一種考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優化安排方法
【專利摘要】本發明公開了一種考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優化安排方法，適用于大擾動下兼顧經濟性和可靠性的電力系統日前發電計劃和旋轉備用優化配置。本發明方法在現有的電力系統日前調度和旋轉備用優化配置的基礎上，將頻率安全性引入約束條件中，從而提高了優化結果的可靠性，并提出一種計及頻率安全性的旋轉備用評價指標。相比現有技術，本發明可獲得兼顧經濟性和可靠性的日前發電計劃和旋轉備用優化配置方案。
【專利說明】
一種考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優 化安排方法
技術領域
[0001] 本發明屬于電網調度運行控制領域，具體涉及一種考慮頻率安全約束下的機組日 前發電計劃及旋轉備用優化安排方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著大規模新能源和大容量交直流電源的接入以及需求側響應的參與使 得我國能源結構發生巨大變化，由此造成的波動性、不確定性和逆調峰性也給系統的安全 穩定運行帶來了諸多問題。為了維持電力系統可靠運行，電力系統必須配置一定容量的旋 轉備用以保證一次調頻的正常運作，滿足各種運行和事故情況下的系統快速有功需求。因 此，為了維持全網的經濟穩定運行，結合頻率安全約束，合理安排日前發電計劃并預留恰當 且充足的旋轉備用對于保證電力系統安全、經濟運行是至關重要的。
[0003] 機組日前發電計劃和旋轉備用容量配置的優化長期以來都是十分重要的課題。隨 著大規模風電等隨機性新能源以及大容量交直流電源的接入，關于暫態穩定約束對于旋轉 備用容量配置的影響開始逐漸進入各國學者的研究領域。
[0004] 文獻一《電力系統旋轉事故備用容量的配置研究》（電力系統自動化，2014年第38 卷第19期第114頁)詳細綜述了國內外旋轉事故備用容量配置標準狀況并進行了分析，從系 統頻率響應方面提出了旋轉事故備用容量配置建議，但僅給出了建議的指標取值范圍，沒 有提出具有嚴格理論推導的公式、模型、指標和評估方法。
[0005] 文南犬二《ParalIel Augment Lagrangian Relaxation Method for Transient Stability Constrained Unit Commitment》（IEEE Transactions on Power Systems, 2013年第28卷第2期第 1140頁，DOI :10.1109/TPWRS. 2012.2216553)提出了TSCUC的概念，并 使用增廣的拉格朗日法結合變量復制技術和輔助問題原理將原問題分解為一般的機組組 合問題和TSCOPF問題兩個子問題求解。文獻三《A Decomposition-Based Practical Approach to Transient Stability-Constrained Unit Commitment》（IEEE Transactions on Power Systems, 2015 年第30 卷第3 期第1455 頁，D0I:10.1109/ TPWRS. 2014.2350476)將原問題分解為一系列穩定安全約束和暫態穩定約束子問題求解， 提出使用Benders割和自定義的穩態割結合EEAC求解TSCUC問題。上述方法均針對暫態穩定 問題的功角求解，并沒有考慮頻率安全問題，也沒有提出與旋轉備用配置容量相對應的指 標予以評估。
