[发明专利]一种多时间尺度发电与备用联合优化方法

摘要

本发明提出一种多时间尺度发电与备用联合优化方法,该方法以电力系统运行备用由上调负荷备用、下调负荷备用以及旋转备用组成，从日前、日间、实时三个时间尺度逐级细化，层层递进精细模拟电力系统发电计划。本发明提出的多时间尺度发电与备用联合调度模型可以准确模拟大型电力系统规划项目，计算得到各个时段每台发电机组开停机状态和有功出力以及承担的系统运行备用，可适应现代电力系统火电机组随机故障、不确定性负荷波动以及大规模可再生能源随机出力等运行环境，对电力系统安全经济运行具有重要意义。

主权项

一种多时间尺度发电与备用联合优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：构建日前优化模型、日间优化模型、实时优化模型；所述的日前优化模型为以电力系统发电和备用总成本最小为目标函数，以小时为计算单位的混合整数线性规划模型；日前优化模型的目标函数如下：MinΣt=1TΣi=1I[FGi,t(PGi(t))+SUi+Fiemergency(t)+Fiup(t)+Fidown(t)]---(1)]]>式中，i表示系统中的火电机组；t表示日前优化模型的时段，t＝1，2，……，T；FGi,t(PGi(t))为火电机组运行成本，FGi,t(PGi(t))＝ai·(PGi(t))2+bi·(PGi(t))+ci  (2)PGi(t)表示火电机组i在时段t的有功出力值；ai、bi、ci表示与火电机组煤耗率相关系数；SUi为火电机组开机成本，SUi＝Si·αi(t)·(1‑αi(t‑1))  (3)αi(t)表示机组i在t时段的开停机状态，若机组开机，则αi(t)＝1，若机组停机，则αi(t)＝0；αi(t‑1)表示机组i在t‑1时段的开停机状态，若机组开机，则αi(t‑1)＝1，若机组停机，则αi(t‑1)＝0；Si表示火电机组开机成本系数；Fiemergency(t)为火电机组提供事故备用成本，Fiemergency(t)=Ciemergency·REiemergency(t)---(4)]]>表示火电机组i在时段t的事故备用容量；表示火电机组i的单位事故备用成本系数；Fiup(t)为火电机组提供上调负荷备用成本，Eiup(t)=Ciup·REiup(t)---(5)]]>表示火电机组i在时段t的上调负荷备用容量；表示火电机组i的单位上调负荷备用成本系数；Fidown(t)为火电机组提供下调负荷备用成本，Eidown(t)=Cidown·REidown(t)---(6)]]>表示火电机组i在时段t的下调负荷备用容量；表示火电机组i的单位下调负荷备用成本系数；日前优化模型约束条件如下所示：(1)潮流方程Σi∈ri=1IPGi(t)+Σw∈rw=1W(PGw(t)-ΔPGw(t))-Dr(t)=ΣRBθ,t=1,2,...,T---(7)]]>式中，r表示负荷节点，r＝r1,r2,...,R；w表示系统中新能源发电机组；PGw(t)表示新能源发电机组w在时段t的最大有功出力预测值；ΔPGw(t)表示新能源发电机组w在时段t内有功出力调度值与其最大有功出力预测值差值；Dr(t)表示r节点在时段t的日前预测负荷值；B表示系统联络线参数；θ表示节点功率角；(2)断面潮流约束‑Lmax≤Ptrans(t)≤Lmax t＝1,2,...,T  (8)式中，Ptrans(t)表示联络线上的功率流动量；Lmax表示支路功率传输最大值；(3)发电机出力约束(PGi(t)+REiup(t)+REiemergency(t))≤PGi‾·αi(t),i=1,2,...,I,t=1,2,...,T---(9)]]>PGi(t)-REidown(t)≥0,PGi(t)≥PGi‾·αi(t),i=1,2,...,I,t=1,2,...,T---(10)]]>式中，表示发电机组i最大发电容量；式中，PGi表示火电机组i最小发电容量；(4)备用容量约束Σi=1IREiup(t)≥REup‾·αi(t)]]>Σi=1IREidown(t)≥REdown‾·αi(t)]]>Σi=1IREiemergency(t)≥REemergency‾αi(t)i=1,2,...,I,t=1,2,...,T---(11)]]>式中，REup表示系统上调负荷备用最小需求；REdown表示系统下调负荷备用最小需求；REemergency表示系统事故备用最小需求；(5