專利名稱：：基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電力調(diào)度與電力市場
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法。
背景技術(shù)：
：在開放的電力市場環(huán)境下，合理有效的電力價(jià)格對保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行至關(guān)重要。實(shí)時(shí)電價(jià)理論最早應(yīng)用于有功定價(jià)，優(yōu)化潮流收斂時(shí)對應(yīng)于有功平衡約束的拉格朗日乘子即為有功的實(shí)時(shí)電價(jià)，這種方法一般以生產(chǎn)成本最小或社會效益最大化為目標(biāo)函數(shù)。在傳統(tǒng)的電力工業(yè)中，由于發(fā)、輸、配等環(huán)節(jié)隸屬于同一家電力公司，因而無功配置與調(diào)度決策往往采用集中優(yōu)化方式統(tǒng)一確定，然而隨著近年來電力工業(yè)市場化改革的不斷深入，傳統(tǒng)的無功管理方法已不再適應(yīng)形勢。在電力市場環(huán)境下，需要采取新的無功管理方法來引導(dǎo)無功投資，同時(shí)更有效的進(jìn)行無功調(diào)度。為此，文獻(xiàn)[l]所記載的技術(shù)將實(shí)時(shí)電價(jià)理論推廣到無功領(lǐng)域，與有功類似，最優(yōu)潮流收斂時(shí)對應(yīng)于無功平衡約束的拉格朗日乘子即為無功的實(shí)時(shí)電價(jià)，但該文沒有考慮無功功率的生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)[2]引入了無功生產(chǎn)費(fèi)用函數(shù)，并討論了預(yù)防性控制對無功價(jià)格的影響。文獻(xiàn)[3]提出基于解耦優(yōu)化潮流的有功、無功實(shí)時(shí)定價(jià)方法。無功價(jià)格由以有功網(wǎng)損為目標(biāo)函數(shù)的無功子問題確定，并考慮了電壓水平對無功價(jià)格的影響。文獻(xiàn)[4]從Schw印pe的原始概念出發(fā)，應(yīng)用了解耦的有功無功經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型和二次規(guī)劃算法，提出了與文獻(xiàn)[2]相似的模型，并通過無功費(fèi)用進(jìn)一步考慮了有功、無功的耦合關(guān)系。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于最優(yōu)潮流的實(shí)時(shí)電價(jià)計(jì)算方法，并可以將有功、無功的實(shí)時(shí)電價(jià)分解到各種輔助服務(wù)中。由于在最優(yōu)潮流問題中穩(wěn)定約束難以計(jì)及，因此目前關(guān)于定價(jià)方面的文獻(xiàn)在約束條件的處理上大都局限于靜態(tài)安全約束。另一方面，隨著電力市場新的競爭環(huán)境的出現(xiàn)，電力系統(tǒng)不再運(yùn)行在保守方式，考慮各種穩(wěn)定約束的最優(yōu)潮流變得尤為重要。超多面體形式的實(shí)用安全域的研究成果，為一大類電力系統(tǒng)最優(yōu)化問題中計(jì)及穩(wěn)定性約束提供了強(qiáng)有力的工具(文獻(xiàn)[6])。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于安全域的安全性定價(jià)方法，除常規(guī)的靜態(tài)安全約束外，還考慮了暫態(tài)穩(wěn)定約束和靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束，但其中僅探討了有功安全性定價(jià)。文獻(xiàn)[8]提出了一種對電力系統(tǒng)有功及無功潮流同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化的模型與算法。模型中使用了三種電力系統(tǒng)安全域的概念與方法，它們分別是滿足系統(tǒng)潮流約束即母線電壓約束、支路熱穩(wěn)定極限以及發(fā)電機(jī)出力限制的"靜態(tài)安全域"、"靜態(tài)電壓穩(wěn)定域"以及保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的"動(dòng)態(tài)安全域"，通過二次規(guī)劃來求解有功與無功解耦的優(yōu)化潮流。這一工作為綜合進(jìn)行有功和無功電價(jià)的研究做了很好的準(zhǔn)備，但文獻(xiàn)[8]的目標(biāo)函數(shù)和約束的表達(dá)式采用了支路角作為優(yōu)化變量，不僅不便于計(jì)及預(yù)想事故集，而且致使表達(dá)式物理意義直觀上不夠清晰，同時(shí)也未對安全性電價(jià)進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[l]M.L.Baughman，S.N.Siddiqi.Real-timepricingofreactive:theoryandcasestudyresults[J].IEEETransPowerSystems1991，6(1):23-29.文獻(xiàn)[2]DandachiN，RawlinesM，Alsac0，etal.OPFforreactivepowerpricingstudiesontheNGCsystem[J].IEEETransonPowerSystems,1996,11(1):11-17.文獻(xiàn)[3]El-KeibAA，MaX.Calculatingofshort-runmarginalcostsofactiveandreactivepowerproduction[J].IEEETransonPowerSystem,1997，12(2):559-565.文獻(xiàn)[4]常寶波，孫洪波，周家啟，等.新的實(shí)時(shí)有功無功電價(jià)模型和算法[J].電網(wǎng)技術(shù)，1997,21(10):62-65.文獻(xiàn)[5]謝開，宋永華，于爾鏗，劉廣一.基于最優(yōu)潮流的實(shí)時(shí)電價(jià)分解模型及其內(nèi)點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)一兼論最優(yōu)潮流中乘子的經(jīng)濟(jì)意義[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23(2):5-10.文獻(xiàn)[6]余貽鑫.電力系統(tǒng)安全域方法研究述評.天津大學(xué)學(xué)報(bào)已錄用(2008，41(6)).文獻(xiàn)[7]YixinYu.Securityregionbasedsecuritypricing[C]//TheProceedingsofICEE-2005(InternationalConferenceonElectricalEngineering2005)byCD，PN1-02ICEE-C0800,Kunming,China.文獻(xiàn)[8]哈比比，余貽鑫，孫剛.基于安全域的電力系統(tǒng)有功和無功優(yōu)化[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006,26(12):1-10.