[0006] 文南犬四《Maximum penetration level of wind generation considering power system security limits〉〉（IET Generation，Transmission&Distribution，2012年，第6卷 第11期第1164頁，DOI: 10.1049/iet-gtd. 2012.0015)提出了一種決策最大風電滲透率的方 法，該方法將頻率安全性作為約束條件予以考慮。但該模型只涉及頻率安全對風電的接入 量的影響問題，并沒有針對頻率安全對旋轉備用優化分配的影響方面予以考慮。

【發明內容】

[0007] 本發明目的是:為了解決現有技術所存在的不能全面反映大擾動下的系統頻率安 全性的不足，提出一種計及頻率安全約束的機組日前發電計劃和旋轉備用配置的優化方 法，在現有的網絡安全約束下的機組日前發電計劃和旋轉備用配置方法的基礎上，將系統 的頻率安全性引入安全約束中，并提出旋轉備用電量可靠性概率指標。
[0008] 具體地說，本發明是采用以下技術方案實現的，包括以下步驟：
[0009] 1)構建風電、負荷、需求側響應以及機組組合的模型；
[0010] 2)選擇對系統線路開斷實驗預想故障集中的某個故障進行評估；
[0011] 3)根據所建模型計算機組日前發電計劃和需要的總旋轉備用容量以及需求側和 發電側的旋轉備用容量；
[0012] 4)仿真優化得出的旋轉備用容量是否滿足安全約束機組組合的各種安全約束條 件，如是，轉步驟5)，否則調整相關機組出力，轉步驟3);
[0013] 5)優化計算得出總旋轉備用量和總旋轉備用中需求側響應提供的容量計算得出 各機組需要提供的旋轉備用容量以及優化后的系統總成本，并判斷當前系統總成本是否為 優化后的最優成本，如是，轉步驟6)，否則，轉步驟3);
[0014] 6)仿真驗證優化得出的旋轉備用容量是否滿足頻率安全約束，如是，轉步驟7,否 則重新進行優化配置系統總旋轉備用容量以及發電側和需求側的旋轉備用容量，包括以下 步驟：
[0015] 6-1)仿真判斷優化得出的旋轉備用量能否滿足下式中故障態系統的動態調頻備 用約束，即如下式所設定的系統頻率安全約束，如是，則轉步驟7)，否則，轉步驟6-2):
[0016] 49.5Hz 彡 fTr(Xj)彡 50.5Hz
[0017] 49.8Hz^fste(Xj)^50.2Hz
[0018] Δ tTsc(XjX 15min
[0019]其中，fTr(Xj)為故障容量為Xj時最大暫態頻率波動值;f Ste(Xj)為故障容量為Xj時， 經過二次調頻以后達到的最大穩態頻率波動值；△ tkUJ為故障擾動恢復時間；
[0020] 6-2)根據下式計算當前狀態下的總旋轉備用量：
[0021]
[0022]
[0023] _
[0024] 其中，R/為發電側旋轉備用分配到需要提供的容量，Kc為發電機的單位調節功率， 為固有值，A f為系統頻率最大允許偏移量，Pi,t為機組i在日前電能市場時段t的出力，Iilt 為機組i在時段t的啟停狀態變量，N為所有參與電能市場競價的機組數，Ra為需求側分配到 需要提供的容量，Pl,t是時段t的實際負荷值;Kl為負荷的單位條件功率，為固有值，R t為能夠 提供的旋轉備用總量；
[0025] 6-3)判斷Rt是否超出系統可提供的最大旋轉備用量，如未超出，則說明現有旋轉 備用可以提供足夠容量保持系統的短時穩定，轉步驟3)，若超出，則說明要維持該故障態下 的系統穩定，現有的旋轉備用已不足以提供，可能需要切負荷措施，轉步驟3);
[0026] 7)判斷系統線路開斷實驗預想故障集中故障是否全部驗證，如是，則進行不可靠 概率的總體計算，轉步驟8)，否則，選擇對系統線路開斷實驗故障集中的另外的一個故障進 行評估，轉步驟3);
[0027] 8)判斷旋轉備用容量不足置信水平是否得到滿足，如是，則判定該系統旋轉備用 預留達到標準，否則，轉步驟3)對系統日前發電計劃和需要的總旋轉備用重新優化分配，包 括以下過程：
