[发明专利]用于电力系统控制的电解铝和自备机组鲁棒等值建模方法

摘要

发明涉及用于电力系统控制的电解铝和自备机组鲁棒等值建模方法，属于电力系统运行和控制技术领域。首先对含电解铝设备和自备机组高载能企业中的自备机组运行约束和电解铝设备约束进行建模，然后对高载能企业等值模型的参数变量进行建模，进而对等值模型的交换功率约束进行建模，最终形成求解含电解铝设备和自备机组高载能企业等值模型中参数变量的两阶段鲁棒优化模型，并用改进列生成方法进行求解。本方法解决了含电解铝设备和自备机组的高载能企业参与电力系统调度消纳新能源时的隐私保护问题，为含电解铝设备和自备机组的高载能企业参与新能源消纳提供了基础。

主权项

一种用于电力系统控制的电解铝和自备机组鲁棒等值建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对高载能企业中的自备机组进行建模，具体过程如下：(1‑1)设第i台自备机组的有功功率变量为i＝1,2,...,Ng，k＝1,2,...,24，Ng为自备机组的数量，Gen为自备机组变量上标，自备机组的有功功率出力范围表示为如下约束不等式：PminGen,i≤PkGen,i≤PmaxGen,i]]>其中为第i台自备机组的有功功率下限，为第i台自备机组的有功功率上限，和由自备机组的生产厂家给定；(1‑2)设第i台自备机组的上爬坡率为下爬坡率为i＝1,2,...,Ng，和由自备机组的生产厂家给定，根据步骤(1‑1)中所述的自备机组有功功率自备机组的有功功率爬坡限制表示为约束不等式：-RdownGen,i≤PkGen,i-Pk-1Gen,i≤RupGen,i]]>其中i＝1,2,...,Ng，k＝1,2,...,24；(1‑3)将满足上述步骤(1‑1)和步骤(1‑2)约束不等式的第i台自备机组的有功功率i＝1,2,...,Ng，k＝1,2,...,24的所有可能取值表述为集合ΩGen，对于表示从属于集合ΩGen的有功功率变量取值，均满足上述步骤中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(2)对高载能企业中的电解铝设备进行建模，具体过程如下：(2‑1)设电解铝设备的状态变量为k＝1,2,...,24，时表示电解铝设备在k时刻没有进行功率调节，时表示电解铝设备在k时刻进行了功率调节，EA为电解铝设备上标，将电解铝设备的最小调节后维持时间对电解铝设备生产的限制表示为如下约束不等式：其中，对于任意以下不等式均成立由电解铝设备的操作人员设定；(2‑2)根据步骤(2‑1)中的约束不等式，将满足上述约束不等式的电解铝状态变量k＝1,2,...,24的所有可能取值表述为集合ΒEA，表示从属于集合ΒEA的电解铝状态变量取值，均满足上述步骤(2‑1)中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(2‑3)设电解铝设备的负荷有功功率变量为k＝1,2,...,24，由电解铝设备的操作人员设定电解铝设备的有功功率上爬坡率和电解铝设备的有功功率下爬坡率将电解铝设备的有功功率爬坡约束限制表述为如下约束不等式：-RdownEA≤PkEA-Pk-1EA≤RupEA]]>(2‑4)由电解铝设备的操作人员设定电解铝设备有功功率上限为和电解铝设备的有功功率下限为根据步骤(2‑3)中电解铝设备的负荷有功功率变量为k＝1,2,...,24，得到电解铝设备的有功功率上、下限约束的不等式为：PminEA≤PkEA≤PmaxEA]]>(2‑5)根据上述步骤(2‑3)中电解铝设备的负荷有功功率变量为k＝1,2,...,24，和步骤(2‑1)中电解铝设备的状态变量为k＝1,2,...,24，将电解铝设备有功功率变化和电解铝设备状态变量取值间的逻辑约束表述为如下约束不等式：-M(1-xkEA)≤PkEA-Pk-1EA≤M(1-xkEA)]]>其中M＝99999；(2‑6)根据步骤(2‑3)中电解铝设备的负荷有功功率变量k＝1,2,...,24，以及步骤(2‑4)中电解铝设备的有功功率下限将电解铝设备有功功率与电解铝产量之间的数学关系表述为如下约束不等式：cminEA≤[ηbasicEAΣkPminEA+ηextraEAΣk(PkEA-PminEA)]≤cmaxEA]]>其中，为电解铝设备的设定最小产量，为电解铝设备的设定最大产量，为电解铝设备最小负荷有功功率与电解铝设备产量间的系数，为电解铝设备有功功率变量和电解铝设备最小有功功率的