一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法
【專利摘要】本發明公開一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，對電力系統內多種電源聯合調峰運行時，建立1天內的多階段動態規劃模型，包括以下步驟：步驟1)根據電網實際運行情況及網內多種電源運行特性，得到等效日負荷曲線；步驟2)計算各個調峰機組單位容量調峰成本；步驟3)以系統1天內運行費用最低為優化目標，建立多階段動態規劃目標函數；步驟4)根據電力系統實際運行狀態，列出電網運行約束條件,根據各類發電機組的運行特性列出多種電源約束條件；步驟5)應用蟻群算法，對步驟3)中的目標函數進行求解，得到最優的多源調峰負荷分配方案。符合實際電網運行要求，并采用蟻群算法進行全局搜索求解，使該算法更適合實用化。
【專利說明】-種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統運行與優化【技術領域】，具體設及一種基于多階段動態規劃的 電網多源調峰方法，特別是一種包含水電、火電、核電、抽水蓄能機組的多階段動態調峰優 化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著核電在電網中比重的增長化及負荷峰谷差的日益增大，電力系統調峰形勢越 來越嚴峻，對核電機組參與電網調峰的需求日益增強，傳統機組的爬坡速率往往不能滿足 可再生能源帶來的大幅度、短時的功率波動要求，各種電源間的聯合運行和協調控制成為 現代電網運行中的關鍵問題，是保證電網安全、穩定、經濟運行的必要手段。在核電參與電 網調峰運行前提下，如何對多電源聯合調峰問題進行優化是電網急需解決的問題之一。電 力系統內多種電源投入運行后，由于風、光等新能源具有隨機性、波動性等反調峰特性，電 力系統調峰問題必然受到巨大考驗，急需找到核電參與調峰前提下，多種電源聯合調峰運 行的優化方法，W滿足未來電網調峰需要。研究一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰 方法具有重大現實意義。
[0003] 目前，關于多種電源聯合調峰優化的研究主要體現在W下方面。
[0004] (1)在優化建模方面，主要考慮的電源類型為水電、火電的聯合調峰，也有考慮抽 水蓄能、風電對調峰的影響，關于核電參與電網調峰運行前提下的多電源聯合調峰運行優 化鮮有研究。
[000引 似在優化目標方面，多為W-定周期內網內電源總運行成本最小為優化目標，W 保證電力系統W最安全、穩定、經濟的調峰方式進行調峰優化。
[0006] (3)在約束條件方面，通常是在有功功率平衡的基礎上，主要考慮各類發電機組的 運行特性、電網安全穩定運行約束、實際工程約束等，模型多較為復雜，具有求解困難、收斂 率低等問題。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于提供一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法。本發明采 用的方法對含有水電、火電、核電、抽水蓄能電站的多源電網進行建模優化，通過對各類電 源調峰運行特性的分析，給出相應約束條件，并給出實際電網運行的相關約束，最后通過蟻 群算法進行求解。本發明采用的方法，能夠有效的解決核電參與的多電源聯合調峰動態優 化問題，具有重大現實意義。
[000引為實現本發明的目的所采用的技術方案是：
[0009] 一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，對電力系統內多種電源聯合調峰 運行時，建立1天內的多階段動態規劃模型，在有功功率平衡的基礎上，結合各類發電機組 運行約束及電網運行約束條件；采用蟻群算法進行求解多源最優調峰方案；
[0010] 包括W下步驟：
[0011] 步驟1)根據電網實際運行情況及網內多種電源運行特性，得到等效日負荷曲線；
[0012] 步驟2)計算各個調峰機組單位容量調峰成本；
