP_i,min≤I_i,tP_i,t≤I_i,tP_i,max表示机组出力限制约束；第三个约束P_DR,j,t,min≤P_j,DR,t≤P_DR,j,t,max表示DR出力限制约束；第四个约束R_1,i,t≤min[‑I_i,t·ΔP_1,i,max,P_i,max‑P_i,t]表示机组一次备用约束；表示机组正二次备用约束、负二次备用约束；表示机组三次备用约束；第五个约束表示DR参与二次备用容量约束；R_3,DR,j,t≤P_j,DR,t‑P_DR,j,t,min表示DR参与三次备用容量约束；第六个约束表示机组爬坡速率约束；第七个约束表示机组最小运行、最小停运时间限制；第八个约束为考虑一个预想故障集K，根据次日各个时段发生故障k时，确保系统一次调频后稳态频率波动值小于系统最大频率波动Δf_1,max＝0.5Hz要求；第九个约束为计及风电预测置信概率的系统二次备用容量的机会约束，系统t时段总的正二次备用及负二次备用分别为：$R_{2,t}^U=\underset{i=1}{\overset{N_g}{\Sigma }}{R}_{2,i,t}^U+\underset{j=1}{\overset{N_{DR}}{\Sigma }}{R}_{2,DR,j,t}^U---(1-24)$$R_{2,t}^D=\underset{i=1}{\overset{N_g}{\Sigma }}{R}_{2,i,t}^D+\underset{j=1}{\overset{N_{DR}}{\Sigma }}{R}_{2,DR,j,t}^D---(1-25)$P_W,t＝P_W0,t+ΔP_W,t(t＝1,…,T)        (1‑26)第十个约束为系统三次备用约束，三次备用由基于激励的可中断负荷、发电侧的三次备用共同提供；第十一个约束表示支路传输容量约束，其基于转移分布因子，将线路的传输功率近似为节点注入功率的线性形式；第十二个约束表示断面功率约束；第十三个约束表示考虑网络传输能力的备用可用性约束；4)基于分解协调的思想，将求解优化模型的问题分解为包括第1个安全约束机组组合子问题以及一次备用充裕性检查子问题、二次负备用充裕性检查子问题、二次正备用和三次备用充裕性检查子问题在内的四个子问题进行求解，如果后三个子问题经检查均满足，则问题得解，如果不满足，则修改机组及各类备用配置后再进入第1个安全约束机组组合子问题中，重新求解，直到最后收敛。