差值与电解铝设备产量间的系数，上述四个参数和均由电解铝设备的操作人员设定；(2‑7)将满足上述步骤(2‑3)、步骤(2‑4)、步骤(2‑5)和步骤(2‑6)中约束不等式的电解铝有功功率变量k＝1,2,...,24的所有可能取值表述为集合ΩEA，对于表示从属于集合ΩEA的电解铝有功功率变量取值，均满足上述步骤中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(3)建立高载能企业中电解铝设备和自备机组的等值模型，具体过程如下：(3‑1)设等值模型中的有功功率变量为k＝1,2,...,24，电解铝设备和自备机组的等值模型中的有功功率变量的上、下限、爬坡限制表述为如下约束不等式：P‾Vir≤PkD≤P‾Vir]]>-RdownVir≤Pk+1D-PkD≤RupVir]]>其中，PVir为电解铝设备和自备机组的等值模型的有功功率出力上限变量，为电解铝设备和自备机组的等值模型的有功功率出力下限变量，为电解铝设备和自备机组的等值模型的有功功率出力上爬坡率，为电解铝设备和自备机组的等值模型的有功功率出力下爬坡率；(3‑2)约束不等式的有功功率变量k＝1,2,...,24的所有可能取值表述为集合表示从属于集合的有功功率变量取值，均满足上述步骤中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(3‑3)设定上述步骤(3‑1)中电解铝设备和自备机组的等值模型的有功功率出力上限变量PVir、有功功率出力下限变量有功功率出力上爬坡率变量和有功功率出力下爬坡率变量的取值范围，取值范围的约束不等式表述为：PVir≥P0P‾Vir≤P‾0]]>-RdownVir≤Rdown0]]>RupVir≤Kup0]]>其中参数P0,均由高载能企业的操作人员设定；(3‑4)将满足步骤(3‑3)中约束不等式的等值模型有功功率出力上限变量PVir、有功功率出力下限变量有功功率出力上爬坡率变量和有功功率出力下爬坡率变量的所有可能取值表述为集合ΩVir，表示从属于集合的变量PVir,取值，均满足上述步骤中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(4)建立含电解铝设备和自备机组的高载能企业与外部电力系统的功率交换模型，具体过程如下：(4‑1)根据上述步骤(1‑1)中第i台自备机组的有功功率变量i＝1,2,...,Ng，k＝1,2,...,24，上述步骤(2‑3)中电解铝设备的负荷有功功率变量k＝1,2,...,24，以及上述步骤(3‑1)中等值模型的有功功率变量k＝1,2,...,24，建立高载能企业与外部电力系统的功率交换约束等式：PkD=ΣiPkGen,i-(Pkd+PkEA)+vk+-vk-]]>其中，k＝1,2,...,24为高载能企业中除电解铝设备和自备机组外其他不可调用电负荷，由高载能企业操作人员和电力系统调度人员设定，k＝1,2,...,24为有功功率变量与高载能企业总有功功率间的上偏差变量，即自备机组发电总有功功率减去电解铝设备和不可调负荷总用电有功功率之和，k＝1,2,...,24为有功功率变量与高载能企业总有功功率间的下偏差变量；(4‑2)将满足步骤(4‑1)中约束等式的第i台自备机组的有功功率变量电解铝设备的负荷有功功率变量等值模型有功功率取值与实际控制值间的上偏差变量等值模型有功功率取值与实际控制值间的下偏差变量的所有可能取值表述为集合ΩBalance，表示从属于集合ΩBalance的变量取值，均满足步骤(4‑1)中的约束不等式，为任意取值，∈为从属于集合；(5)根据步骤(1‑3)中所述集合ΩGen，步骤(2‑2)中所述集合ΒEA，步骤(2‑7)中所述集合ΩEA，步骤(3‑2)中所述集合步骤(3‑4)中所述集合ΩVir，步骤(4‑2)中所述集合ΩBalance，步骤(3‑1)中所述四个变量PVir、以及步骤(4‑2)中所述两个变量建立用于电力系统控制的电解铝和自备机组鲁棒等值模型如下：miny∈Ωycy+maxu∈Ωu(y*)minx∈Ωx(y*,u)dx]]>Ωy＝ΒGen∪ΒEA∪ΩVirΩx(y*,u)＝ΩGen∪ΩEA∪ΩBalanceΩu(y*)=Ω~D]]>dx=Σk99999(v++v-)]]>cy=(-(P‾Vir-P‾Vir)-0.5RupVir-0.5RdownVir)]]>利用改进列生成方法，即求得含电解铝设备和自备机组的高载能企业的等值模型参数变量PVir、和的最优取值。