[0013] 步驟3) W系統1天內運行費用最低為優化目標，建立多階段動態規劃目標函數；
[0014] 步驟4)根據電力系統實際運行狀態，列出電網運行約束條件，根據各類發電機組 的運行特性列出多種電源約束條件；
[0015] 步驟5)應用蟻群算法，對步驟3)中的目標函數進行求解，得到最優的多源調峰負 荷分配方案。
[0016] 本發明采用的方法，可W有效的求解核電參與調峰前提下的多電源聯合調峰優化 問題，具有實際應用價值。
[0017] 本發明的特點及與現有調峰優化方法的根本區別是；（1)首次考慮核電參與電網 調峰前提下的多電源聯合調峰問題的優化，并考慮多階段動態優化規劃建模，求取1天內 最優調峰方案；（2)優化目標為單位時間內總運行成本最小，考慮火電運行煤耗及水、火、 核電、抽水蓄能調峰成本，其中各機組單位容量調峰成本按定值計算，使優化目標更清晰， 計算更簡化；(3)在優化目標的約束方面，考慮水電、火電、核電、抽水蓄能電站的各類等式 與不等式約束，考慮電網實際運行的各類約束，具有實際應用價值；(4)在優化目標的求解 方面，采用蟻群算法進行全局捜索求取最優解，將目標函數轉化為TSP問題尋找最優路徑， 可在復雜約束條件下求取多階段動態優化目標；上述方法可有效求解核電參與調峰運行前 提下的多電源聯合調峰優化問題，提高了基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法的有效 性與實用性。
[001引本發明的優點是：
[0019] 1.本發明考慮核電參與電網調峰運行。隨著越來越多不具備調峰能力的新能源接 入電力系統，且核電所占比例越來越大，電網將面臨更大的調峰考驗，核電參與電網調峰運 行迫在眉睫，本方法考慮核電參與電網調峰的基礎上，考慮了核電自身的安全及經濟影響， 安排核電按"12-3-6-3"的出力方式運行，符合核電安全運行要求，對電網調峰有較好影響。
[0020] 2.本發明建立的模型為多階段動態規劃模型。本模型考慮全天24個時段多階段 的動態優化，各個時段之間相互禪合關聯，先求解各類機組單位容量調峰成本，模型求解難 度小，且能有效的對全天的調峰負荷進行最優化分配。
[0021] 3.本發明便于實用化。本模型所考慮約束包括電力系統實際運行約束、各類電源 運行約束等，符合實際電網運行要求，并采用蟻群算法進行全局捜索求解，該些特點使該算 法更適合實用化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1是基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法具體流程圖；
[0023] 圖2是某區域電網等效日負荷曲線；
[0024] 圖3是網內調峰電源單位容量調峰成本曲線；
[0025] 圖4是典型的核電機組日負荷跟蹤模式；
[0026] 圖5是蟻群路徑捜索實例；
[0027] 圖6是蟻群算法狀態轉移空間圖；
[002引圖7是調峰優化結果。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式做進一步詳細說明。
[0030] 一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，對電力系統內多種電源聯合調峰 運行時，建立1天內的多階段動態規劃模型，在有功功率平衡的基礎上，結合各類發電機組 運行約束及電網運行約束條件；采用蟻群算法進行求解多源最優調峰方案；
[0031] 包括W下步驟：
[0032] 步驟1)根據電網實際運行情況及網內多種電源運行特性，得到等效日負荷曲線；
[0033] 步驟2)計算各個調峰機組單位容量調峰成本；
[0034] 步驟3) W系統1天內運行費用最低為優化目標，建立多階段動態規劃目標函數；
[0035] 步驟4)根據電力系統實際運行狀態，列出電網運行約束條件，根據各類發電機組 的運行特性列出多種電源約束條件；
[0036] 步驟5)應用蟻群算法，對步驟3)中的目標函數進行求解，得到最優的多源調峰負 荷分配方案。
[0037] 所述步驟3)中的多階段動態規劃，是指；1天內各類電源各個時間段內的負荷分 配規劃，各時間段之間相互關聯禪合。