發(fā)明內(nèi)容為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，建立基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)模型，該模型同時(shí)考慮了靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，并以總生產(chǎn)成本為目標(biāo)函數(shù)，其中無功生產(chǎn)成本采用機(jī)會成本。在此模型的基礎(chǔ)上，利用短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功和無功分別定價(jià)，并求得與各種約束相關(guān)的分量電價(jià)。所得的分量電價(jià)可以反映不同節(jié)點(diǎn)的功率注入對每一種安全約束的影響，從而可以通過實(shí)時(shí)電價(jià)這一杠桿激勵(lì)市場參與者主動(dòng)與輸電網(wǎng)調(diào)度合作，積極維護(hù)系統(tǒng)安全。本發(fā)明提供一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其步驟如下第一步從電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)采集所需要的數(shù)據(jù)，確定預(yù)想事故集；第二步針對預(yù)想事故集，求取注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域的臨界超平面系數(shù)和割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數(shù)；第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進(jìn)而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)中的約束表達(dá)式；第四步將目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為使全網(wǎng)有功生產(chǎn)成本和無功生產(chǎn)成本總和最小，并將目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量均轉(zhuǎn)換為事故前注入功率空間上的量，預(yù)想事故集中的不同預(yù)想事故反映在約束表達(dá)式中系數(shù)的變化；第五步進(jìn)行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)，得到計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或?qū)崟r(shí)電價(jià)，和/或與節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應(yīng)的分量電價(jià)。其中第三步中的靜態(tài)安全約束是指線路潮流約束、發(fā)電機(jī)出力約束及節(jié)點(diǎn)電壓約束。其中第四步中所述事故前注入功率空間上的量是指電力系統(tǒng)可調(diào)度的量。其中所述電力系統(tǒng)可調(diào)度的量包括發(fā)電功率和負(fù)荷功率。其中第五步中，根據(jù)短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件,對有功生產(chǎn)成本和無功生產(chǎn)成本采用解耦優(yōu)化-迭代的處理方法，得到實(shí)時(shí)電價(jià)，和/或與節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應(yīng)的分量電價(jià)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域分別表示電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進(jìn)而給出了可計(jì)及電力系統(tǒng)所有安全約束的綜合安全約束集；并且，本發(fā)明的目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的電力系統(tǒng)可調(diào)度的量，即發(fā)電功率與負(fù)荷功率，可計(jì)及預(yù)想事故集中大量的預(yù)想事故，不同預(yù)想事故的計(jì)及均是通過約束表達(dá)式的系數(shù)反應(yīng)的；基于上述兩個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行有功潮流和無功潮流的聯(lián)合優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)，得到與各種安全約束相關(guān)的分量電價(jià)。所得到的有功和無功優(yōu)化潮流可供傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)度使用；所得的實(shí)時(shí)電價(jià)和分量電價(jià)可以反映不同節(jié)點(diǎn)的功率注入對每一種安全約束的影響，從而可以通過實(shí)時(shí)電價(jià)這一杠桿激勵(lì)市場參與者主動(dòng)與輸電網(wǎng)調(diào)度合作，積極維護(hù)系統(tǒng)安全。圖1是優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)流程圖；圖2是IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是P-Q解耦優(yōu)化一迭代流程圖；表1是實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域的臨界邊界超平面系數(shù)；表2是靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界邊界超平面系數(shù)；表3是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功電價(jià)及其電價(jià)分量；表4是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功電價(jià)及其電價(jià)分量；表5是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無功電價(jià)及其電價(jià)分量；表6是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的無功電價(jià)及其電價(jià)分量。