[0028] 根據步驟6得出的結果，利用下式計算所有故障狀態下旋轉備用容量不達標的概 率和：
[0029]
[0030] 式中，Xj為故障j損失的系統容量，X為預想故障集，p(Xj)為故障容量為Xj時旋轉備 用容量不達標的概率，PP為故障集中旋轉備用容量不達標的總概率，J(Xj)為故障容量為Xj 時預留旋轉備用容量是否滿足系統需求的狀態變量，J(Xj) = I表示預留旋轉備用容量不滿 足系統需求，迭代優化中需要切負荷操作，反之，J(Xj)=O表示預留旋轉備用容量滿足系統 需求，不需要切負荷操作，B( j)為故障j的故障率；
[0031] 根據計算所提出的預留旋轉備用容量不足指標判斷是否滿足下式，如是，則判定 該系統旋轉備用預留達到標準，系統優化求取出的旋轉備用及其分配滿足系統頻率安全約 束，該優化出的旋轉備用配置可以作為日前發電計劃最后在線應用的取值，否則，轉步驟3) 重新優化：
[0032]
[0033]式中，UPSRES為旋轉備用容量不足指標，Nx為預想故障集中故障個數，α為設定的 系統預留旋轉備用容量不足置信水平，〇<α<1。
[0034] 上述技術方案進一步特征在于，所述需求側響應的模型如下所述：
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]其中，Rt是最優旋轉備用容量;R/是發電側旋轉備用分配到的容量;Rr是需求側 響應分配到的容量;Ssr是發電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，0彡δ5Κ?;δ κ是需 求側響應占總旋轉備用的比例系數，,7/?/表示發電側對需求側響應提供的 旋轉備用容量的邊際替代率，表示每多獲取一單位的發電側選擇備用容量而要放棄的需求 側響應的容量;Xj為故障j損失的系統容量;X為預想故障集。
[0040]上述技術方案進一步特征在于，所述機組組合的模型如下：
[0041] 考慮風力發電和需求側響應同時參與下的機組組合模型的目標函數是根據系統 發電成本、發電側正負旋轉備用成本、棄風成本、失負荷成本和需求側響應成本優化求解出 系統最小發電總成本，其發電總成本的目標函數如下：
[0042]
[0043] 其中，Fo為系統的發電成本;為時段t的正旋轉備用成本;為時段t 的失負荷成本;為時段t的負旋轉備用成本；為時段t的棄風成本;和 分別是實際被調用的需求側的正、負旋轉備用容量;，是單位需求側響應的平均成本Jsr 是發電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，〇彡SsKUk是需求側響應占總旋轉備用 的比例系數，〇^ IL<l;T是研究的總時段數；
[0044] 在t時段的所有旋轉備用容量中實際被調度的發電出力和i?f應滿足：
[0045]
[0046]
[0047]其中，Pr是指發生某種情況的概率;Rtmax是最大旋轉備用容量;Pi, t是機組i在日前 電能市場時段t的出力；I1,t為機組i在時段t的啟停狀態變量，如果發電機組i在時段t故障 停機，則Ii, t = 〇,反之，Ii,t=l;PL,t是時段t的實際負荷值;α是給定的置信度水平，〇<α<1， 它反映了獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率;N是所有參與電能市場 競價的機組數；
[0048] 約束式s.t.中不等式的左側表示在計及負荷預測誤差和發電機組的故障停運的 情況下，實際在線運行的發電機組的總出力與實際可調用的旋轉備用總容量之和大于實際 負荷值的概率，亦即所獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率。
[0049] 本發明的有益效果如下：
