考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法及裝置，包括：從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力及斷面安全的角度，建立最惡劣場景模型，最惡劣場景模型考慮風(fēng)電場集電線路m重故障情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性問題；利用最惡劣場景模型，將最小棄風(fēng)要求作為優(yōu)化模型的目標(biāo)、將最惡劣風(fēng)電出力情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性要求作為約束條件，建立魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模型；通過變量等價替換法及線性規(guī)劃的強(qiáng)對偶原理，將魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單層二次規(guī)劃問題，并采用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)火電出力計劃值及風(fēng)電最大計劃區(qū)間；按照滿足最優(yōu)火電出力計劃值及風(fēng)電最大計劃區(qū)間的條件進(jìn)行風(fēng)電調(diào)度，實現(xiàn)魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度。
【專利說明】考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種考慮風(fēng)電場集電線故障 的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電可開發(fā)利用的潛力巨大，是未來能源體系中的一個重要組成部分。但風(fēng)電的 可預(yù)測性和可控性差，且風(fēng)電場集電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及保護(hù)配置薄弱，使得風(fēng)電的大規(guī)模并 網(wǎng)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性顯著增大，可能導(dǎo)致采用確定性模型求解出的調(diào)度策略在 實際運(yùn)行中不可行，這種不可行包括系統(tǒng)動態(tài)備用容量不足、聯(lián)絡(luò)斷面?zhèn)鬏斈芰θ狈σ约?電壓安全約束被破壞等。因此，需要在有功調(diào)度過程中考慮風(fēng)電出力不確定性的影響，建立 基于不確定性模型的調(diào)控方法。
[0003] 不確定性分析的主流方法是基于概率論的方法，例如隨機(jī)規(guī)劃及機(jī)會約束規(guī)劃 等。隨機(jī)規(guī)劃模型一般都假定隨機(jī)參數(shù)的概率分布已知，而實際問題存在多種形式的不確 定性，其概率分布難以精確刻畫。同時，概率模型的計算量巨大，一般只能采樣其中有限個 場景建立近似模型，使得由此獲得的調(diào)度策略的計算精度和安全性都難以保證。
[0004] 魯棒優(yōu)化是一種能夠使得優(yōu)化解在指定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，當(dāng)不確定參數(shù)在一個有界集 合內(nèi)任意變化時確?？尚械臎Q策方法。魯棒優(yōu)化的目的是求得這樣一個解，它使得對于系 統(tǒng)內(nèi)部和外部不確定參數(shù)的所有可能變化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性及相關(guān)性能指標(biāo)仍能得到滿足， 并且使得最壞情況下的目標(biāo)函數(shù)值取得最優(yōu)。魯棒優(yōu)化方法適用于以穩(wěn)定性和可靠性作為 首要目標(biāo)的應(yīng)用，特別是對那些比較關(guān)鍵且不確定因素變化范圍大、穩(wěn)定裕度小的對象。同 時，魯棒優(yōu)化過程不需要獲知變量的具體概率分布，而只需要包括期望值及變化范圍等不 確定性變量的分布信息即可。
[0005] 但傳統(tǒng)魯棒優(yōu)化調(diào)度問題較多關(guān)注于不確定參數(shù)在預(yù)測值或期望值基礎(chǔ)上的誤 差變化問題。具體到魯棒風(fēng)電有功調(diào)度方面，一般指的是風(fēng)電預(yù)測結(jié)果的不確定性對系統(tǒng) 安全的影響，而缺乏對風(fēng)電場集電線路故障跳閘情況的考慮。而在實際運(yùn)行過程中，風(fēng)電場 集電線路無論在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還是繼電保護(hù)配置方面，都是電網(wǎng)運(yùn)行中一個十分薄弱的環(huán)節(jié)， 故障跳閘情況較為常見。對電網(wǎng)而言，大容量風(fēng)機(jī)集電線路容量可達(dá)幾十甚至上百兆瓦，其 故障跳閘對系統(tǒng)造成的沖擊較大，因此，有必要在風(fēng)電有功調(diào)度過程中加入對該問題的考 慮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對大規(guī)模風(fēng)電集中接入情況下，由于風(fēng)機(jī)集電線路m重故障的不確定性造成的 電力系統(tǒng)運(yùn)行安全問題，本發(fā)明提出一種考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法 及裝置，該技術(shù)方案可在保證系統(tǒng)運(yùn)行安全的前提下，最大限度提高電網(wǎng)對風(fēng)電的消納能 力，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度 方法，該方法包括：
