[發明專利]一種基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度方法

有效

• 申請號: 201910943082.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110611337B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 黃海煜;夏少連;王春明;賴宏毅;熊華強;江保鋒;程燕軍;黃子平
• 申請（專利權）人: 國家電網公司華中分部
• 主分類號: H02J3/48
• 分類號: H02J3/48;H02J3/28;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)預測電力系統在當前調度日24小時的負荷值，具體步驟如下：

(1-1)記當前調度日為D，從電力系統調度中心獲取當前調度日前60天的電力系統實際負荷值，計算每個歷史調度日d在調度時刻t相比上一時刻t-1的電力系統負荷增長率

其中：d代表歷史調度日，d＝D-60,…,D-1，t代表調度時刻，t＝1,2,…,24，為歷史調度日d在調度時刻t的系統實際負荷值；

(1-2)根據步驟(1-1)的當前調度日前60天每個歷史調度日在各調度時刻的電力系統負荷增長率計算電力系統在調度時刻t相比上一調度時刻t-1的系統負荷增長率的平均值

(1-3)從電力系統調度中心獲取當前調度日前一天(D-1)第24個調度時刻的實際負荷值以作為基準負荷，根據步驟(1-2)得到的各調度時刻平均負荷增長率依次推算出當前調度日D在調度時刻t的電力系統負荷預測值

(2)確定電力系統在當前調度日的備用容量需求，具體過程如下：

(2-1)確定電力系統在當前調度日的負荷備用容量需求，包括以下步驟：

(2-1-1)從電力系統調度中心獲取當前調度日前60天系統負荷在調度時刻t的預測值與實際值計算歷史調度日d在調度時刻t的系統負荷預測偏差

(2-1-2)根據步驟(2-1-1)得到的歷史調度日d在調度時刻t的電力系統負荷預測偏差計算電力系統在當前調度日調度時刻t最大的負荷預測偏差

(2-1-3)根據步驟(2-1-2)計算的電力系統在當前調度日調度時刻t最大的負荷預測偏差以及步驟(1-3)計算的當前調度日D在調度時刻t的系統負荷預測值確定當前調度日D電力系統在調度時刻t的負荷備用容量需求

(2-2)確定電力系統在當前調度日的事故備用容量需求，包括以下步驟：

(2-2-1)設定當前調度日電力系統中計劃開機的發電機組i在調度時刻t的有功功率G_i,t，并滿足電力系統在調度時刻t的負荷需求：

式中：i代表電力系統計劃開機的發電機組，n為計劃開機的發電機組臺數，從電力系統調度中心獲取，根據步驟(1-3)得到；

以各發電機組在各調度時刻的有功功率G_i,t為元素，按照調度時間順序，得到一個所有發電機組在各調度時刻的有功功率向量G；

(2-2-2)根據步驟(2-2-1)給定的當前調度日所有發電機組有功功率G_i,t，計算在調度時刻t單一發電機組故障停運可能導致的電力系統最大發電缺額，將該電力系統最大發電缺額作為當前調度日電力系統在調度時刻t的事故備用容量需求

(2-3)根據步驟(2-1-3)計算的負荷備用容量需求與步驟(2-2-2)計算的事故備用容量需求求得到當前調度日電力系統在調度時刻t的備用容量R_t：

(3)計算電力不足期望作為電力系統的可靠性指標，計算步驟如下：

(3-1)用S_i代表發電機組i的工作狀態，設定每臺發電機組有故障和運行兩種狀態，且發電機組的故障是彼此獨立的事件，則S_i是一個離散的隨機變量：

從電力系統調度中心獲取所有發電機組的故障率λ_i和修復率參數μ_i，計算發電機組i故障停運的概率u_i和正常運行的概率a_i：

(3-2)計算因發電機組故障停運造成的系統供電缺額，作為電力系統在調度時刻t的電力不足期望：

其中：

x_t表示電力系統在調度時刻t的狀態，x_t＝(S₁,S₂…,S_n)，S_i是一個隨機變量，x_t是一個隨機矢量，X表示電力系統在調度時刻t的狀態空間，

I_f(x_t)是電力系統在調度時刻t的狀態函數，表達式為：

L_C(x_t)表示電力系統在故障系統狀態x_t下，將電力系統恢復到一個靜態安全運行點所需要的最小負荷削減值，根據電力系統中規定的單一故障安全準則，認為同時最多只有1臺發電機組發生故障，設發電機組i此時發生了故障，則有：