[0050] 本發明通過將系統頻率安全性引入約束條件，使得系統大擾動下的暫態特性與穩 態系統相結合，提高了旋轉備用優化結果的實用參考價值;并通過提出的旋轉備用電量可 靠性概率指標對旋轉備用優化結果進行評估。相比現有技術，本發明具有以下優點：
[0051] -、計入了需求側響應模型作為總旋轉備用可調度的一部分，能夠更大限度的提 供可分配的旋轉備用容量。
[0052]二、綜合考慮網絡約束等因素，對旋轉備用容量細化分配到各個機組，為工程調度 人員提供更加詳細的參考。
[0053]三、結合大擾動下的頻率安全約束的影響優化出日前發電計劃和旋轉備用配置結 果，簡單可靠，易于實現。
[0054]四、本發明提出的針對旋轉備用電量可靠性的概率指標，可對旋轉備用優化結果 綜合評估，給實際工程調度提供理論參考。
【附圖說明】
[0055]圖1為本發明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0056]下面參照附圖并結合實例對本發明作進一步詳細描述。
[0057]本發明的思路是在現有機組日前發電計劃和旋轉備用配置的基礎上，加入需求側 響應作為可調度旋轉備用的一部分，將系統的頻率安全性引入約束條件中，并提出旋轉備 用電量可靠性指標，從而安全經濟地決策旋轉備用優化配置量，其具體流程如圖1所示。 [0058]步驟1:構建風電、負荷、需求側響應以及機組組合的模型。風電、負荷、需求側響應 的模型可參考現有的一些模型，本實施例采用的是以下現有模型：
[0059]風電系統的模型。本實施例采用的風速的不確定性模型服從Weibull分布，根據設 定的Weibull分布設定的參數，風速的大小、風機的額定功率和風機個數等輸入量可得出風 電場輸出功率的概率分布，具體計算方法和模型可以參見文獻五《考慮峰谷電價的風電-抽 水蓄能聯合系統能量轉化效益研究》(電網技術，2009年，第33卷第6期第14頁）。
[0060] 負荷的不確定性模型。本實施例采用的負荷的不確定性誤差模型服從正態分布， 根據負荷預測誤差以及設定的負荷預測誤差的標準差等輸入量可求得負荷預測誤差的概 率密度函數，由該負荷預測誤差的概率密度函數求得的負荷預測誤差加上負荷的預測值即 為實際的不確定性負荷變量，具體計算方法和模型可參見文獻六《基于隱性備用約束的機 組組合模型》（電力系統保護與控制，2013年，第41卷第1期第138頁）。
[0061] 需求側響應的模型；需求側、發電側提供的旋轉備用容量和系統總旋轉備用容量 可以在之后的日前發電計劃優化計算中分別求取，當旋轉備用容量在發電側和需求側的分 配完成后，發電側的旋轉備用及需求側響應占總旋轉備用的比例系數S sr和δκ就可以通過 公式求出，具體如下：
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 其中，Rt是最優旋轉備用容量;R/是發電側旋轉備用分配到的容量;Rk是需求側 響應分配到的容量;Ssr是發電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，0彡δ5Κ?;δ κ是需 求側響應占總旋轉備用的比例系數，〇<δa< 1; / ??/?/表示發電側對需求側響應提供的 旋轉備用容量的邊際替代率，即每多獲取一單位的發電側選擇備用容量而要放棄的需求側 響應的容量;Xj為故障j損失的系統容量;X為預想故障集。
[0067] 機組組合的模型。考慮風力發電和需求側響應同時參與下的機組組合模型的目標 函數是根據系統發電成本、發電側正負旋轉備用成本、棄風成本、失負荷成本和需求側響應 成本優化求解出系統最小發電總成本，其發電總成本的目標函數如下：
[0068]
