一種含移相器電力系統魯棒調度方法與流程
本發明涉及電網調度技術領域，具體地說是一種用于電力系統短期運行調度的含移相器電力系統魯棒調度方法。。
背景技術：
新形勢下，風電、光伏等可再生能源發電的廣泛接入以及節點負荷形式多元化發展使得電網運行中的不確定性因素增多，對電網調度提出了新的挑戰。為此，如何提高電網應對擾動的能力，增強調度決策的魯棒性是當前電網調度面臨的核心問題。作為電力系統穩態潮流控制的重要手段，移相器可提高電網的輸送能力，實現電網運行的可控性。當前如何充分利用電網運行的可控性促進不確定性的消納是當前電網運行亟待解決的問題。
專利號為ZL201310384833.8的中國專利：“一種超高壓電網可控移相器優化配置方法”，給出了一種超高壓電網可控移相器優化配置方法，該方法具有提高電網輸送能力和電網資產利用效率等優點，但其主要是根據設定的電網潮流目標計算加裝可控移相器后的剛性需求和適應性，并無涉及考慮移相器潮流控制的電力系統優化調度運行情況。專利號為ZL201310610999.7的中國專利：“一種實現電力系統魯棒運行的調度方法”，公開了一種實現電力系統魯棒運行的調度方法，其同時考慮預測信息、當前運行信息和歷史運行信息的滾動協調技術，并獲得系統的魯棒運行區間，調動計劃不局限于唯一的預定數值，可以實現魯棒區間內的靈活調度，但其并無考慮系統的備用響應機制，調度結果難以保證實際不確定性場景下的可行性。專利號為ZL201410134744.2的中國專利：“一種基于有效靜態安全域的AGC機組實時調度方法”，公開了一種基于有效靜態安全域的自動發電控制機組實時調度方法，基于靜態安全域分析構建了分別以系統平抑擾動能力最大化和以系統發電成本與備用成本最小化為優先級目標的實時調度模型，能夠在保證不確定性下電網運行安全性前提下一定程度上提升電網運行的經濟性，但該發明僅是針對電網結構參數不變下的單時段靜態調度，不確定性下實時調度的核心在于如何利用電網運行的可控性應對時變比波動性問題，即適應機組調節的速率問題，其并沒有涉及，因而具有一定的局限性。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種含移相器電力系統魯棒調度方法，可以考慮潮流控制設備-移相器的潮流控制作用，可考慮風電、負荷功率的波動情況，又能考慮常規發電機組和儲能系統的二次備用響應機制，實現經濟調度與自動發電控制的有機銜接，適應于不確定性下風儲共存于電網的電力系統經濟調度。本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種含移相器的電力系統魯棒調度方法，包括以下步驟：
(1)給定常規發電機組成本系數及出力上下限，移相器控制參數，輸電支路電抗值及最大傳輸容量，儲能系統控制參數，系統負荷、風電功率的波動區間范圍；
(2)對移相器的潮流控制方式進行建模，由補償法構建移相器注入形式的潮流模型；
(3)根據系統支路電抗和節點支路關聯關系，形成系統節點注入轉移因子陣；
(4)考慮系統對不確定性的響應機制，并結合發電機節點、儲能系統所在節點、負荷節點以及風電場節點位置情況，形成發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下的系統功率轉移分布因子矩陣；
(5)將風電、負荷等不確定量以仿射算術形式表達，進行優化模型的構建，優化模型以系統發電成本和備用成本之和最小為目標并包括多個約束；
(6)對優化模型中仿射區間形式的潮流約束進行處理，并采用混合整數二次規劃法對優化模型進行求解，得到最終的常規發電機組各時段功率基點和參與因子、儲能系統充放電功率及其參與因子、移相器控制參數設定值。
進一步地，所述步驟(2)中，移相器的潮流控制方式可表示為：
式中，Pl,ij為移相器支路l的傳輸有功功率，其首末節點分別為節點i和節點j；Bl為移相器支路l電納；θi為節點i電壓相角；為移相器控制的支路l的相角偏移量，和分別為其上下限；NPT表示移相器支路集合。
進一步地，所述步驟(2)中由補償法構建移相器注入形式的潮流模型的處理方式為將式(1)和式(2)轉換為以下表達形式：
進一步地，所述步驟(3)中，節點注入轉移因子陣表達式為：
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (7)