L_C(x_t)＝G_i,t

式中：G_i,t為步驟(2-2-1)給定的發電機組i在調度時刻t的有功功率；

P(x_t)為x_t的概率分布函數，P(x_t)表示電力系統狀態x_t的出現概率，即，考慮所有發電機組的狀態是彼此獨立的隨機變量，僅發電機組i發生故障停運時：

式中：符號Π表示連乘運算，P(S_i)表示發電機組i處于狀態S_i的概率，u_i、a_i分別為步驟(3-1)計算的發電機組i故障停運的概率和正常運行的概率；

(4)構建一個基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度模型如下：

(4-1)基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度模型的目標函數為電力系統運行的總成本期望EW最小化：

式中：G_i,t為發電機組i在調度時刻t的有功功率；R_i,t為發電機組i在調度時刻t的備用容量，為聯合調度模型的決策變量；EWG_t為電力系統在調度時刻t所有發電機組正常運行的總成本期望，為待求量，EWL_t為電力系統在調度時刻t的風險損失成本期望，為待求量；

電力系統在調度時刻t所有機組正常運行總成本期望EWG_t的計算公式為：

式中：n為計劃開機的發電機組的臺數，從電力系統調度中心獲取；WG_t為電力系統在調度時刻t所有發電機組正常運行的總成本，為待求量，a_i為步驟(3-1)計算的發電機組i正常運行的概率，α_i、β_i分別為發電機組i的能量價格和備用價格，從電力系統交易中心獲取；

電力系統在調度時刻t的風險損失成本期望EWL_t計算公式為：

式中：γ_VOLL為電力系統單位停電損失，從電力系統調度中心獲取，u_i為發電機組i在調度時刻t處于故障停運狀態的概率，a_j為發電機組j處于正常運行狀態的概率，u_i和a_j由步驟(3-1)計算得到；

(4-2)基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度模型的約束條件包括：

(4-2-1)電力系統線路有功潮流約束：

|z_k,t|≤x_k,max

式中：z_k,max為電力系統中輸電線路的輸送容量限額，從電力系統調度中心獲取；z_k,t為電力系統中輸電線路k在調度時刻t的潮流：

其中，g_i,k為發電機組i對輸電線路k的功率傳輸分布因子，從電力系統調度中心獲取；G_i,t為發電機組i在調度時刻t的有功功率，為待求量，g_i,k為節點負荷j對輸電線路k的功率傳輸分布因子，從電力系統調度中心獲取；PF_j,t為當前調度日節點j在調度時刻t的負荷預測值，從電力系統調度中心獲取；

(4-2-2)電力系統有功功率供需平衡約束：

l為電力系統網絡線路數目，從電力系統調度中心獲取，δ_k為輸電線路k的線損率，從電力系統調度中心獲取，PF_t為當前調度日電力系統在調度時刻t的負荷預測值，由步驟(1-3)得到；

(4-2-3)電力系統備用容量約束：

其中，R_t為電力系統在調度時刻t的備用需求，由步驟(2-3)得到；

(4-2-4)電力系統發電機組出力的上下限約束：

分別為發電機組i有功功率的上限和下限，從電力系統調度中心獲取；

(4-2-5)電力系統發電機組的爬坡能力約束：

其中，分別為發電機組i在調度時刻t考慮爬坡約束的最大有功功率，從電力系統調度中心獲取；

(4-2-6)電力系統的可靠性指標約束，表達公式為：

式中，EDNS_t為電力系統在調度時刻t的電力不足期望，由步驟(3-2)計算得到，EDNS_max為電力系統在調度日全天的電力不足期望上限，由電力系統調度中心根據安全運行要求設定；

(5)利用拉格朗日松弛法，求解由上述目標函數和約束條件組成的基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度模型，求解得到當前調度日各發電機組最優的有功功率G_i,t和備用容量R_i,t；

(6)根據步驟(5)得到電力系統所有發電機組在調度時刻t的有功功率優化結果G_i,t和備用容量優化結果R_i,t，按照調度時間順序構造有功功率向量G′；

(7)設定一個收斂判斷參數ε，將該有功功率向量G′與步驟(2-2-1)的有功功率向量G進行比較，若|G′-G|ε，則計算收斂，并將步驟(6)中的各發電機組的有功功率G_i,t和備用容量R_i,t作為電力系統能量與備用聯合調度結果，實現基于供電可靠性的電力系統能量與備用聯合調度；若|G_k+1-G_k|≤ε，則結果不收斂，并令G＝G′，返回步驟(2-2-1)。