[003引所述多源調峰包含W下電源冰電、火電、核電、抽水蓄能4類電源，且4類電源共 同參與電網調峰運行。
[0039] 所述的最優調峰方案，是指：尋求系統總的運行成本最低的調峰方案，包括火電煤 耗量和調峰產生的費用。
[0040] 所述步驟2)中的各個調峰機組單位容量調峰成本，包括：
[0041] a.常規壓負荷調峰不計入調峰成本，單位容量調峰成本指高成本調峰的成本；
[0042] b.高成本調峰包括常規火電機組深度調峰、核電調峰、抽水蓄能調峰、火電機組啟 停調峰、水電棄水調峰。
[0043] 所述步驟3)的系統1天內運行費用最低的優化目標，是指：
[0044] a.不考慮常規水電、核電、抽水蓄能機組的發電成本，運行費用包括常規火電機組 發電成本與水電、火電、核電、抽水蓄能機組的調峰運行成本；
[0045] b.優化目標為；式1
[0046]
【權利要求】
1. 一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在于，對電力系統內多種電 源聯合調峰運行時，建立1天內的多階段動態規劃模型，在有功功率平衡的基礎上，結合各 類發電機組運行約束及電網運行約束條件；采用蟻群算法進行求解多源最優調峰方案； 包括以下步驟： 步驟1)根據電網實際運行情況及網內多種電源運行特性，得到等效日負荷曲線； 步驟2)計算各個調峰機組單位容量調峰成本； 步驟3)以系統1天內運行費用最低為優化目標，建立多階段動態規劃目標函數； 步驟4)根據電力系統實際運行狀態，列出電網運行約束條件，根據各類發電機組的運 行特性列出多種電源約束條件； 步驟5)應用蟻群算法，對步驟3)中的目標函數進行求解，得到最優的多源調峰負荷分 配方案。
2. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：步驟3)中的多階段動態規劃，是指：1天內各類電源各個時間段內的負荷分配規劃，各 時間段之間相互關聯耦合。
3. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述多源調峰包含以下電源：水電、火電、核電、抽水蓄能4類電源，且4類電源共同參 與電網調峰運行。
4. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述的最優調峰方案，是指：尋求系統總的運行成本最低的調峰方案，包括火電煤耗量 和調峰產生的費用。
5. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述步驟2)中的各個調峰機組單位容量調峰成本，包括： a. 常規壓負荷調峰不計入調峰成本，單位容量調峰成本指高成本調峰的成本； b. 高成本調峰包括常規火電機組深度調峰、核電調峰、抽水蓄能調峰、火電機組啟停調 峰、水電棄水調峰。
6. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述步驟3)的系統1天內運行費用最低的優化目標，是指： a. 不考慮常規水電、核電、抽水蓄能機組的發電成本，運行費用包括常規火電機組發電 成本與水電、火電、核電、抽水蓄能機組的調峰運行成本； b. 優化目標為：式1
式1中，6項子式依次代表：火電機組發電成本、核電機組調峰成本、水電機組棄水調峰 成本、火電機組深度調峰成本、火電機組啟停調峰成本、抽水蓄能機組調峰成本；為 i火電機組t時段的發電成本，11^為火電機組總數；（為i核電機組t時段調峰負荷量，CNi 為i核電機組單位容量調峰成本,1^為核電機組總數；?為i水電站t時段棄水電量，CH，i 為i水電站單位棄水電量成本，1112為水電站總數；（為i火電機組t時段深度調峰容量， CT，i為i火電機組深度調峰單位容量調峰成本，m3為參與深度調峰的火電機組數量； 為i火電機組t時段關停容量，需從其深度調峰下限往下減，i火電機組開停單位 容量成本，m4為參與啟停調峰的火電機組數量；為i抽水蓄能電廠t時段的調峰容量， 為i抽水蓄能電廠單位容量調峰成本，!115為抽水蓄能電廠數量。