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明作詳細(xì)說明，該發(fā)明的流程如圖l所示。第一步從EMS采集所需要的數(shù)據(jù)，并確定預(yù)想事故集；以IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為實(shí)施例，該節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。對于本實(shí)施例，可以直接輸入IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對于實(shí)際電力系統(tǒng)需要連接電網(wǎng)控制中心中的能量管理系統(tǒng)即EMS系統(tǒng)以獲取必要的數(shù)據(jù)。在該實(shí)施例中預(yù)想事故集包含6個(gè)預(yù)想事故，分別為線路4-14，5-6，16-21，17-18，23-24和26-29在送端(4，5，16，17，23，26母線側(cè))發(fā)生三相短路接地故障，故障持續(xù)0.1秒后故障線路被清除。每一個(gè)預(yù)想事故后系統(tǒng)都有一個(gè)臨界割集，保證靜態(tài)電壓穩(wěn)定的約束由6個(gè)割集組成。第二步基于采集到的數(shù)據(jù)和預(yù)想事故集中的每個(gè)預(yù)想事故，求取動(dòng)態(tài)安全域的臨界超平面系數(shù)和靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數(shù)，如表1和表2所示；表l與系數(shù)相關(guān)的故障線路(故障側(cè))26-29(26)16-21(16)17-18(17)23-25(23)4-14(4)5-6(5)尸G20扁2-0.0015-0細(xì)7-0.0004-0.1043-0.2534%2-0.03310.02960.04530.02610.87501.6976Ai30扁5-0.0025-0細(xì)8-0細(xì)4-0.0773-0.1236"G3-0.02070.03520.05100.10790.97711.4466Aj40雄0-0.0077-0.0015-0.0054-O扁l-0.0016"G4-0扁70細(xì)70.05100.14060,08190.0663尸G50.0009-0.0468-0.0018-0.0067-0.0038-0.0020t/G5-0.02070.91820.50740.14060.08190.0413尸G60扁7-0.0342-0.0017-0.0678-0.0035-0.0015"G6-0.02070.29190.06350.89320.09760.06630細(xì)8-0.0319-0.0020-0.0935-0.0041-0.0018f/G7-0.02070.21380.04530.50050.03470.0413尸G8-0.00210.0004-0.00080週0-0.00080扁5"G8-0.0827-0.00940,03160.00970.01900.0413尸G9-0.1275-0.0020-0馬3-0細(xì)3-0.0023-0.0012"G92,01740.03520,26510.00970.08190.04130扁50.0009-0細(xì)30.00220,00410.0058—0.0827-0.00940.00550.00970.01900.0413尸c0.00000扁70.00150.0017-0扁40.0026&o細(xì)o0扁8-0.00570週00.04560.0616尸/4一0細(xì)4-0篇20細(xì)50.00110.0161-0.00320細(xì)5-0.0017-0.0015-0.0037-0,0073—0.0197尸,70細(xì)00.00100.00210.00240細(xì)40.00350.0000-0.0020-0篇7-0扁2-0.0197-0.0371&—0細(xì)40細(xì)40細(xì)40.0011-0.0009—0.01130細(xì)5-0.0016-0.0014-0.0020—0.0183—0.02770.00000.02650細(xì)10.06590.12140.16950細(xì)0-0.0020-0.0022-0.0040-0.0224-0.0439-0.00060細(xì)70.00200篇80扁70,0045仏50細(xì)6-0.0026-0.0023-0.0087—0.0106-0.0142-0.00060.00720.00270.00170適70細(xì)40.0000—0.0027-0.0029-0扁9-0.0027-0.00320細(xì)00.0014-0.00030.00350.00420.00910.0028-0.0020—0.0005一0細(xì)8-0.0029-0扁4尸。00細(xì)00.00500.00270.00430.00530.00482/200.0000-0.0030—0,0015—0.0034-0.0020-0,0016尸/210.00000.02030扁70.02240.00780.01202/210細(xì)7-0細(xì)5-0.0025-0.0230-0.0049-0.00580細(xì)00.02250.01470.05060.01020.0132e。30扁0-0.0099-0.0020-0.0187-0.0029-0.0020o扁o0細(xì)60.0029-0.00080.00690,0047e。40.0000-0.0054-0.0036-0.0113一0.0080-0.0098/250.00120.00100.00300觀50.00460扁40250.0017-0.0013-0扁7-0細(xì)5-0.00100.0018^'260.01210.00160.00480據(jù)00.00740.0104&60.00410週4-0.0047—0.00140.00410.0050尸/27-0.00160細(xì)80.00190.00200扁70.00512/270.0039-0.0023-0.0028-0.0047-0扁3—0細(xì)7尸。80.03960篇10扁50.00270.0050O.O謂2。