[發明專利]一種考慮電壓敏感負荷備用的電力系統調度方法

在審

• 申請號: 202010625594.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111952956A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王彬;于浩然;孫宏斌;李子衿;郭慶來;王存平;潘昭光;宋一凡;田興濤
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網北京市電力公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/14;H02J3/38;H02J3/18
• 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

1.一種考慮電壓敏感負荷備用的電力系統調度方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)建立電力系統基態運行點模型：

(1-1)建立電力系統基態運行點模型的變量集合Ω：

式中，i_G為發電機的編號，t為調度時刻，為t調度時刻發電機i_G的有功功率，為t調度時刻發電機i_G提供的向上備用容量，為t調度時刻發電機i_G提供的向下備用容量，為t調度時刻發電機i_G的無功功率，i為節點編號，為t調度時刻節點i上注入的有功功率，為t調度時刻節點i上注入的無功功率，為t調度時刻節點i的電壓幅值，為t調度時刻節點i的電壓相角，j為與節點i相連的節點編號，為節點i與節點j之間的電力線路中t調度時刻的電流，為t調度時刻節點i處負荷的有功功率，為t調度時刻節點i處負荷的無功功率，L_i,t為t調度時刻節點i的電壓穩定指標；

(1-2)建立發電機有功功率的約束：

式中，為發電機i_G有功功率的下限，為發電機i_G有功功率的上限，I^G為所有發電機構成的集合，T為總的調度時刻數目；

(1-3)建立發電機備用容量和爬坡速率的約束：

式中，為t+1調度時刻發電機i_G的有功功率，為t+1調度時刻發電機i_G提供的向上備用容量，為發電機i_G的向下爬坡速率，為發電機i_G的向上爬坡速率；

(1-4)建立發電機無功功率的約束：

式中，為發電機i_G無功功率的下限，為發電機i_G無功功率的上限；

(1-5)建立電力系統潮流的約束：

式中，I^B為電力系統中所有母線的集合，為t調度時刻節點j的電壓幅值，為電網節點導納矩陣Y中第i行、第j列元素的實部，為電網節點導納矩陣Y中第i行、第j列元素的虛部，電網節點導納矩陣Y從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲取，為節點i與節點j之間t時刻電壓相角的差值；

(1-6)建立線路容量的約束：

式中，為節點i與節點j之間的電力線路中電流的上限；

(1-7)建立節點電壓幅值和電壓相角的約束：

式中，為節點i電壓幅值的下限，為節點i電壓幅值的上限，為節點i電壓相角的下限，為節點i電壓相角的上限；

(1-8)建立節點注入的有功功率和無功功率的約束：

式中，為t調度時刻節點i處切除負荷的有功功率，為連接在節點i上的所有發電機構成的集合，i_W為風電場的編號，為連接在節點i上的所有風電場構成的集合，為t調度時刻風電場i_W的有功功率，為t調度時刻節點i切除負荷的無功功率；

(1-9)建立切除負荷的有功功率的約束：

(1-10)建立負荷有功功率、無功功率與電壓幅值的約束：

式中，為t調度時刻節點i在額定電壓下的有功功率，為額定電壓，和為節點注入有功功率模型中的二次系數、一次系數和常數項，為t調度時刻節點i在額定電壓下的無功功率，為t調度時刻節點i上投入的無功補償裝置容量，和為節點注入無功功率模型中的二次系數、一次系數和常數項；

(1-11)建立電壓穩定指標的范圍約束：

L_i,t≤L^max,i∈I^B,t∈[1,T]

式中；θ^G表示接有發電機的節點的集合，F_ij為混合參數矩陣的子矩陣，L^max電壓穩定指標的上限；

(1-12)建立風電場有功功率和棄用的有功功率的約束：

式中，為t調度時刻風電場i_W有功功率的預測值，為t調度時刻風電場i_W棄用的有功功率，I^W為所有風電場構成的集合；

(1-13)建立電力系統總向上備用容量和總向下備用容量的約束：

式中，為t調度時刻節點i處的電壓敏感負荷提供的向上備用容量，為t調度時刻節點i處的電壓敏感負荷提供的向下備用容量，r_t^sys,u為t調度時刻電力系統需要的總向上備用容量，r_t^sys,d為t調度時刻電力系統需要的總向下備用容量；

(1-14)建立電壓敏感負荷的備用容量約束：

式中，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i處負荷的有功功率變化量，電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i的電壓幅值變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i處負荷的有功功率變化量，電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i的電壓幅值變化量；

(2)建立電壓敏感負荷調節范圍評估模型：

(2-1)建立電壓敏感負荷提供向上備用容量時電力系統中調節變量的調節范圍模型：

(2-1-1)建立電壓敏感負荷提供向上備用容量時電力系統中調節變量集合Ω^Δ′：

式中，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻發電機i_G的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻發電機i_G的無功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i上注入的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i上注入的無功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i的電壓幅值變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i的電壓相角變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時節點i與節點j之間的電力線路中t調度時刻的電流變化量，ΔL_i,t′為電壓敏感負荷提供向上備用容量時節點i的電壓穩定指標變化量；

