[发明专利]一种基于分步求解的黑启动分区方法

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1.一种基于分步求解的黑启动分区方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：建立黑启动分区的完整模型；

步骤S2：基于电气距离对待启动机组分区，同时保证各分区发电功率的均衡性；

步骤S3：基于潮流追踪理论对负荷节点进行划分，并保证分区不平衡功率满足要求；

所述步骤S1具体包括以下内容：

假设电力系统中有n个黑启动电源，第i分区的待启动机组集合为ng_i、负荷集合为nl_i，电力系统总的待启动机组数为N_g，电力系统总的待供电负荷数为N_l；电力系统最优分区的目标函数为：

式中[z_1,i,z_2,i,...,z_n,i]表示第i台待启动机组是否属于某个黑启动机组的0-1变量向量，z_j,i＝1 or 0，1≤j≤n，分别表示第i台待启动机组属于或不属于i台黑启动机组所在的分区；[d_1,i,d_2,i,...,d_n,i]表示第i台待启动机组到各个黑启动电源的电气距离；α,β,γ分别表示权重系数；Λ表示分区之间的所有联络线集合，P_l第l条联络线传输功率；

相应的约束条件如下：

机组归属约束：

z_1,i+z_2,i+...+z_n,i＝1,i∈{1,2,...,n} (1b)

该约束表明任一台发电机只能属于其中一个黑启动机组所在分区；

机组启动功率约束：

对于分区i，其待恢复机组中至少一台机组的启动功率要小于黑启动机组额定输出功率的70％即：

式中：表示分区i中的黑启动机组额定功率；表示分区i中第j台待恢复机组所需的启动功率，j∈ng_i，i＝1,2,…,n；

机组最小出力约束：

为了保证机组的稳定运行，各分区中已恢复机组其出力应大于其最小出力，相应地，约束条件为：

式中代表第j台待恢复机组的最小出力；P_L,j代表第j个负荷需求；

分区功率平衡约束：

各个分区的发电机额定出力应尽可能与其负荷相匹配，相应地，约束条件为：

其中，d为允许的分区功率不平衡量；

所述步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：输入电网数据，确定黑启动电源；

步骤S22：计算待启动机组到各分区集合电气距离，得到初步的分区结果；

步骤S23：判断各分区中是否存在机组不满足约束公式(1d)，若存在则执行步骤S24；否则，调整该机组分区归属后继续执行步骤S23；

步骤S24：判断分区发电功率是否平衡，若平衡，则执行步骤S3；否则，调整该机组分区结果后继续执行步骤S24；

所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：根据潮流追踪理论计算各负荷节点对各分区的功率汲取，得到负荷初步分区结果；

步骤S32：计算各分区功率不平衡量；

步骤S33：判断功率不平衡是否满足约束，若是，则输出最终的分区结果；否则，调整边界节点的分区归属后返回步骤S32；

所述步骤S22具体包括以下步骤：

步骤S221：令，i＝1；ng_j＝{B_j}，j＝1,2,...,n；

步骤S222：对于第i台待启动发电机g_i，i＝1,..,N_g，计算其到任一机组分区集合ng_j，j＝1,2,...,n中所有发电机的电气距离d_j,i,k，j＝1,..,n；i＝1,2,...,N_g；k∈ng_j；把g_i分入与相对应的集合ng_j；通过迪杰斯特拉算法搜索源节点到目标节点的一条最短路径，所述电气距离d_j,i,k为该最短路径上所有线路电抗值之和；

步骤S223：i++，若i＞n,则执行步骤S23；否则，执行步骤S22；

所述步骤S23的具体内容为：检查集合ng_i，i＝1,2,...,n中是否存在一个机组其启动功率满足约束公式(1c)；若均存在，则执行步骤S24；否则，若集合ng_i不满足，在其临近的分区中根据电气距离寻找一个机组，加入ng_i，i＝1,2,...,n中，用以使得公式(1c)得到满足；重复进行上述操作，直到所有的分区中均有一个机组使得公式(1c)得到满足；

所述步骤S24的具体内容为：

进行各分区ng_i，i＝1,2,...,n机组的调整；进行如下计算：

其中，表示第ng_i集合机组的总额定出力；P_U为分区集合的平均额定出力；

然后进行如下步骤的操作：

步骤SA：选择总额定出力小于(1-α)P_U及大于(1+α)P_U的分区，令ng_i'，i'＝1,2,...,n'表示出力总额定出力小于(1-α)P_U的分区，令ng_i”，i″＝1,2,...,n″表示总额定出力大于(1+α)P_U的分区，将两种分区一并归入机组出力不平衡集合

