[发明专利]一种交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化方法

摘要

本发明公开了一种交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化方法，属于电力调度自动化技术领域，包括：获取动态经济调度优化基础数据；构建动态经济调度优化的主模型及多个时段的子模型，求解动态经济调度优化主模型，得到最优解，并将计算结果传递给各时段子模型；将主模型的最优解代入子模型作为已知条件构造子模型约束，并行计算校验各个子模型的优化目标，如果各子模型优化目标ω均为0，或达到迭代最大次数，将所得结果作为该交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化的最优解。本发明可用于优化含风电、火电的交直流互联电网日前发电计划，有效的提升了计算精度和计算效率，保障了发输电计划的安全性，具有重要的现实意义和良好的应用前景。

主权项

1.一种交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化方法，其特征在于，该方法采用奔德斯分解法协调风电的交直流互联电网的动态经济调度优化，该方法主要包括以下步骤：1)获取动态经济调度优化基础数据；2)根据动态经济调度优化基础数据构建动态经济调度优化的主模型及多个时段的子模型，其中，动态经济调度优化的主模型为考虑直流运行特性约束和电容/电抗器投切次数约束限制的多时段动态经济调度优化模型，子模型为各时段考虑交流潮流约束、直流稳态运行约束、双馈风机运行约束以及电容/电抗运行特性约束的最优潮流优化模型，并将相应迭代次数k置0；具体包括：2‑1)构建考虑直流运行特性约束和电容/电抗器投切次数约束限制的多时段动态经济调度优化主模型：主模型的目标函数表达式如式(1)所示：式中，为发电机组i在时段t的有功出力，为主模型优化变量；为发电机组i的发电成本函数，由基础数据中获得；T为优化总时段数；N_G为发电机组总数，由基础数据中获得；分别为电容、电抗器组u、v在时段t的投入标识变量，为0/1整数变量，其取值满足式(2)约束；N_C、N_L分别为并联电容、电抗器总组数；ξ为发电成本下限值的千分之一；δ_t≥0为该时段的网损松弛变量，为主模型优化变量；主模型约束条件包括如下：①电容/电抗器投切状态约束式中，分别为并联电容、电抗器组u、v在时段t的状态标识变量，为0/1整数变量，取0值表示该电容/电抗器组未投入，反之则代表投入；②系统负荷平衡约束式中，为风电场j在时段t的风电有功出力预测值，N_W为风电场个数；D_d,t为节点d在时段t的有功负荷，N_d为负荷节点总数，均由基础数据中获得；为直流线路k的功率，为主模型优化变量；N_K为接入系统的直流线路总数，由实际问题规模确定；K为整流器/换流器标志位，整流器取1，逆变器取‑1；δ_t≥0为该时段的网损松弛变量，为主模型优化变量；③线路有功潮流约束式中，分别为机组、负荷及直流换流器所在节点i、d、k对线路l的节点输出功率转移分布因子；f_l^max和f_l^min分别为线路l的有功潮流上、下限，由基础数据中获得；λ为调整系数；④机组出力及直流功率爬坡约束式中，分别为发电机组i的最大增出力速率、最大减出力速率限值；分别为直流线路k的最大允许上调速率、最大允许下调速率限值，均由基础数据中获得；⑤机组发电量约束式中，为机组i的日电量计划，可由基础数据中获得；β_i为相应机组的允许电量偏差比例；⑥直流传输电量约束式中，为直流线路k的直流输电日电量计划约束，由基础数据中获得；δ_k为直流线路k输电电量的允许偏差比例；⑦机组出力及直流功率上下限约束式中，分别为发电机组i的有功出力上、下限；分别为直流线路k的传输功率上、下限，均由基础数据中获得；⑧并联电容、电抗器日投切次数约束：式中，ZC、ZL分别为并联电容器电抗器日投入次数限制，由基础数据中获得；⑨火电机组运行特性约束，为常规基本约束；2‑2)构建各个时段考虑交流潮流约束、直流稳态运行约束、双馈风机运行约束以及电容/电抗运行特性约束的最优潮流优化子模型：子模型优化目标表达如式(12)所示：式中，为主、子模型间