8-0.0289-0.0022-0.0050-0.00090.00250扁10.07020.00170.00820.00200.00760.0116&9一0扁80.0009-0.00520.00210.00260.0032尸丄310.00000.00020.00000扁50細(xì)90.0013&310.00000扁1—0細(xì)10細(xì)20.00030細(xì)6戶L390細(xì)00.02450細(xì)10細(xì)90.23280.3559込390細(xì)00.0051—0.00540.01250.01530.0185表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>7招亞而玄粉0.003156090.002442910.00017530超卞囬樂奴0.00025072-0.00019696-O,00013182割集3中的支路17-2714-15招巫而玄粉0.001855350.00099887跑卞LMJ爾劃-0.00034446-0.00053585割集4中的支路21-22招巫而玄救-0.00088716超卞囬承劃-0.00001331割集5中的支路25-2617-186-11紹巫而玄粉0.002140750.00072867-0.00032330超卞LMJ承梨-O.00000165-0.000151380.00069386割集6中的支路6-713-14紹蘋7ST玄救0.000266160.00038295々0.000281000.00018971第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進(jìn)而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)中的安全約束表達(dá)式；第四步將目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為使全網(wǎng)有功生產(chǎn)成本和無功生產(chǎn)成本總和最小，并將目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量均轉(zhuǎn)換為事故前注入功率空間上的量，預(yù)想事故集中的不同預(yù)想事故反映在約束表達(dá)式中系數(shù)的變化；第五步進(jìn)行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)，有功成本和無功成本采用解耦優(yōu)化-迭代處理方法，根據(jù)短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，求得計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或?qū)崟r(shí)電價(jià)，和/或與節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應(yīng)的分量電價(jià)。上述第三步、第四步和第五步所涉及的內(nèi)容詳細(xì)介紹如下1基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)模型設(shè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由w+l個(gè)節(jié)點(diǎn)，化條線路組成，其中節(jié)點(diǎn)0為松弛節(jié)點(diǎn)，用G:二{1,2,表示發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的集合；用Z^(+1,…,^表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的集合；用iV表示全部節(jié)點(diǎn)的集合，即iV-Gui:uO;用萬表示全部線路的集合。假設(shè)l:在運(yùn)行方式未重新調(diào)整的時(shí)段內(nèi)，節(jié)點(diǎn)注入功率在事故前、后保持不變。1.1潮流方程電力系統(tǒng)的潮流方程如下-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中Gy+y^為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的第々'元素。電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，因?yàn)閘&l足夠小，通常假設(shè)sin《《《-《和co《*1。對于高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，可假設(shè)Gy0，潮流方程可寫成如下形式i<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>當(dāng)f/,al(V/eiV)和忽略對地分支電納時(shí)，由式(3)可簡化出如下的直流潮流模型="(5)其中，e和戶e;R肝1，at=b—、a二E丄v/e7v;&=—丄v/，yew,/-7。戶'式(4)可用如下的矩陣形式表示t/=i)g(6)其中，f^Q0eR"+1，"二diag(iV..,Z)")，D,=^~^-V/eW。力e,注1:式(3)和式(4)用于優(yōu)化和定價(jià)模型中等式約束條件的描述；式(5)和式(6)僅用于支路潮流約束簡化表達(dá)式的推導(dǎo)中。1.2安全約束1.2.l線路潮流約束發(fā)熱條件限制了流過輸電線和變壓器的工作電流。由于在合理的運(yùn)行方式下，輸電線路主要傳輸有功功率，而且線路電流約束是柔性的，所以這種約束可以近似表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，f二(/^，…,A,，《)，if為支路/的最大容許傳輸功率-若支路/兩端節(jié)點(diǎn)為a和6，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(9)參照節(jié)1.1的假設(shè)條件可得-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(10)妙GW<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(11)式中，r,..，。，Kx。4—a)v^iv，z、(^，)rr、。1.2.2發(fā)電機(jī)出力約束若用《和i^表示發(fā)電機(jī)/容許的有功出力上、下限，用^f和化表示發(fā)電機(jī)/容許的無功出力上、下限，則發(fā)電機(jī)有功和無功出力約束可分別表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(12)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(13)式中，^和2e為發(fā)電機(jī)出力向量。1.2.3節(jié)點(diǎn)電壓約束若用t/,和[/,m分別表示節(jié)點(diǎn)/電壓的上下限時(shí)，則節(jié)點(diǎn)電壓幅值約束可定義為式中，Q,:={t/GeR|^《C/G,《，V/eG}，fV)—t^R"-"'l^^^《V/"}。