[0069] 其中，Fo為系統的發電成本；Cf (i〇為時段t的正旋轉備用成本;(疋）為時段t 的失負荷成本;為時段t的負旋轉備用成本；為時段t的棄風成本;蘭 分別是實際被調用的需求側的正、負旋轉備用容量;k,,是單位需求側響應的平均成本;S sr 是發電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，〇彡SsKUk是需求側響應占總旋轉備用 的比例系數，〇^ IL<l;T是研究的總時段數。
[0070] 在t時段的所有旋轉備用容量中實際被調度的發電出力和if應滿足：
[0071]
[0072]
[0073]其中，Pr是指發生某種情況的概率;Rtmax是最大旋轉備用容量;Pi, t是機組i在日前 電能市場時段t的出力；I1,t為機組i在時段t的啟停狀態變量，如果發電機組i在時段t故障 停機，則Ii, t = 〇,反之，Ii,t=l;PL,t是時段t的實際負荷值;α是給定的置信度水平，〇<α<1， 它反映了獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率;N是所有參與電能市場 競價的機組數。約束式s.t.中不等式的左側表示在計及負荷預測誤差和發電機組的故障停 運的情況下，實際在線運行的發電機組的總出力與實際可調用的旋轉備用總容量之和大于 實際負荷值的概率，亦即所獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率。
[0074]步驟2:在此設系統優化迭代次數k，k為初始值為1的正整數，選擇對系統線路開斷 實驗預想故障集中的某個故障進行評估。
[0075] 步驟3:根據所建模型計算機組日前發電計劃和需要的總旋轉備用容量以及需求 側和發電側的旋轉備用容量。
[0076] 本步驟需要根據所建模型計算機組日前發電計劃和需要的總旋轉備用容量以及 需求側和發電側的旋轉備用容量，由失負荷成本、棄風賠償成本、系統不平衡功率的概率密 度函數以及系統的發電成本優化計算出棄風功率期望、功率缺額導致的失負荷期望，總旋 轉備用容量、需求側和發電側的旋轉備用容量以及系統最小發電總成本，其求解方法均為 現有技術，如可參見文獻八《一種含風電電力系統的日前發電計劃和旋轉備用決策模型》 (電力自動化設備，2014年，第34卷第5期第1頁）。其中的系統不平衡功率Z根據下式得出：
[0077]
[0078] 其中，Pcz為常規機組總出力計劃值，其等于負荷預測值與風電功率預測值之差； 再為負荷預測值;Wav為風電場實際發出功率；AP l為負荷預測誤。
[0079] 步驟4:仿真優化得出的旋轉備用容量是否滿足安全約束機組組合的各種安全約 束條件，如是，轉步驟5，否則調整相關機組出力，轉步驟3，重新進行優化配置系統機組總旋 轉備用容量以及發電側和需求側的旋轉備用容量。本實施例通過對系統安全約束的約束條 件仿真判斷驗證，通過迭代，更新優化結果以盡可能達到機組安全約束條件。
[0080] 步驟5:優化計算得出總旋轉備用量和總旋轉備用中需求側響應提供的容量計算 得出各機組需要提供的旋轉備用容量以及優化后的系統總成本，并判斷當前系統總成本是 否為優化后的最優成本，如是，轉步驟6，否則，轉步驟3，重新調整系統配置的機組總旋轉備 用容量以及發電側和需求側的旋轉備用容量。本步驟根據優化計算得出的總旋轉備用，通 過預測發電曲線、正旋轉備用全部使用時的最大發電曲線和負旋轉備用全部使用時的最小 發電曲線這三條曲線，分配得到發電側各機組的旋轉備用容量，其求解方法均為現有技術， 如可參見文獻八《一種含風電電力系統的日前發電計劃和旋轉備用決策模型》（電力自動化 設備，2014年，第34卷第5期第1頁），按其中三類發電負荷曲線來進行旋轉備用配置的思想 進行具體求取。根據目標函數和優化得到的機組、旋轉備用配置求得當前系統的總成本。本 實施例通過對系統總成本仿真判斷驗證，通過調整迭代，更新優化結果以盡可能達到系統 總成本最優。