(2-1-2)建立各個節點上注入的有功功率變化量、無功功率變化量、電壓幅值變化量和電壓相角變化量之間的約束：

式中，ΔP_t^pf′為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻各個節點i上注入的有功功率變化量共同構成的列向量，ΔQ_t^pf′為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻各個節點i上注入的無功功率變化量共同構成的列向量，Δδ_t^pf′為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻各個節點i的電壓相角變化量共同構成的列向量，ΔU_t^pf′為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻各個節點i的電壓幅值變化量共同構成的列向量，J^pf為潮流方程雅克比矩陣，J^pf從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲??；

(2-1-3)建立各個節點上注入的有功功率變化量和無功功率變化量的約束：

式中，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i處負荷的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向上備用容量時t調度時刻節點i處負荷的無功功率變化量；

(2-1-4)建立電力線路中電流變化量的約束方程：

式中，U^pf為電壓幅值，為對電壓幅值的靈敏度，從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲取，δ^pf為電壓相角，為對電壓相角的靈敏度，從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲??；

(2-1-5)建立電壓幅值和電壓相角的約束：

(2-1-6)建立發電機有功功率和無功功率的約束：

(2-1-7)建立負荷有功功率變化量和無功功率變化量的約束：

(2-1-8)建立電壓穩定指標約束方程：

L_i,t+ΔL_i,t′≤L^max

式中，為電壓穩定指標對電壓幅值的靈敏度，從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲取；為電壓穩定指標對電壓相角的靈敏度，從電-熱耦合多能流系統的能量管理系統中獲??；

(2-2)建立電壓敏感負荷提供向下備用容量時電力系統中調節變量的調節范圍模型：

(2-2-1)建立電壓敏感負荷提供向下備用容量時電力系統中調節變量集合Ω^Δ″：

式中，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻發電機i_G的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻發電機i_G的無功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i上注入的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i上注入的無功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i的電壓幅值變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i的電壓相角變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時節點i與節點j之間的電力線路中t調度時刻的電流變化量，ΔL_i,t″為電壓敏感負荷提供向下備用容量時節點i的電壓穩定指標變化量；

(2-2-2)建立各個節點上注入的有功功率變化量、無功功率變化量、電壓幅值變化量和電壓相角變化量之間的約束：

式中，ΔP_t^pf″為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻各個節點i上注入的有功功率變化量共同構成的列向量，ΔQ_t^pf″為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻各個節點i上注入的無功功率變化量共同構成的列向量，Δδ_t^pf″為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻各個節點i的電壓相角變化量共同構成的列向量，ΔU_t^pf″為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻各個節點i的電壓幅值變化量共同構成的列向量；

(2-2-3)建立各個節點上注入的有功功率變化量和無功功率變化量的約束：

式中，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i處負荷的有功功率變化量，為電壓敏感負荷提供向下備用容量時t調度時刻節點i處負荷的無功功率變化量；

(2-2-4)建立電力線路中電流變化量的約束：

(2-2-5)建立電壓幅值和電壓相角的約束：

(2-2-6)建立發電機有功功率和無功功率約束：

(2-2-7)建立負荷有功功率變化量和無功功率變化量的約束：

(2-2-8)建立電壓穩定指標約束方程：

L_i,t+ΔL_i,t″≤L^max

(3)建立電力系統調度的優化目標：

minF^G(P_t^G,r_t^G,u,r_t^G,d)+F^P(P_t^wd,P_t^lc)-F^B(P_t^L)

式中，P_t^G為電力系統中所有發電機的有功功率構成的列向量，r_t^G,u為電力系統中所有發電機提供的向上備用容量構成的列向量，r_t^G,d為電力系統中所有發電機提供的向下備用容量構成的列向量，F^G(P_t^G,r_t^G,u,r_t^G,d)為電力系統中所有發電機提供有功功率和備用容量的成本，P_t^wd為電力系統中所有風電場棄用的有功功率構成的列向量，P_t^lc為電力系統中所有切負荷的有功功率構成的列向量，F^P(P_t^wd,P_t^lc)為電力系統棄風和切負荷的成本，P_t^L為電力系統中所有電負荷有功功率構成的列向量，F^B(P_t^L)為電力系統售電收益；

(4)將步驟(1)中建立的電力系統基態運行點模型、步驟(2)中建立的電壓敏感負荷調節范圍評估模型和步驟(3)中建立的電力系統調度的優化目標共同構成一個考慮電壓敏感負荷備用的電力系統調度的優化模型，采用內點法求解該優化模型，得到電力系統的調度參數，包括：發電機i_G的有功功率發電機i_G的無功功率節點i處負荷的有功功率以及節點i處負荷的無功功率實現考慮電壓敏感負荷備用的電力系統調度。