1.2.4靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束對于既定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在臨界割集功率空間上，保持靜態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界點(diǎn)所形成的安全域，簡稱割集靜態(tài)電壓穩(wěn)定域，并用cvsr表示，其邊界可用一個(gè)如下的超平面近似描述<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(15)式中，/t是臨界割集CS中的支路，a和A是超平面系數(shù)，《和a分別是支路a:送端的有功和無功潮流。每個(gè)預(yù)想事故后網(wǎng)絡(luò)都有相應(yīng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域。在一些系統(tǒng)或情況下，特別是當(dāng)一條或若干條線路停運(yùn)時(shí)，'系統(tǒng)的弱節(jié)點(diǎn)可能分布在不同區(qū)域，這時(shí)就需要多個(gè)臨界割集，于是，系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域可定義如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(16)其中，CS是系統(tǒng)臨界割集的集合；CS(/)表示GS的第/元素，即割集"下標(biāo)/t表示第yt支路所對應(yīng)的系數(shù)或變量，如A和込分別是支路A送端的有功和無功功率。注2:需要強(qiáng)調(diào)的是式(16)中的系數(shù)和變量都是對應(yīng)于一個(gè)既定的網(wǎng)絡(luò)的。1.2.5暫態(tài)穩(wěn)定約束暫態(tài)穩(wěn)定約束用動(dòng)態(tài)安全域的方法來處理。對于既定的事故前、事故后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和既定事故，在注入功率空間上保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域的臨界面，可用一個(gè)或極少數(shù)幾個(gè)如下形式的超平面近似表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(17)式中，a,和A是超平面系數(shù)，f和g分別是節(jié)點(diǎn)/的注入功率。若發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的無功功率用端電壓t^表示時(shí)，動(dòng)態(tài)安全域可用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(18)其中，巧和込分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率和無功功率；電壓、有功功率和無功功率都是事故前的變量；a,，e,，7,和4是超平面系數(shù)，當(dāng)既定的事故前、事故中和事故后的網(wǎng)絡(luò)圖形確定之后，它們就唯一確定了。注3:為了簡單起見式(17)中只用一個(gè)超平面近似模擬動(dòng)態(tài)安全域的臨界面，在許多情況下其精度是可接受的。注4:上述約束，當(dāng)考慮預(yù)想事故集0^中的全部預(yù)憩事故時(shí)，結(jié)果的安全域應(yīng)是各預(yù)想事故所對應(yīng)的安全域的交集。于是系統(tǒng)的綜合暫態(tài)穩(wěn)定約束和綜合電壓穩(wěn)定約束可表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(20)其中，和分別為預(yù)想事故《所對應(yīng)的動(dòng)態(tài)安全域和事故后系統(tǒng)的臨界割集電壓穩(wěn)定域。1.3優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)及分解模型本發(fā)明的實(shí)時(shí)定價(jià)模型是基于最優(yōu)潮流的，其最優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)是使全網(wǎng)有功和無功功率發(fā)電總成本C:Z[C;,0^)+C。,(&,)]最小。其中&為發(fā)電機(jī)/輸出的有功功V,eG一率，Cp,(Pe,)為發(fā)電機(jī)/的有功生產(chǎn)成本，g^為發(fā)電機(jī)z'輸出的無功功率，(^,(2&)為發(fā)電機(jī)/的無功生產(chǎn)成本，G為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的集合。因?yàn)樵谳旊娋W(wǎng)絡(luò)中，有功潮流功率主要由節(jié)點(diǎn)電壓相角決定，而無功潮流主要由電壓幅值決定，故將有功成本優(yōu)化和無功成本優(yōu)化作解耦處理。1.3.1有功功率優(yōu)化和定價(jià)及電價(jià)分解模型目標(biāo)函數(shù)為使二次函數(shù)形式的有功生產(chǎn)成本最小，同時(shí)滿足式(3)給出的節(jié)點(diǎn)功率平衡約束，和由式(7)、(12)、(19)及(20)所定義的綜合安全約束集Rp:=QP,oQG/)oRdsoRra。注5:發(fā)電機(jī)無功出力約束(13)和節(jié)點(diǎn)電壓約束(14)將在無功定價(jià)的優(yōu)化過程中滿足，這里不再計(jì)及。以發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)上的有功注入作為優(yōu)化變量的優(yōu)化模型可表示如下(21)minC尸=1,好",/P尸g:w《《《,《Vz.eiV(22)V/eG(23)V/eSWeOSuO(24)v&cre(25)VfeCra(26)其中，cre表示預(yù)想事故集，Gsw是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),的臨界割集的集合，csx《/)表示cs(/)的第/個(gè)割集；下標(biāo)A:表示第A:支路所對應(yīng)的變量和系數(shù)，O為當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。