[0081 ]步驟6:仿真驗證優化得出的旋轉備用容量是否滿足頻率安全約束，如是，轉步驟 7,否則重新進行優化配置系統總旋轉備用容量以及發電側和需求側的旋轉備用容量。本實 施例將頻率安全性計入系統優化約束條件，通過仿真判斷頻率安全性，通過迭代，更新優化 結果以盡可能達到約束條件。具體而言，步驟6中所述判斷優化得出的旋轉備用容量是否滿 足頻率安全約束，否則重新優化分配，具體按照以下方法：
[0082]步驟6-1:本實施例根據《電力系統安全穩定導則》的要求，參考文獻七《電力系統 旋轉事故備用容量的配置研究》（電力系統自動化，2014年，第38卷第19期第114頁)增加以 下頻率安全性約束條件，對模型做系統功率缺額事故實驗并計及風電預測誤差，仿真判斷 優化得出的旋轉備用量能否滿足下式中故障態系統的動態調頻備用約束，即如下式所設定 的系統頻率安全約束，如是，則轉步驟7，否則，轉步驟6-2:
[0083] 49.5Hz 彡 fTr(Xj)彡 50.5Hz
[0084] 49.8Hz^fste(Xj)^50.2Hz
[0085] Δ tTsc(XjX 15min
[0086] 其中，fTr(Xj)為故障容量為Xj時最大暫態頻率波動值;fSte(Xj)為故障容量為Xj時， 經過二次調頻以后達到的最大穩態頻率波動值；Δ tTsJXj)為故障擾動恢復時間；公式中fTr (X^fstJX』）、Atk(Xj)值皆為對模型做系統功率缺額事故實驗仿真得出的數據。
[0087]步驟6-2:參考文獻九《電力系統穩態分析》（中國電力出版社，2007年）中頻率的一 次調整部分，根據文獻反推出的下式，計算當前狀態下的總旋轉備用量，作為更新的量再帶 入優化迭代，具體如下：
[0088]
[0089]
[0090]
[0091] 其中，R/為發電側旋轉備用分配到需要提供的容量，Kc為發電機的單位調節功率， 為固有值，A f為系統頻率最大允許偏移量，Pi,t為機組i在日前電能市場時段t的出力，Iilt 為機組i在時段t的啟停狀態變量，N為所有參與電能市場競價的機組數，Ril為需求側分配到 需要提供的容量，Pl,t是時段t的實際負荷值;Kl為負荷的單位條件功率，為固有值，R t為可以 提供的旋轉備用總量。
[0092]步驟6-3:判斷反推出的Rt是否超出系統可提供的最大旋轉備用量，如未超出，則 說明現有旋轉備用可以提供足夠容量保持系統的短時穩定，轉步驟3,若超出，則說明要維 持該故障態下的系統穩定，現有的旋轉備用已不足以提供，可能需要切負荷等措施，轉步驟 3〇
[0093]步驟7:迭代次數k加 1，并判斷k值是否大于系統線路開斷實驗故障集中故障個數 Nx，即系統線路開斷實驗預想故障集中故障是否全部驗證，如是，則進行不可靠概率的總體 計算，轉步驟8,否則，選擇對系統線路開斷實驗故障集中的另外的一個故障進行評估，轉步 驟3。
[0094]步驟8:判斷旋轉備用容量不足置信水平是否得到滿足，如是，則判定該系統旋轉 備用預留達到標準，否則，轉步驟3對系統日前發電計劃和需要的總旋轉備用重新優化分 配，具體過程如下：
[0095] 根據步驟6得出的結果，利用下式計算所有故障狀態下旋轉備用容量不達標的概 率和：
[0096]
[0097] 式中，Xj為故障j損失的系統容量，X為預想故障集，p(Xj)為故障容量為Xj時旋轉備 用容量不達標的概率，PP為故障集中旋轉備用容量不達標的總概率，J(Xj)為故障容量為Xj 時預留旋轉備用容量是否滿足系統需求的狀態變量，J(Xj) = I表示預留旋轉備用容量不滿 足系統需求，迭代優化中需要切負荷操作，反之，J(Xj)=O表示預留旋轉備用容量滿足系統 需求，不需要切負荷操作，B(j)為故障j的故障率。
[0098] 根據計算所提出的預留旋轉備用容量不足指標判斷是否滿足下式，如是，則判定 該系統旋轉備用預留達到標準，系統優化求取出的旋轉備用及其分配滿足系統頻率安全約 束，該優化出的旋轉備用配置可以作為日前發電計劃最后在線應用的取值，否則，轉步驟3 重新優化：
