[发明专利]一种交直流互联电网的经济调度方法

摘要

本发明提出一种交直流互联电网的经济调度方法，属于电力系统经济调度领域。该方法首先构建由目标函数和约束条件构成的交直流互联电网的经济调度的最优潮流模型，并将该模型转化为换流变分接头档位固定的交直流互联电网的最优潮流连续模型并求解；利用最优潮流连续模型的最优解作为初值，将表征换流变分接头档位的整数恢复为变量，建立换流变分接头档位待优化的交直流互联电网的最优潮流混合整数模型并求解；最后通过恢复交流可行性，得到得到交直流互联电网的经济调度方案。本发明把交直流互联电网的建模和求解转化为混合整数非线性优化问题，并给出迭代计算框架，利用本发明方法能够得到经济可行的调度方案。

主权项

1.一种交直流互联电网的经济调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)构建交直流互联电网的经济调度的最优潮流模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：1‑1)确定模型的目标函数，表达式如下：其中，P_g为机组g的有功出力，Q_g为机组g的无功出力，为机组集合；和分别为P_g和Q_g的成本函数；1‑2)确定模型的约束条件；具体如下：首先假设模型第k次迭代的初值为：其中，表示交流输电网及换流站交流侧所有节点的集合，表示直流输电网及换流站直流侧所有节点的集合，k为迭代次数，k＝1，2，3...；其中，当k＞1时，v_i，k‑1和θ_i，k‑1分别为第k‑1次迭代得到的交流输电网及换流站交流侧中节点i的电压幅值和相角，为第k‑1次迭代得到的直流输电网及换流站直流侧中节点i的电压幅值；当k＝1时，初值通过冷启动得到；冷启动时，1‑2‑1)线路潮流约束；1‑2‑1‑1)交流输电网线路潮流约束；其中，P_ij和Q_ij分别为交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)的有功潮流和无功潮流，为交流输电网及换流站交流侧所有线路的集合；v_i表示交流输电网及换流站交流侧节点i的电压幅值，θ_i表示交流输电网及换流站交流侧节点i的相角；v_ij为交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)首末节点的电压幅值差，满足v_ij＝v_i‑v_j；θ_ij为交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)首末节点的相角差，满足θ_ij＝θ_i‑θ_j；和为第k次迭代有功平衡系数，计算表达式分别如(10)和(11)所示；和为第k次迭代无功平衡系数，计算表达式分别如(12)和(13)所示；表示电压幅值对网损影响，满足如下约束：其中，v_ij，k‑1为第k‑1次迭代得到的交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)的电压幅值差；式(4)和(5)中涉及到的系数计算表达式如下：1‑2‑1‑2)直流输电网线路潮流约束；其中，为直流输电网及换流站直流侧线路(i，j)的有功潮流，为直流输电网及换流站直流侧线路的集合，为直流输电网及换流站直流侧线路(i，j)的电阻；1‑2‑2)节点功率平衡约束；交流输电网节点功率平衡约束：其中，P_i表示交流输电网及换流站交流侧节点i处的有功功率，Q_i表示交流输电网及换流站交流侧节点i处的无功功率；表示交流输电网及换流站交流侧与节点i相连的机组集合；P_d，i表示交流输电网及换流站交流侧节点i的有功负荷，Q_d，i表示交流输电网及换流站交流侧节点i的无功负荷；表示交流输电网及换流站交流侧与节点i通过线路相连的所有线路的集合；g_ii表示交流输电网及换流站交流侧节点i的接地电导，b_ii表示交流输电网及换流站交流侧节点i的接地电纳；直流输电网络节点功率平衡约束：其中，表示直流输电网