式(21)中/;和及p分別為有功生產(chǎn)成本的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)系數(shù)矩陣，,eR^^^R"^;式(22)為節(jié)點(diǎn)有功功率平衡約束；式(23)為發(fā)電機(jī)有功出力約束；式(24)為線路潮流約束；式(25)為靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束，《表示事故后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；式(26)為暫態(tài)穩(wěn)定約束，f限定了事故中和事故后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，，,)是發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功注入的超平面系數(shù)。注6:因?yàn)楣?jié)點(diǎn)注入功率即發(fā)電功率和負(fù)荷功率是控制變量，且如假設(shè)l所述在運(yùn)行方式未重新調(diào)整的時(shí)段內(nèi)，這些節(jié)點(diǎn)注入功率在事故前、后是保持不變的。所以不僅目標(biāo)函數(shù)中的優(yōu)化變量采用節(jié)點(diǎn)注入功率，而且約束條件表達(dá)式中的事故后網(wǎng)絡(luò)支路上的功率變量也需轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)注入功率。有功功率定價(jià)的Lagrangian函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>是相應(yīng)約束的拉格朗日乘子'根據(jù)短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，可求得如下所示的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)有功功率電價(jià)/V,和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功功率電價(jià)/^，表示如下(27)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(28)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>29)式(28)表明，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功電價(jià)包含5個(gè)分量發(fā)電成本分量、發(fā)電機(jī)出力約束分量、線路熱穩(wěn)定約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束分量。式(29)表明負(fù)荷節(jié)點(diǎn)有功電價(jià)由功率平衡約束分量、線路熱穩(wěn)定約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束4個(gè)分量組成。1.3.2無功功率優(yōu)化和定價(jià)及電價(jià)分解模型采用無功機(jī)會成本作為目標(biāo)函數(shù)。機(jī)會成本的大小不僅與發(fā)電機(jī)的物理特性有關(guān)，而且在很大程度上還取決于電力市場的結(jié)構(gòu)與規(guī)則以及系統(tǒng)的調(diào)度方式。發(fā)電機(jī)的無功機(jī)會成本可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(30)式中，q^)為發(fā)電機(jī)q提供無功服務(wù)時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)會成本，^^為發(fā)電機(jī)允許的最大視在功率輸出，為發(fā)電機(jī)有功服務(wù)成本，^為發(fā)電廠的利潤率，一般為5%10%。依公式(30)可以計(jì)算出發(fā)電機(jī)無功功率與發(fā)電成本之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)(利潤率*取為5%)，進(jìn)而采用最小二乘法擬合得到包含一次項(xiàng)和二次項(xiàng)的無功發(fā)電成本的近似函數(shù)表達(dá)式。本發(fā)明無功定價(jià)模型的目標(biāo)函數(shù)是無功生產(chǎn)成本最小，約束條件是由式(4)定義的節(jié)點(diǎn)的無功平衡約束，和由式(13)、(14)、(19)及(20)所定義的無功定價(jià)綜合安全約束集I^:^n^nR^n1^。此時(shí)，線路熱穩(wěn)定約束由有功定價(jià)來滿足。以發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)上的無功注入作為優(yōu)化變量的優(yōu)化模型可表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>式(31)中/。和好e分別為無功生產(chǎn)成本的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)系數(shù)矩陣，/eeR，％eK!^。式(32)為節(jié)點(diǎn)無功功率平衡約束；式(33)為發(fā)電機(jī)無功出力約束；式(34)為節(jié)點(diǎn)電壓約束；式(35)為靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束；式(36)為暫態(tài)穩(wěn)定約束。上述無功優(yōu)化模型中約束表達(dá)式進(jìn)行了注6所述的處理，即把所有變量均轉(zhuǎn)化成節(jié)點(diǎn)注入功率?；诖四Ｐ涂蓪?dǎo)出如下無功功率定價(jià)的Lagrangian函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式中，)V(。，L(w，y^(")，Mw，]^,(。分別為相應(yīng)約束的拉格朗日乘子，其中的支路潮流按式(11)由節(jié)點(diǎn)無功注入表示。根據(jù)短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，所求得發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無功功率電價(jià)分別為如下所示的/^,和/^,:_3C。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式(38)表明，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的無功電價(jià)包含5個(gè)分量發(fā)電成本分量、發(fā)電機(jī)無功出力約束分量、電壓幅值約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束分量。