[0099]
[0100]式中，UPSRES為旋轉備用容量不足指標，Nx為預想故障集中故障個數，α為設定的 系統預留旋轉備用容量不足置信水平〇<α<1，本實施例取值為α = 〇. 05。
[0101]上述方法可用于各級電網的調度控制中心的工程實際情況，基于頻率安全約束， 實現對電力系統日前發電計劃和旋轉備用的優化配置。
[0102]雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發明的。在不 脫離本發明之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發明之保護范圍。因 此本發明的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【主權項】
1. 一種考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優化安排方法，其特征在 于，包括以下步驟： 1) 構建風電、負荷、需求側響應以及機組組合的模型； 2) 選擇對系統線路開斷實驗預想故障集中的某個故障進行評估； 3) 根據所建模型計算機組日前發電計劃和需要的總旋轉備用容量以及需求側和發電 側的旋轉備用容量； 4) 仿真優化得出的旋轉備用容量是否滿足安全約束機組組合的各種安全約束條件，如 是，轉步驟5)，否則調整相關機組出力，轉步驟3); 5) 優化計算得出總旋轉備用量和總旋轉備用中需求側響應提供的容量計算得出各機 組需要提供的旋轉備用容量以及優化后的系統總成本，并判斷當前系統總成本是否為優化 后的最優成本，如是，轉步驟6)，否則，轉步驟3); 6) 仿真驗證優化得出的旋轉備用容量是否滿足頻率安全約束，如是，轉步驟7,否則重 新進行優化配置系統總旋轉備用容量以及發電側和需求側的旋轉備用容量，包括以下步 驟： 6-1)仿真判斷優化得出的旋轉備用量能否滿足下式中故障態系統的動態調頻備用約 束，即如下式所設定的系統頻率安全約束，如是，則轉步驟7)，否則，轉步驟6-2): 49.5Hz^fTr(Xj)^50.5Hz 49.8Hz^fste(Xj)^50.2Hz A tTsc(XjXl5min 其中，fTr(Xj)為故障容量為Xj時最大暫態頻率波動值;fstJXj)為故障容量為Xj時，經過 二次調頻以后達到的最大穩態頻率波動值；A tTsc^Xj)為故障擾動恢復時間； 6-2)根據下式計算當前狀態下的總旋轉備用量：RlL = PL,t-KL A f Rt = R/ +Ril 其中，R/為發電側旋轉備用分配到需要提供的容量，KC為發電機的單位調節功率，為固 有值，A f為系統頻率最大允許偏移量，Pi, t為機組i在日前電能市場時段t的出力，Ii, t為機 組i在時段t的啟停狀態變量，N為所有參與電能市場競價的機組數，RIL為需求側分配到需要 提供的容量，P L,t是時段t的實際負荷值;KL為負荷的單位條件功率，為固有值，Rt為能夠提供 的旋轉備用總量； 6-3)判斷Rt是否超出系統可提供的最大旋轉備用量，如未超出，則說明現有旋轉備用可 以提供足夠容量保持系統的短時穩定，轉步驟3)，若超出，則說明要維持該故障態下的系統 穩定，現有的旋轉備用已不足以提供，可能需要切負荷措施，轉步驟3); 7) 判斷系統線路開斷實驗預想故障集中故障是否全部驗證，如是，則進行不可靠概率 的總體計算，轉步驟8)，否則，選擇對系統線路開斷實驗故障集中的另外的一個故障進行評 估，轉步驟3); 8) 判斷旋轉備用容量不足置信水平是否得到滿足，如是，則判定該系統旋轉備用預留 達到標準，否則，轉步驟3)對系統日前發電計劃和需要的總旋轉備用重新優化分配，包括以 下過程： 