发电机组出力的偏差松弛变量；为主、子模型间直流传输功率的偏差松弛变量；为主、子模型间节点m上投入并联电容器的偏差松弛变量；为主、子模型间节点n上投入并联电抗器的偏差松弛变量；当ω＝0即满足主、子模型收敛性条件，否则子模型需要向主模型反馈修正约束条件；子模型的约束条件包括：①考虑风电接入的交直流互联电网潮流约束，根据基尔霍夫第一定律，建立交流潮流约束，描述交流电网中各控制变量和状态变量之间的约束关系，如式(13)、(14)所示：式中，分别为节点m上发电机组注入的有功、无功出力，为子模型优化变量；分别为节点m上的有功负荷和无功负荷，直接由基础数据中获得；分别为节点m上并联电容、电抗器的无功注入/输出，为子模型优化变量；V_m、V_n分别为节点m、n的节点电压幅值，θ_mn为节点m与节点n的相角差，为子模型优化变量；G_mn、B_mn分别为连接节点m和节点n线路的电导和电纳，由基础数据中获得；V_dk、I_dk、分别为接入节点m直流线路的换流变交流侧母线电压、电流及功率因数角，为子模型优化变量；若节点m与直流线路整流侧相连，则若节点m与直流线路逆变侧相连，则分别为节点m上双馈风机的有功和无功出力，为子模型优化变量，由式(15)确定：式中，分别为节点i上风电场内第e台风电机组的有功、无功出力，为节点m上风电场接入的并联风电机组台数；可依据风功率预测结果确定，由基础数据中获得；上、下限受变流器转子侧电流限制，由式(16)确定：式(16)中，省略了风电机组上标w，P_s为定子侧有功，I_rmax为转子侧电流限额；设双馈风机定子功率因数角为则风机定子有功、无功之间满足以下约束条件：结合式(16)、(17)，可得风机无功约束：其中，风机有功功率P_e由风功率预测确定，则根据式(18)风机无功功率Q_e主要由节点电压U_s和功率因数角决定，U_s和均为优化变量；上述风电的各变量、参量中，除Q_e、U_s和为子模型优化变量外，其余均为固定参数，可由基础数据中获得；②直流系统稳态运行约束Vdk‑kTkVt cosθdk+XckIdk＝0      (19)式中，k_Tk为换流变变比，θ_dk为换流器的控制角，为换流器功率因数，这些变量均为子模型优化变量，参与子模型优化求解；X_ck为换流变电抗，k_γ为常数；R_k为直流线路k的电阻，V_t为交流侧母线电压幅值，均由基础数据中交直流电网拓扑参数中获得；③主、子模型连接约束式(22)为主、子模型的直流传输功率偏差控制约束，其中为主模型求得最优直流线路有功传输功率；式(23)为主、子模型的发电机组有功出力偏差控制约束，其中为主模型求得最优解对应的节点i上所有发电机组有功出力之和；式(24)为主、子模型的并联电容、电抗器无功注入/输出偏差控制约束，依据主模型最优投切计划以及并联电容、电抗器单组容抗感抗计算得到，u∈m、v∈n分别表示并联在节点m和n上的电容、电抗器；④潮流限值约束上述所有潮流变量V_m、θ_mn、V_dk、I_dk、V_t、k_Tk、θ_dk均满足相应变量上、下限约束，均由电网公司调度中心能量管理系统及生产管理系统中获得；交流线路传输潮流约束采用支路有功注入约束方式如下：式中，为支路mn在节点m处的有功潮流注入，由“＝”右边的计算公式确定；为相应的注入限值，相应限值由调度中心生产管理系统中获得；模型建立后，迭代次数k清零；3)采用线性混合整数规划算法，求解动态经济调度优化主模型，得到主模型的最优解，并将计算结果传递给各时段子模型；4)采用非线性内点法并行计算求解各子模型；5)将主模型的最优解代入子模型作为已知条件构造子模型约束，并行计算校验各个子模型的优化目标ω是否为0，如果各子模型优化目标ω均为0，或达到迭代最大次数将所得结果作为该交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化的最优解，迭代流程结束，将所得结果发放给各机组作为交直流互联电网风、火协调动态经济调度优化方案；否则转步骤6)；6)如果所有子模型ω≠0或部分子模型ω≠0，根据奔德斯分解协调优化方法，构建所有优化目标不为0时段子模型的奔德斯反馈约束条件；7)将所述奔德斯反馈约束条件均反馈回主模型作为主模型新增的约束条件，迭代次数k＝k+1，返回步骤4)。