及换流站直流侧节点i处的有功功率；1‑2‑3)电网运行约束；1‑2‑3‑1)线路潮流约束：交流输电网线路潮流约束：直流输电网线路潮流约束：其中，为交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)对应的潮流复功率上限；为直流输电网及换流站直流侧线路(i，j)对应的有功潮流上限；1‑2‑3‑2)机组有功出力和无功出力的上下限约束；其中，P_g，max和P_g，min分别表示机组g有功出力上限和下限；Q_g，max和Q_g，min分别表示机组g无功出力上限和下限；1‑2‑3‑3)节点电压幅值约束：其中，v_i，max表示交流输电网及换流站交流侧节点i电压幅值上限，v_i，mim表示交流输电网及换流站交流侧节点i电压幅值下限；表示直流输电网及换流站直流侧节点i电压幅值上限，表示直流输电网及换流站直流侧节点i电压幅值下限；1‑2‑4)柔性直流输电换流站约束；交直流侧电压耦合约束：其中，v_f为换流站交流侧节点f的电压幅值，为换流站直流侧节点r的电压幅值；在换流站交流侧原有节点f靠近直流侧的一端增加一个虚拟节点记为节点h，产生一条虚拟支路记为(f，h)；换流站有功损耗通过下式计算：其中，I_c为换流站阀电流，c_c、b_c、a_c分别为基于阀电流的二次、一次系数及常数项；加入虚拟支路后，换流站有功损耗转移到虚拟支路(f，h)上的电阻，设其值为c_c，k，电阻c_c，k通过如下公式计算得到：其中，I_c，k‑1表示第k‑1次迭代得到的换流站的阀电流；交直流互联电网有功耦合约束：P_AC，k+P_DC＝‑a_c，k    (29)其中，P_AC，k为换流站交流侧虚拟支路(f，h)的第k次迭代有功潮流，P_DC为换流站直流侧节点r第k次迭代流出的直流有功潮流；第k次迭代常数项a_c，k通过如下公式计算得到：其中，I_c，k‑1基于上次迭代结果k＞1时或冷启动k＝1时，通过下式计算得到：换流站容量约束：其中，表示换流站复功率的标幺值，m_c表示一个大于0小于1的比率数；表示换流站阀电流最大值；Q_AC和P_AC分别为注入换流站交流侧节点f的无功潮流和有功潮流；换流变一次、二次侧电压耦合约束：z_m≥z_m+1，m＝1，2，...，nt‑1    (38)其中，v_d为换流站交流侧节点d的电压幅值，即换流变一次侧电压幅值；换流变二次侧电压幅值用辅助变量v_LTC表示；换流变有载调压变压器分接头待选值为{t₀，t₁，t₂，...，t_nt}，整数变量{z₁，z₂，...，z_nt}表示换流变有载调压变压器的运行状态；表示的取值；k＝1时，换流变分接头档位固定，即有载调压变压器对应运行状态给定，取将模型转化为换流变分接头档位固定的交直流互联电网的最优潮流连续模型；2)对换流变分接头档位固定的交直流互联电网的最优潮流连续模型进行求解；具体步骤如下：2‑1)令当前迭代次数为k，迭代求解最优潮流连续模型后，得到第k次迭代后的当前模型最优解，包括：交流输电网及换流站交流侧节点的电压幅值和相角直流输电网及换流站直流侧节点的电压幅值以及机组有功和无功出力2‑2)在每次迭代中，分别检验如下所示的交流输电网和直流输电网潮流方程误差：其中，P_ij，k和Q_ij，k分为交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)基于降阶交流网络近似的有功潮流和无功潮流；将当前模型最优解中代入非线性的交流潮流方程：得到交流输电网及换流站交流侧线路(i，j)的有功潮流P_ij和无功潮流Q_ij；为第k次迭代后直流输电网及换流站直流侧线路(i，j)基于降阶直流网络近似的有功潮流，将当前模型最优解中代入非线性的直流潮流方程：得到直流输电网及换流站直流侧线路(i，j)的有功潮流查看交流输电网及换流站交流侧每条线路的交流电网潮流方程误差和直流输电网及换流站直流侧每条线路的直流电网潮流方程误差是否均小于预设误差阈值Δ_max