根據步驟6得出的結果，利用下式計算所有故障狀態下旋轉備用容量不達標的概率和：式中，Xj為故障j損失的系統容量，X為預想故障集，P(Xj)為故障容量為Xj時旋轉備用容 量不達標的概率，PP為故障集中旋轉備用容量不達標的總概率，J(Xj)為故障容量為Xj時預 留旋轉備用容量是否滿足系統需求的狀態變量，J(X』）= 1表示預留旋轉備用容量不滿足系 統需求，迭代優化中需要切負荷操作，反之，J(X』）=〇表示預留旋轉備用容量滿足系統需 求，不需要切負荷操作，B(j)為故障j的故障率； 根據計算所提出的預留旋轉備用容量不足指標判斷是否滿足下式，如是，則判定該系 統旋轉備用預留達到標準，系統優化求取出的旋轉備用及其分配滿足系統頻率安全約束， 該優化出的旋轉備用配置可以作為日前發電計劃最后在線應用的取值，否則，轉步驟3)重 新優化：式中，UPSRES為旋轉備用容量不足指標，Nx為預想故障集中故障個數，α為設定的系統預 留旋轉備用容量不足置信水平，〇<α<1。2. 根據權利要求1所述的考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優化安 排方法，其特征在于，所述需求側響應的模型如下所述：s.t. IrZ+RilI jex 其中，Rt是最優旋轉備用容量;R/是發電側旋轉備用分配到的容量;Ril是需求側響應分 配到的容量;SSR是發電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，〇彡δ5Κ彡ι;δκ是需求側響 應占總旋轉備用的比例系數，表示發電側對需求側響應提供的旋轉備 用容量的邊際替代率，表示每多獲取一單位的發電側選擇備用容量而要放棄的需求側響應 的容量;Xj為故障j損失的系統容量;X為預想故障集。3. 根據權利要求1所述的考慮頻率安全約束下的機組日前發電計劃及旋轉備用優化安 排方法，其特征在于，所述機組組合的模型如下： 考慮風力發電和需求側響應同時參與下的機組組合模型的目標函數是根據系統發電 成本、發電側正負旋轉備用成本、棄風成本、失負荷成本和需求側響應成本優化求解出系統 最小發電總成本，其發電總成本的目標函數如下：其中，F〇為系統的發電成本;Cf(it)為時段t的正旋轉備用成本;CfK)為時段t的失 負荷成本;為時段t的負旋轉備用成本;為時段t的棄風成本;鐺和硿分別 是實際被調用的需求側的正、負旋轉備用容量是單位需求側響應的平均成本;S SR是發 電側的旋轉備用占總旋轉備用的比例系數，0<sSR<i;sIL是需求側響應占總旋轉備用的比 例系數，〇彡心< 1; T是研究的總時段數； 在t時段的所有旋轉備用容量中實際被調度的發電出力< 和巧:^應滿足：其中，Pr是指發生某種情況的概率;1?_\是最大旋轉備用容量;Pi,t是機組i在日前電能 市場時段t的出力；I1>t為機組i在時段t的啟停狀態變量，如果發電機組i在時段t故障停機， 則Ii,t = 0,反之，Ii,t = l;PL,t是時段t的實際負荷值;α是給定的置信度水平，〇<α<1，它反 映了獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率;Ν是所有參與電能市場競價 的機組數； 約束式s.t.中不等式的左側表示在計及負荷預測誤差和發電機組的故障停運的情況 下，實際在線運行的發電機組的總出力與實際可調用的旋轉備用總容量之和大于實際負荷 值的概率，亦即所獲取的旋轉備用容量滿足系統安全可靠運行要求的概率。
【文檔編號】H02J3/00GK106058848SQ201610324215
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】周霞, 李威, 黃慧, 崔曉丹, 常海軍, 張慧玲, 韓紅衛, 邵鵬, 趙晉泉, 李靜文
【申請人】國電南瑞科技股份有限公司, 國網寧夏電力公司, 國家電網公司