式(39)表明負(fù)荷節(jié)點(diǎn)無功電價(jià)由功率平衡約束分量、電壓幅值約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束4個(gè)分量組成。2.算法采用解耦優(yōu)化一迭代的處理方法，算法如圖3所示。除分別按式(21)—(26)的有功定價(jià)模型進(jìn)行有功成本優(yōu)化，和按式(31)—(36)的無功定價(jià)模型進(jìn)行無功成本優(yōu)化外，還采用了兩個(gè)迭代過程。其一是無功成本優(yōu)化的內(nèi)部迭代；其二是有功成本優(yōu)化的內(nèi)部迭代。在無功成本優(yōu)化過程中，計(jì)算式(6)中的。,=1/1^-^^)時(shí)，其中/力e'的節(jié)點(diǎn)電壓幅值^的初始值采用上次無功成本優(yōu)化的結(jié)果，在獲得無功成本優(yōu)化新的優(yōu)化結(jié)果后，利用""=Af/^))^)對d,=)中的節(jié)點(diǎn)電壓^進(jìn)行修正，直至滿足收斂條件t/fSlO—4,VyeA^。在有功成本優(yōu)化過程中，節(jié)點(diǎn)電壓幅值采用無功優(yōu)化后的結(jié)果，而節(jié)點(diǎn)電壓相角的初始值釆用上次有功成本優(yōu)化的結(jié)果，在獲得有功成本優(yōu)化新的優(yōu)化結(jié)果尸W后，利用^^A7"對節(jié)點(diǎn)電壓相角進(jìn)行修正，直至滿足收斂條件l《"-《"—"l^lO"，V/eW，從而得到有功和無功優(yōu)化潮流的最終結(jié)果。'如圖3所示。由于目標(biāo)函數(shù)為二次形式，所有約束條件均為線性表達(dá)式，因此可釆用二次規(guī)劃法求解。3.算例數(shù)據(jù)與分析以10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為實(shí)施例，用本發(fā)明進(jìn)行優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)及電價(jià)分解。預(yù)想事故集中包括6個(gè)預(yù)想事故，分別為線路4-14，5-6，16-21，17-18，23-24和26-29在送端(4，5，16,17，23，26母線側(cè))發(fā)生三相短路接地故障，故障持續(xù)O.l秒后故障線路被清除。每一個(gè)預(yù)想事故后系統(tǒng)都有一個(gè)臨界割集，保證靜態(tài)電壓穩(wěn)定的約束由6個(gè)割集組成。正的電價(jià)分量表明在該節(jié)點(diǎn)上增加發(fā)電量(負(fù)荷)，將會減輕(加劇)相應(yīng)約束的違限。而負(fù)的電價(jià)分量表明在該節(jié)點(diǎn)上增加發(fā)電量(負(fù)荷)，將會加劇(減輕)相應(yīng)約束的違限。表3為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功電價(jià)及其分量。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在4個(gè)電價(jià)分量中，功率平衡約束分量占主要成份，線路熱穩(wěn)定約束分量相對較小，暫態(tài)穩(wěn)定約束分量更小。由于10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)存在的主要是暫態(tài)穩(wěn)定問題，靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束總是滿足的，所以該電價(jià)分量為零。利用節(jié)點(diǎn)電價(jià)分量值的大小和正負(fù)，可識別網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)和減輕輸電阻塞的潛在手段。如表3中25號節(jié)點(diǎn)的線路熱穩(wěn)定約束電價(jià)分量為負(fù)值，3號和18號節(jié)點(diǎn)的該電價(jià)分量較大，表明增加25號節(jié)點(diǎn)上的負(fù)荷、減小3號和18號節(jié)點(diǎn)上的負(fù)荷對改善線路阻塞起重要作用。21、28和29號節(jié)點(diǎn)暫態(tài)穩(wěn)定分量電價(jià)較高，減小這些節(jié)點(diǎn)上的負(fù)荷有利于維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的有功電價(jià)及其分量如表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>當(dāng)無功負(fù)荷增加時(shí)，仿真結(jié)果表明相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的無功電價(jià)顯著增大。發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的無功電價(jià)及其分量如表6。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>每臺發(fā)電機(jī)調(diào)整無功出力都會對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有影響，而只有33、36、38和39號節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)調(diào)整無功出力才會對節(jié)點(diǎn)電壓約束有明顯影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，不同約束的破壞對系統(tǒng)的影響是不同的，如事故后的熱穩(wěn)定越限和電壓水平越限所帶來的后果與暫態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)電壓穩(wěn)定破壞的后果不同，而且當(dāng)電壓水平控制在±(5%-10%)的范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)一般不會再出現(xiàn)靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題，所以對于電壓幅值約束所要檢驗(yàn)的預(yù)想事故集可以是暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)電壓穩(wěn)定性約束檢驗(yàn)的預(yù)想事故集的子集。