并判定：若所有线路潮流方程误差均小于Δ_max，则在换流变分接头档位固定的情况下，交直流互联电网的最优潮流连续模型收敛，步骤2‑1)得到的模型当前最优解即为换流变分接头档位固定的交直流互联电网的最优潮流连续模型的最优解，该最优解同时也是步骤1)建立的原模型的当前最优解；查看求解过程中之前是否进入过步骤3)：若没有，则转入步骤3)，否则转入4)；若存在线路潮流方程误差不小于Δ_max，则在换流变分接头档位固定的情况下，交直流互联电网的最优潮流连续模型不收敛，令k＝k+1，将第k次迭代的模型当前最优解中作为初值更新潮流方程约束，保持表征有载调压变压器运行状态的整数{z₁，z₂，...，z_nt}取值不变，重新返回步骤1)，进行下一次迭代；3)建立换流变分接头档位待优化的交直流互联电网的最优潮流混合整数模型并求解；具体步骤如下：3‑1)将步骤2)中得到的步骤1)建立的原模型的当前模型最优解中交流输电网及换流站交流侧电压幅值和相角以及直流输电网及换流站直流侧电压幅值作为模型初值更新潮流方程约束；将表征换流变分接头档位的整数{z₁，z₂，...，z_nt}恢复为变量，将步骤1)建立的模型转化为换流变分接头档位待优化的交直流互联电网的最优潮流混合整数模型；3‑2)求解步骤3‑1)得到的混合整数模型，得到混合整数模型的最优解，包括：交流输电网及换流站交流侧节点的电压幅值和相角直流输电网及换流站直流侧节点的电压幅值以及机组有功和无功出力以及表征有载调压变压器运行状态的整数{z₁，z₂，...，z_nt}；3‑3)重复步骤2‑2)，检验交流电网和直流电网潮流方程误差和是否均小于预设误差阈值Δ_max并判定：若是，则步骤3‑1)建立的混合整数模型收敛，步骤3‑2)得到的模型当前最优解即为换流变分接头档位待优化的交直流互联电网的最优潮流混合整数模型的最优解，同时更新该最优解为步骤1)建立的原模型的当前最优解，进入步骤4)；否则将步骤3‑2)得到模型当前最优解中作为初值更新潮流方程约束，用整数解{z₁，z₂，...，z_nt}固定模型中换流变有载调压变压器运行状态的整数变量，重新返回步骤1)；4)恢复交流可行性，得到交直流互联电网的经济调度方案；具体步骤如下：4‑1)固定直流输电网端电压，根据式(43)计算直流输电网中线路上的潮流；根据式(19)计算直流输电网注入交流输电网的有功功率P_DC；4‑2)根据式(31)计算换流站阀电流；根据式(27)计算换流站有功损耗4‑3)根据下式计算交流输电 网接收到的有功功率P_AC；将换流站交流侧节点设置为PQ节点，执行交流系统的潮流计算：执行潮流计算前需要固定的特定变量包括：参考节点的v和θ；PQ节点的P和Q；PV节点的P和v；基于上述输入条件，执行交流潮流计算；在得到的解中，如果存在机组无功越限，则固定该机组的无功出力，将节点类型转化为PQ节点，并重新执行交流潮流计算；最终，得到交流可行的最优潮流解；4‑4)根据步骤4‑3)的潮流计算结果更新阀电流取值并进行判定，得到交直流互联电网的经济调度方案；若阀电流取值与未恢复可行性前计算得到的阀电流取值误差大于设定的电流误差阈值ΔI_max，则统计约束越限情况，包括：式(24)、(25)对应的电压幅值约束，式(20)对应的交流网络潮流复功率约束，以及(21)对应的直流网络有功潮流约束，通过收紧运行约束处理潜在的约束越限，收紧比率＝α×越限比率，α为给定系数，对越限的约束进行校正，并将步骤1)建立模型的当前最优解中作为初值更新潮流方程约束，保持表征有载调压变压器运行状态的整数{z₁，z₂，...，z_nt}取值不变，重新返回步骤1)；若阀电流取值与未恢复可行性前计算得到的阀电流取值误差小于等于设定的电流误差阈值Δl_max，则输出模型当前最优解为步骤1)建立模型的最优解，得到包含所有节点电压幅值、交流输电网和换流站交流侧电压相角、机组有功出力、无功出力、换流变有载调压变压器运行状态在内的一整套交直流互联电网的经济调度方案。