步骤SB：对于中总额定出力小于(1-α)P_U的分区ng_i'，i'＝1,2,...,n'，在其临近分区但不能是存在于中，且已被剔除的小于(1-α)P_U的分区中，依照电气距离由小到大的顺序选取相应的机组归入分区ng_i'中，直到分区ng_i'中的总额定出力大于(1-α)P_U，并将分区ng_i'从中剔除；根据式(1)及(2)更新和P_U，相应对进行更新；

步骤SC：对于中,总额定出力大于(1+α)P_U的分区ng_i”，i″＝1,2,...,n″，依照电气距离由小到大的顺序，将相应的机组归入其临近分区但不能是初始中，且已被剔除的大于(1+α)P_U的分区中，直到分区ng_i”中的总额定出力小于(1+α)P_U，完成后将该分区从中剔除，根据式(1)及(2)更新和P_U，相应对进行更新；直到时，完成机组分区的调整；

所述步骤S31的具体内容为：

进行有向通路的搜索：从任一发电机节点开始，顺着潮流流动方向，搜索到任一负荷节点的所有路径，相应地完成了任一发电机节点到所有负荷节点的路径，以及任一负荷到所有发电机节点的路径；

计算任一负荷分别由不同机组的供电功率，其步骤如下：

步骤Sa：发电机节点G_i到负荷节点L_j有p条有向通路，由下式求取第k条有向通路的功率汲取：

其中，代表发电机G_i到负荷节点L_j的第k条有向通路的功率汲取,该路径由m个节点组成，通路首端为发电机节点，末端为负荷节点，P_i,G为发电机的有功出力，代表路径k上第s个节点到第s+1个节点线路功率，代表路径k上第s个节点的有功功率流入量，代表路径k上最后一个节点的有功负荷；

相应地，负荷节点对发电机G_i的有功汲取为：

其中，代表负荷节点L_j负荷总需求中由发电机G_i供电部分的功率；

步骤Sb：根据步骤Sa的计算过程，计算L_j从其余发电机G_s,s＝1,2,...,N_g,s≠i分别汲取的功率，并计为

步骤Sc：重复步骤Sa及步骤Sb，求得所有负荷分别从所有发电机所汲取的功率值；

基于上述潮流追踪理论计算过程，将待分负荷分到各个分区的具体步骤如下：

步骤1：在正常运行方式下，计算一次电力系统的潮流；

步骤2：j＝0，其中j表示不同负荷，对应L_j；集合nl_i＝φ,i＝1,2,...,n；

步骤3：对于负荷L_j，根据上述潮流追踪理论，求取其从各机组所汲取的功率

步骤4：根据各个发电机分区ng_i,i＝1,2,...,n中的发电机，及计算各个分区向负荷L_j供电功率，并记为

步骤5：根据把负荷L_j分到相应的分区nl_i，即nl_i:＝nl_i+{j}；

步骤6：j++；若jN_l,负荷分区结束；否则，返回步骤3；

计算各分区功率不平衡量，判断功率不平衡是否满足约束的具体内容为；计算各个分区的发电及负荷需求之间的功率不平衡量，即：

找出|P_Δ,i|＞d的分区：

令，集合对于集合A中的分区，按照功率不平衡量的由大到小进行排序，然后进行如下操作：选取目前集合A中，功率不平衡量最大的分区t′_i，max，并依照电气距离由小到大的顺序将其区域边界的负荷归入其临近分区但不能是初始集合A中，且已被剔除的分区中，直到该分区的功率不平衡P_Δ,i大小满足|P_Δ,i|≤d，完成后将该分区从A中剔除，根据式进行计算，对集合A进行更新；直到A＝φ时，完成调整；对集合B中的分区，按照功率不平衡量的由大到小进行排序，然后进行如下操作：选取目前集合B中，功率不平衡量最大的分区t″_i，max，在其临近分区但不能选取存在于初始集合B中，且已被剔除的分区中，依照电气距离由小到大的顺序选取相应的负荷归入分区t′_i中，直到该分区的失配量P_Δ,i大小满足|P_Δ,i|≤d，完成后将该分区从B中剔除，根据式进行计算，对集合B进行更新,直到B＝φ时，完成调整。