[0008] 從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力及斷面安全的角度,建立最惡劣場景模型，所述最惡劣 場景模型考慮風(fēng)電場集電線路m重故障情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性問題；
[0009] 利用所述最惡劣場景模型，將最小棄風(fēng)要求作為優(yōu)化模型的目標(biāo)、將最惡劣風(fēng)電 出力情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性要求作為約束條件，建立魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模 型；
[0010] 通過變量等價替換法及線性規(guī)劃的強(qiáng)對偶原理，將所述魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū) 間優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單層二次規(guī)劃問題，并采用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)火電出力計劃值Pit及 風(fēng)電最大計劃區(qū)間

【權(quán)利要求】
1. 一種考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括： 從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力及斷面安全的角度，建立最惡劣場景模型，所述最惡劣場景 模型考慮風(fēng)電場集電線路m重故障情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性問題； 利用所述最惡劣場景模型，將最小棄風(fēng)要求作為優(yōu)化模型的目標(biāo)、將最惡劣風(fēng)電出力 情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性要求作為約束條件，建立魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模型； 通過變量等價替換法及線性規(guī)劃的強(qiáng)對偶原理，將所述魯棒雙層風(fēng)電混合整數(shù)區(qū)間優(yōu) 化模型轉(zhuǎn)化為單層二次規(guī)劃問題，并采用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)火電出力計劃值Pit及風(fēng)電 最大計劃區(qū)間
； 按照滿足所述最優(yōu)火電出力計劃值Pit及風(fēng)電最大計劃區(qū)間
的條件進(jìn)行 風(fēng)電調(diào)度，實現(xiàn)考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述最惡劣場景模型包括第一種最惡劣場 景模型和第二種最惡劣場景模型；其中， 所述第一種最惡劣場景模型為：從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力的角度出發(fā)，由于風(fēng)電場集 電線路故障及風(fēng)電出力偏差導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組的備用容量達(dá)到最??； 所述第二種最惡劣場景模型為：從斷面安全的角度出發(fā)，考慮風(fēng)電場集電線路故障及 風(fēng)電出力偏差導(dǎo)致斷面負(fù)載率達(dá)到最大。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一種最惡劣場景模型包括兩種情況， 第一種情況為：風(fēng)電出力的變化導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組的上旋備裕度達(dá)到最小；建立下式的最惡劣 情況判別條件：
其中，Ut為第t時段的系統(tǒng)上備用裕度的最小值；Pi,t為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的 出力計劃；圮為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的上備用容量；P；'1為此種情況下的風(fēng)電出力； Dt為第t時段的系統(tǒng)負(fù)荷需求；G_為常規(guī)機(jī)組集合,Gwind為風(fēng)電機(jī)組集合；ivCwrarf為系統(tǒng)中 所有風(fēng)電場集電線路的條數(shù);m為最大容許的集電線路跳閘條數(shù)；g為第j個風(fēng)電場的裝 機(jī)容量；^為第j個風(fēng)電場內(nèi)第k條集電線路的裝機(jī)容量；/^max、分別為風(fēng)電允許 出力區(qū)間的上下限；
為第j個風(fēng)電場的第k條集電線路在第t時段的運(yùn)行狀態(tài)： 正常運(yùn)行時取1，事故跳閘時取〇 ; 第二種情況為：風(fēng)電出力的變化導(dǎo)致常規(guī)發(fā)電機(jī)的下旋備裕度達(dá)到最??；建立下式的 最惡劣情況判別條件：