本發(fā)明提出的一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，同時(shí)考慮了靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，以總生產(chǎn)成本為目標(biāo)函數(shù)，無功功率生產(chǎn)成本采用機(jī)會成本。該模型目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的量，即發(fā)電功率和負(fù)荷功率，不同預(yù)想事故的計(jì)及均是通過約束表達(dá)式的系數(shù)的變化反應(yīng)的。這使得該模型不僅更便于計(jì)及預(yù)想事故集，而且表達(dá)式簡明、物理意義清晰。利用短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功和無功分別定價(jià)，并導(dǎo)出了與各種約束相關(guān)的分量電價(jià)。所得的節(jié)點(diǎn)有功和無功電價(jià)由成本費(fèi)用和各種安全費(fèi)用組成，在安全約束沒有被違背的情況下，生產(chǎn)成本費(fèi)用在電價(jià)中占主要部分，反之，相應(yīng)的安全費(fèi)用會有很大提高。分量電價(jià)可以反映不同節(jié)點(diǎn)的功率注入對每一種約束的影響，從而可以通過節(jié)點(diǎn)電價(jià)這一杠桿激勵(lì)市場參與者主動(dòng)與輸電網(wǎng)調(diào)度合作，實(shí)時(shí)調(diào)整其發(fā)用電行為，共同維護(hù)系統(tǒng)安全。在無功不足導(dǎo)致電壓越限或危及電壓穩(wěn)定性時(shí)，無功電價(jià)將大幅度提高，其應(yīng)用可使發(fā)電廠的無功服務(wù)得到合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，同時(shí)也鼓勵(lì)用戶安裝無功補(bǔ)償裝置，積極維持系統(tǒng)的電壓安全性。權(quán)利要求1.一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其步驟如下第一步從電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)采集所需要的數(shù)據(jù)，確定預(yù)想事故集；第二步針對預(yù)想事故集，求取注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域的臨界超平面系數(shù)和割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數(shù)；第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進(jìn)而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)中的約束表達(dá)式；第四步將目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為使全網(wǎng)有功生產(chǎn)成本和無功生產(chǎn)成本總和最小，并將目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量均轉(zhuǎn)換為事故前注入功率空間上的量，預(yù)想事故集中的不同預(yù)想事故反映在約束表達(dá)式中系數(shù)的變化；第五步進(jìn)行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實(shí)時(shí)定價(jià)，得到計(jì)及節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或?qū)崟r(shí)電價(jià)，和/或與節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應(yīng)的分量電價(jià)。2.如權(quán)利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其中第三步中的靜態(tài)安全約束是指線路潮流約束、發(fā)電機(jī)出力約束及節(jié)點(diǎn)電壓約束。3.如權(quán)利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其中第四步中所述事故前注入功率空間上的量是指電力系統(tǒng)可調(diào)度的量。4.如權(quán)利要求3所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其中所述電力系統(tǒng)可調(diào)度的量包括發(fā)電功率和負(fù)荷功率。5.如權(quán)利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，其中第五步中，根據(jù)短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功生產(chǎn)成本和無功生產(chǎn)成本采用解耦優(yōu)化-迭代的處理方法，得到實(shí)時(shí)電價(jià)，和/或與節(jié)點(diǎn)功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應(yīng)的分量電價(jià)。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實(shí)時(shí)定價(jià)方法，利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進(jìn)而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，目標(biāo)函數(shù)和約束表達(dá)式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的電力系統(tǒng)可調(diào)度的量，預(yù)想事故集中不同預(yù)想事故的計(jì)及反映在約束表達(dá)式系數(shù)的變化。在求解方法中，采用對有功、無功生產(chǎn)成本解耦優(yōu)化—迭代的處理方法，求得節(jié)點(diǎn)有功和無功電價(jià)及其與不同約束相關(guān)的分量電價(jià)。所得的分量電價(jià)反映不同節(jié)點(diǎn)的功率注入對相應(yīng)約束的影響，利用實(shí)時(shí)電價(jià)激勵(lì)市場參與者積極參與維護(hù)系統(tǒng)安全。文檔編號H02J3/00GK101281637SQ20081005308公開日2008年10月8日申請日期2008年5月9日優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日發(fā)明者余貽鑫,王艷君申請人:天津大學(xué)