)火电机组备用爬坡率约束0≤REiemergency(t)≤Ramprateiemergency·αi(t)]]>0≤REiup(t)≤Ramprateiup·αi(t)]]>0≤REidown(t)≤Ramprateidown·αi(t)i=1,2,...,I,t=1,2,...,T---(12)]]>式中，Ramprateiup表示系统上调负荷备用爬坡需求；Ramprateidown表示系统下调负荷备用爬坡需求；Ramprateiemergency表示系统事故备用爬坡需求；(6)火电机组最小开停机约束(αi(t-1)-αi(t))+(αi(t+λ)-αi(t+λ-1))≤1∀λ∈[1,...,Di-1]---(13)]]>(αi(t)-αi(t-1))+(αi(t+λ-1)-αi(t+λ))≤1∀λ∈[1,...,Oi-1]---(14)]]>式中：Di表示火电机组最小停机时间，单位为小时；Oi表示火电机组最小开机时间，单位为小时；(7)火电机组爬坡率约束PGi(t)-PGi(t-1)≤ΔPGiup‾]]>PGi(t-1)-PGi(t)≤ΔPGidown‾i=1,2,...,I,t=1,2,...,T---(15)]]>式中，表示火电机组上调爬坡率限制；表示火电机组下调爬坡率限制；(8)新能源发电机组出力约束ΔPGw(t)≥0 w＝1,2,...,W，t＝1,2,...,T  (16)所述的日间优化模型为以电力系统发电和备用总成本最小为目标函数，以15分钟为计算单位的线性规划模型；日间优化模型的目标函数如下：MinΣτ=1ΓΣi=1I[FGi,τ(PGi′(τ))+Fiup(τ)+Fidown(τ)]---(17)]]>式中，τ表示优化模型中的时段，τ＝1，2，……，Γ；P′Gi(τ)表示火电机组i在时段τ的有功出力值；FGi,t(P′Gi(τ))为火电机组运行成本；Fiup(τ)为火电机组提供上调负荷备用成本；Fidown(τ)为火电机组提供下调负荷备用成本；日间优化模型中的各类成本表达式与日前优化模型相同；日间优化模型约束条件中，潮流方程、断面潮流约束、发电机出力约束、备用容量约束、火电机组备用爬坡率约束、火电机组爬坡率约束、新能源发电机组出力约束与日前优化模型相同，但在日前优化模型中已经确定的机组启停状态αi(τ)和事故备用安排在日间优化模型中将保持不变；所述的实时优化模型为以电力系统火力发电机有功出力调整费用最小为目标函数，以15分钟为计算单位的线性规划模型；实时优化模型的目标函数如下：MinΣi=1I|Crealt,i·(PGi′′(δ)-PGi′(δ))|---(18)]]>式中，P″Gi(δ)为火电机组i未来15min有功出力值；P′Gi(δ)为在日间优化中火电机组i在时段δ有功出力值，在实时优化模型中作为输入参数；Crealt,i表示火电机组i有功出力调整成本系数；实时优化模型约束条件中，潮流方程、断面潮流约束、发电机出力约束、备用容量约束、火电机组备用爬坡率约束、火电机组爬坡率约束、新能源发电机组出力约束与日前优化模型相同，在日前优化模型中已经确定的机组启停状态αi(δ)和事故备用安排在实时优化模型中将保持不变，在日间优化模型中已经确定的负荷备用安排在实时优化模型中将保持不变；步骤二：将每台火力发电机的性能参数、成本系数、系统联络线的电导、电钠参数以及线路传输功率极限、第二日24小时各个负荷节点负荷预测值、新能源发电机组预测出力值输入到日前优化模型，计算后得到每台火力发电机的启停状态、有功出力值、事故备用容量、上调负荷备用容量、下调负荷备用容量；步骤三：将每台火力发电机的性能参数、成本系数、系统联络线的电导、电钠参数以及线路传输功率极限、设定时间段内各个负荷节点修正的负荷预测值和新能源发电机组修正的预测出力值、步骤一得到的每台火力发电机的启停状态和事故备用容量输入到日间优化模型，计算后得到每台火力发电机更新后的有功出力值、上调负荷备用容量、下调负荷备用容量；步骤四：将每台火力发电机的性能参数、成本系数、系统联络线的电导、电钠参数以及线路传输功率极限、未来15分钟内各个负荷节点再次修正的负荷预测值和新能源发电机组再次修正的预测出力值、步骤二得到的每台火力发电机更新后的有功出力值、上调负荷备用容量、下调负荷备用容量、步骤一得到的每台火力发电机的启停状态和事故备用容量输入到实时优化模型，计算后得到每台火力发电机再次更新的有功出力值；所述的有功出力值用于指导电力系统实时运行。