其中，dt為第t時段的系統(tǒng)下旋備裕度的最小值；以)2為此種最惡劣情況下的風(fēng)電出 力；為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的下旋備容量。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二種最惡劣場景模型包括兩種情況， 第一種情況為：風(fēng)電出力突然變化導(dǎo)致斷面正向負(fù)載達(dá)到最大；建立下式的最惡劣情況判 別條件：
其中，1為斷面編號，1 = 1，…L，L為總斷面數(shù)，ku為第i臺機(jī)組對第1個斷面的靈 敏度，冗3為此種情況下的風(fēng)電出力，Lu1,,為第t時段斷面t負(fù)載的最大值；rit為第i臺機(jī) 組在第t時段的出力調(diào)整量； 第二種情況為：風(fēng)電出力突然變化導(dǎo)致斷面反向負(fù)載達(dá)到最大，建立下式的最惡劣情 況判別條件：
其中，P)/4為此種情況下的風(fēng)電出力，Ld1,,為第t時段斷面1正向負(fù)載最小值或反向最 大值。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化模型的表達(dá)式為：
其中，a^bpCi分別為常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本系數(shù)；h代表優(yōu)化過程的起始時段；Ttl代表 優(yōu)化過程的終止時段，」為棄風(fēng)成本系數(shù)；g為第j個風(fēng)電場在第t時段的預(yù)測出力區(qū) 間上限值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述約束條件包括：風(fēng)電機(jī)組的出力約束、 最惡劣場景下的系統(tǒng)備用裕度約束、最惡劣場景下的傳輸斷面安全約束、常規(guī)機(jī)組的上旋 備容量約束、常規(guī)機(jī)組的下旋備容量約束、最惡劣情況下常規(guī)機(jī)組出力的連續(xù)可行性約束、 發(fā)電負(fù)荷平衡約束、常規(guī)機(jī)組的出力限值約束和常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束；其中， 所述風(fēng)電機(jī)組的出力約束的表達(dá)式為：
所述最惡劣場景下的系統(tǒng)備用裕度約束的表達(dá)式為：
所述最惡劣場景下的傳輸斷面安全約束的表達(dá)式為：
所述常規(guī)機(jī)組的上旋備容量約束的表達(dá)式：
其中，T為采樣間隔； 所述常規(guī)機(jī)組的下旋備容量約束的表達(dá)式：
所述最惡劣情況下常規(guī)機(jī)組出力的連續(xù)可行性約束的表達(dá)式：
其中，為第一種最惡劣情況下發(fā)電機(jī)i在t時段的出力調(diào)整量；為第二種最惡 劣情況下發(fā)電機(jī)i在t時段的出力調(diào)整量； 所述發(fā)電負(fù)荷平衡約束的表達(dá)式：
所述常規(guī)機(jī)組的出力限值約束的表達(dá)式：
其中，瓦、邁分別為常規(guī)機(jī)組的出力上下限； 所述常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束的表達(dá)式：
其中，ApUi、Apdi為常規(guī)機(jī)組向上及向下的爬坡率。
7. -種考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度裝置，其特征在于，該裝置包括： 最惡劣場景模型確立單元，用于從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力及斷面安全的角度，建立最 惡劣場景模型，所述最惡劣場景模型考慮風(fēng)電場集電線路m重故障情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全 性問題； 優(yōu)化模型建立單元，用于根據(jù)所述最惡劣場景模型，將最小棄風(fēng)要求作為優(yōu)化模型的 目標(biāo)、將最惡劣風(fēng)電出力情況下的系統(tǒng)運(yùn)行安全性要求作為約束條件，建立魯棒雙層風(fēng)電 混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模型； 求解單元，用于通過變量等價替換法及線性規(guī)劃的強(qiáng)對偶原理，將所述魯棒雙層風(fēng)電 混合整數(shù)區(qū)間優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單層二次規(guī)劃問題，并采用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)火電出力計 劃值Pit及風(fēng)電最大計劃區(qū)間
； 調(diào)度單元，用于按照滿足所述最優(yōu)火電出力計劃值Pit及風(fēng)電最大計劃區(qū)間