其中，BL為支路電納對角陣，A為節點-支路關聯矩陣，上標“T”標記矩陣的轉置。注入轉移因子陣ψ中元素ψl,i表示支路l傳輸功率對節點i注入功率的靈敏度因子。
進一步地，所述步驟(4)中，發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下的系統功率轉移分布因子表達式為：
其中，NB為節點集合；NG,j表示節點j上的常規發電機集合；Ns,j表示節點j上的儲能系統集合；表示實際中在發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下支路l傳輸功率對節點i注入功率的靈敏度因子；βg為常規發電機組g參與因子；βs為儲能系統s參與因子。
進一步地，所述步驟(5)中，將風電、負荷等不確定量以仿射算術形式表達，是指將其表示成期望值和波動范圍的形式：
其中，和Δεd分別為負荷d功率預測期望值和不確定性區間寬度；和Δεw分別為風電場w預測功率期望值和不確定性區間寬度；NW和ND分別為風電場集合、負荷集合。
進一步地，所述步驟(5)中，優化模型中目標函數表達式為：
式中，NT為時段集合；為常規機組g在時段t輸出功率基點；Cg(·)為機組g的發電成本二次特性函數，表達式為其中ag、bg和cg為成本系數；和分別為機組g在時段t上調、下調二次調節備用容量，為其成本特性函數，表達式為為機組g二次調節備用容量成本系數。
進一步地，所述步驟(5)中，優化模型中多個約束具體包括以下十一類約束：
1)輸出功率基點的潮流約束
其中，為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；NS,i和NE,i分別為以節點i為首、末端節點的傳輸支路集合；NW,i和ND,i分別表示節點i上的風電場集合和負荷集合。
2)電力系統旋轉備用范圍約束
其中，和分別為儲能系統s在時段t上調、下調二次調節備用容量；式(13)表示最大向上旋轉備用應不小于負荷與風電的最大向上波動量；式(14)表示最大向下旋轉備用應不小于負荷與風電的最大向下波動量。
3)常規發電機組和儲能系統的參與因子范圍約束：
其中，表示時段t常規發電機組g參與因子；表示時段t儲能系統s參與因子。
4)常規發電機組、儲能系統備用范圍約束：
5)常規發電機組有功功率范圍約束：
其中，和分別為常規發電機組g有功功率上下限。
6)常規發電機組功率爬坡約束：
其中，rg為機組輸出功率最大調整速率，Δτ為時段長度。表示初始時段發電機組g的輸出有功功率。
7)基點功率模式下儲能系統充放電范圍約束
其中，和分別表示基點功率模式下儲能系統s在t時段的充放電功率；和分別為儲能系統s的充放電功率上限值；二進制變量的引入是為了保證儲能系統在同一時間內不能同時充放電。
8)區間不確定性下儲能系統充放電范圍約束
9)基點功率模式下儲能系統電量范圍約束
其中，表示基點功率模式下儲能系統s在t時段的電量；和分別表示儲能系統s電量上下限；ηs,c和ηs,d分別為儲能系統充放電效率；表示儲能系統最后時段期望電量值。
10)區間不確定性下儲能系統電量范圍約束
其中，和分別表示區間不確定性下儲能系統s在t時段的最大、最小電量可能值。
11)電網功率傳輸安全約束
其中：
其中，為輸電支路l最大傳輸容量；為t時段支路l上傳輸功率對節點i注入功率波動的靈敏度因子。
進一步地，所述步驟(6)中，對優化模型中仿射區間形式的潮流約束進行處理是指引入輔助變量和將電網功率傳輸安全約束轉換為以下形式：
本發明的有益效果是：
(1)本發明可用于潮流控制設備與電源運行方式的協調決策，能夠提高系統運行的經濟性；
(2)本發明可有效應對風電、負荷等不確定性，能提高系統運行的安全性；
(3)本發明可用于常規發電機組、儲能系統的基點功率計劃及其二次備用響應參與因子，有利于實現經濟調度與自動發電控制的友好銜接，本發明與傳統的調度方法相比，克服傳統調度方法備用配置的保守性。
附圖說明
圖1為本發明的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，一種含移相器電力系統魯棒調度方法，其具體包括如下步驟：
(1)給定常規發電機組成本系數及出力上下限，移相器控制參數，輸電支路電抗值及最大傳輸容量，儲能系統控制參數，系統負荷、風電功率的波動區間范圍等計算參數；
(2)對移相器的潮流控制方式進行建模，由補償法構建移相器注入形式的潮流模型；
移相器的潮流控制方式可表示為：