7.根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述步驟4)具體包括： a. 電網運行系統約束； ① 功率平衡方程：
式2中：左側4項依次為火電機組t時段出力、核電機組t時段出力、水電機組t時段 出力、抽水蓄能機組t時段出力，為發電功率，巧為抽水功率，g為全網等效日 負荷； ② 規避頻率越限風險約束：
式3中：匕為低負荷時要求規避頻率越限風險約束的百萬千瓦容量機組集合，Pi，N是機 組i的額定容量； ③ 電網輸電斷面功率約束：
式4中：G2，k為輸電斷面k定義的機組組合，P 為輸電斷面k最大輸送有功功率； ④ 網絡安全約束：
式5中：仏為支路1在時刻tk的傳輸功率，f廣為支路1的傳輸功率最大值； b. 常規水電站約束； ① 日水量平衡方程：
式6中：Qt為所有水電站在t時段的總放水量，qit為第i個水電站在時段t的發電用 水量，st為所有水電站在時段t的棄水量。 ② 水電站出力約束：
式7中t為水電站i的最小發電功率，p:.為水電站i的最大發電功率； ③ 水電站發電流量約束：
式8中：為水單站i的最小發電流量，思351為水電站i的最大發電流量； ④ 水庫水位約束：
式9中：為水電站i的最小水位，為水電站i的最大水位； c. 火電機組約束； ① 機組出力上下限約束：
式10中： 為火電機組i在時段t的出力，/分別為火電機組i的最小和 最大技術出力。 ② 機組最小開機、停機時間約束：
式11、12中： < 為火電機組i在時段t的狀態變量，表示已經開或關了幾個時段，< <0 表示關機停運，< >〇表示開機運行，1?1\表示停運的最小時間，M0T1表示運行的最小時間。 ③ 機組爬坡速度約束：
式13中：AFf?為i火電機組降負荷出力時的調節速率約束，為i火電機組升負 荷出力時的爬坡速率約束； ④ 機組出力持續最小時間段：
式14中：卜,| = 〇表示火電機組出力保持恒定，卜七〇表示出力發生變化，T一n為出力 持續最小時間。 d. 核電機組約束； ① 核電調峰特性約束： 由核電自身特性影響，僅安排其進行形如"12-3-6-3"出力方式的負荷跟蹤運行； ② 核電調峰深度約束：
式15中L為第i臺核電機組的調峰深度，其大小由核電機組自身性能要求、安全因 素及專家建議決定，一般取額定容量的50% ; ③核電調峰速度約束：
式16中Pi為第i臺核電機組增減功率的速度； e.抽水蓄能機組約束； ① 上水庫水量平衡約束，
式17中：、$",+分別為第t時間段始、末抽水蓄能電廠i的上水庫蓄水量， 為第t時段上水庫蓄水量的變化量； ② 上水庫水位Z和蓄水量S的約束，
式18、19中：分別為抽水蓄能電站水庫的最小、最大水位，技〗、分別為 抽水蓄能電站水庫的最小、最大蓄水量； ③ 抽水蓄能機組的出力約束，
8. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：應用蟻群算法，對步驟3)中的目標函數進行求解如下： a. 將目標函數轉化為一個多階段搜索問題，從0時段到24時段，尋找一組運行費用最 小的調峰方案，對應于TSP問題中搜索一條最短路徑； b. 約束條件處理，包括等式約束與不等式約束，以便于計算； c. 根據各機組單位容量調峰成本對機組進行排序，應用蟻群算法從初始狀態開始進行 全局搜索，尋找最優解。
9. 根據權利要求1所述的一種基于多階段動態規劃的電網多源調峰方法，其特征在 于：所述的得到最優的調峰負荷分配方案，是指：滿足各類約束前提下，總的運行費用最 小；若考慮核電特殊性，系統優先安排抽水蓄能機組調峰，可將核電機組單位容量調峰成本 調至高于抽水蓄能機組單位容量調峰成本，即可得到最優調峰方案。
【文檔編號】G06Q50/06GK104485690SQ201410790607
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】張濤, 朱鈺, 馬曉東, 邵寶珠, 孫峰, 張強, 程緒可, 曾輝, 葉鵬 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院