的條件進(jìn)行風(fēng)電調(diào)度，實現(xiàn)考慮風(fēng)電場集電線故障的魯棒區(qū)間風(fēng)電調(diào)度。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述最惡劣場景模型確立單元建立的最惡 劣場景模型包括第一種最惡劣場景模型和第二種最惡劣場景模型；其中， 所述第一種最惡劣場景模型為：從電力系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力的角度出發(fā)，由于風(fēng)電場集 電線路故障及風(fēng)電出力偏差導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組的備用容量達(dá)到最小； 所述第二種最惡劣場景模型為：從斷面安全的角度出發(fā)，考慮風(fēng)電場集電線路故障及 風(fēng)電出力偏差導(dǎo)致斷面負(fù)載率達(dá)到最大。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述最惡劣場景模型確立單元建立的第一 種最惡劣場景包括兩種情況，第一種情況為：風(fēng)電出力的變化導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組的上旋備裕度 達(dá)到最??；建立下式的最惡劣情況判別條件：
其中，Ut為第t時段的系統(tǒng)上備用裕度的最小值；Pi,t為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的 出力計劃；為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的上備用容量；乂)1為此種情況下的風(fēng)電出力； Dt為第t時段的系統(tǒng)負(fù)荷需求；G_為常規(guī)機(jī)組集合，Gwind為風(fēng)電機(jī)組集合；為系統(tǒng)中 所有風(fēng)電場集電線路的條數(shù);m為最大容許的集電線路跳閘條數(shù)；寫為第j個風(fēng)電場的裝 機(jī)容量；f為第j個風(fēng)電場內(nèi)第k條集電線路的裝機(jī)容量；分別為風(fēng)電允許 出力區(qū)間的上下限；4e丨0,U為第j個風(fēng)電場的第k條集電線路在第t時段的運(yùn)行狀態(tài)： 正常運(yùn)行時取1，事故跳閘時取〇; 第二種情況為：風(fēng)電出力的變化導(dǎo)致常規(guī)發(fā)電機(jī)的下旋備裕度達(dá)到最小；建立下式的 最惡劣情況判別條件：
其中，dt為第t時段的系統(tǒng)下旋備裕度的最小值；為此種最惡劣情況下的風(fēng)電出 力；為第i臺常規(guī)機(jī)組在第t時段的下旋備容量。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述最惡劣場景模型確立單元建立的第二 種最惡劣場景包括兩種情況，第一種情況為：風(fēng)電出力突然變化導(dǎo)致斷面正向負(fù)載達(dá)到最 大；建立下式的最惡劣情況判別條件：
其中，1為斷面編號，1 = 1，…L，L為總斷面數(shù)，ku為第i臺機(jī)組對第1個斷面的靈 敏度，以/3為此種情況下的風(fēng)電出力，Lu1,,為第t時段斷面1負(fù)載的最大值；rit為第i臺機(jī) 組在第t時段的出力調(diào)整量； 第二種情況為：風(fēng)電出力突然變化導(dǎo)致斷面反向負(fù)載達(dá)到最大，建立下式的最惡劣情 況判別條件：
其中，以/4為此種情況下的風(fēng)電出力，Ld1,t為第t時段斷面1正向負(fù)載最小值或反向 最大值。
11. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述優(yōu)化模型建立單元建立的優(yōu)化模型的 表達(dá)式為：
其中，分別為常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本系數(shù)；h代表優(yōu)化過程的起始時段；Ttl代表 優(yōu)化過程的終止時段，」為棄風(fēng)成本系數(shù)；g為第j個風(fēng)電場在第t時段的預(yù)測出力區(qū) 間上限值。
12. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述優(yōu)化模型建立單元建立的優(yōu)化模型的 約束條件包括：風(fēng)電機(jī)組的出力約束、最惡劣場景下的系統(tǒng)備用裕度約束、最惡劣場景下的 傳輸斷面安全約束、常規(guī)機(jī)組的上旋備容量約束、常規(guī)機(jī)組的下旋備容量約束、最惡劣情況 下常規(guī)機(jī)組出力的連續(xù)可行性約束、發(fā)電負(fù)荷平衡約束、常規(guī)機(jī)組的出力限值約束和常規(guī) 機(jī)組的爬坡率約束；其中， 所述風(fēng)電機(jī)組的出力約束的表達(dá)式為：
所述最惡劣場景下的系統(tǒng)備用裕度約束的表達(dá)式為：

所述最惡劣場景下的傳輸斷面安全約束的表達(dá)式為：
所述常規(guī)機(jī)組的上旋備容量約束的表達(dá)式：
其中，T為采樣間隔； 所述常規(guī)機(jī)組的下旋備容量約束的表達(dá)式：
所述最惡劣情況下常規(guī)機(jī)組出力的連續(xù)可行性約束的表達(dá)式：
其中，Ag為第一種最惡劣情況下發(fā)電機(jī)i在t時段的出力調(diào)整量；為第二種最惡 劣情況下發(fā)電機(jī)i在t時段的出力調(diào)整量； 所述發(fā)電負(fù)荷平衡約束的表達(dá)式：
所述常規(guī)機(jī)組的出力限值約束的表達(dá)式：
其中，瓦、苧分別為常規(guī)機(jī)組的出力上下限； 所述常規(guī)機(jī)組的爬坡率約束的表達(dá)式：
其中，ApUi、Apdi為常規(guī)機(jī)組向上及向下的爬坡率。
【文檔編號】H02J3/46GK104242356SQ201410500326
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】陳建華, 楊志剛, 崔慧軍, 李膨源, 王東立, 康偉, 翟丙旭 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司