式中，Pl,ij為移相器支路l的傳輸有功功率，其首末節點分別為節點i和節點j；Bl為移相器支路l電納；θi為節點i電壓相角；為移相器控制的支路l的相角偏移量，和分別為其上下限；NPT表示移相器支路集合。
由補償法構建移相器注入形式的潮流模型的處理方式為將式(1)和式(2)轉換為以下表達形式：
(3)根據系統支路電抗和節點支路關聯關系，形成系統節點注入轉移因子陣；
節點注入轉移因子陣表達式為：
ψ＝BLA(ATBLA)-1 (7)
其中，BL為支路電納對角陣，A為節點-支路關聯矩陣，上標“T”標記矩陣的轉置。注入轉移因子陣ψ中元素ψl,i表示支路l傳輸功率對節點i注入功率的靈敏度因子。
(4)考慮系統對不確定性的響應機制，并結合發電機節點、儲能系統所在節點、負荷節點以及風電場節點位置情況，形成發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下的系統功率轉移分布因子矩陣；
發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下的系統功率轉移分布因子表達式為：
其中，NB為節點集合；NG,j表示節點j上的常規發電機集合；Ns,j表示節點j上的儲能系統集合；表示實際中在發電機組和儲能系統的參與因子共同引導下支路l傳輸功率對節點i注入功率的靈敏度因子；βg為常規發電機組g參與因子；βs為儲能系統s參與因子。
(5)將風電、負荷等不確定量以仿射算術形式表達，進行優化模型的構建，優化模型以系統發電成本和備用成本之和最小為目標并包括多個約束；
將風電、負荷等不確定量以仿射算術形式表達，是指將其表示成期望值和波動范圍的形式：
其中，和Δεd分別為負荷d功率預測期望值和不確定性區間寬度；和Δεw分別為風電場w預測功率期望值和不確定性區間寬度；NW和ND分別為風電場集合、負荷集合。
優化模型中目標函數表達式為：
式中，NT為時段集合；為常規機組g在時段t輸出功率基點；Cg(·)為機組g的發電成本二次特性函數，表達式為其中ag、bg和cg為成本系數；和分別為機組g在時段t上調、下調二次調節備用容量，為其成本特性函數，表達式為為機組g二次調節備用容量成本系數。
優化模型中具體包括以下十一類約束：
1)輸出功率基點的潮流約束
其中，為時段t基點運行模式下的支路l的傳輸功率；NS,i和NE,i分別為以節點i為首、末端節點的傳輸支路集合；NW,i和ND,i分別表示節點i上的風電場集合和負荷集合。
2)電力系統旋轉備用范圍約束
其中，和分別為儲能系統s在時段t上調、下調二次調節備用容量；式(13)表示最大向上旋轉備用應不小于負荷與風電的最大向上波動量；式(14)表示最大向下旋轉備用應不小于負荷與風電的最大向下波動量。
3)常規發電機組和儲能系統的參與因子范圍約束：
其中，表示時段t常規發電機組g參與因子；表示時段t儲能系統s參與因子。
4)常規發電機組、儲能系統備用范圍約束：
5)常規發電機組有功功率范圍約束：
其中，和分別為常規發電機組g有功功率上下限。
6)常規發電機組功率爬坡約束：
其中，rg為機組輸出功率最大調整速率，Δτ為時段長度。表示初始時段發電機組g的輸出有功功率。
7)基點功率模式下儲能系統充放電范圍約束
其中，和分別表示基點功率模式下儲能系統s在t時段的充放電功率；和分別為儲能系統s的充放電功率上限值；二進制變量的引入是為了保證儲能系統在同一時間內不能同時充放電。
8)區間不確定性下儲能系統充放電范圍約束
9)基點功率模式下儲能系統電量范圍約束
其中，表示基點功率模式下儲能系統s在t時段的電量；和分別表示儲能系統s的電量上下限；ηs,c和ηs,d分別為儲能系統充放電效率；表示儲能系統最后時段期望電量值。
10)區間不確定性下儲能系統電量范圍約束
其中，和分別表示區間不確定性下儲能系統s在t時段的最大、最小電量可能值。
11)電網功率傳輸安全約束
其中：
其中，為輸電支路l最大傳輸容量；為t時段支路l上傳輸功率對節點i注入功率波動的靈敏度因子。
(6)對優化模型中仿射區間形式的潮流約束進行處理，并采用混合整數二次規劃法對優化模型進行求解，得到最終的常規發電機組各時段功率基點和參與因子、儲能系統充放電功率及其參與因子、移相器控制參數設定值。
對優化模型中仿射區間形式的潮流約束進行處理是指引入輔助變量和將電網功率傳輸安全約束轉換為以下形式：
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