[发明专利]考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统

摘要

本发明提出一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法及系统，属于电力系统运行技术领域。该方法首先建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，然后采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到模型中频率安全约束的线性化系数；对模型求解，得到电力系统的最优调度运行结果。本发明能够缓解高比例可再生并网所引起的电力系统频率稳定问题，维持电力系统的同步旋转惯量水平，降低可再生能源大量接入所引起的频率失稳的风险，提升电力系统在大扰动下的安全性与可靠性。

主权项

1.一种考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n1)建立考虑同步旋转惯量水平的电力系统调度运行模型，该模型由目标函数和约束条件构成；包括以下步骤：/n1-1)确定模型的目标函数：/n /n其中，C^sys为电力系统的运行成本，N_T为时段总数，N_G为电力系统内的火电机组数，N_N为电力系统内的节点数，为火电机组g开机一次的成本，为火电机组g在t时段的开机状态变量，表示火电机组g在t时段进行开机操作，表示火电机组g在t时段未进行开机操作，为火电机组g停机一次的成本，为火电机组g在t时段的停机状态变量，表示火电机组g在t时段进行停机操作，表示火电机组g在t时段未进行停机操作，为火电机组g的单位发电成本，为火电机组g在t时段的发电功率，VoLL为电力系统的单位切负荷成本，为电力系统节点n在t时段的切负荷功率；/n1-2)确定模型的约束条件；具体如下：/n1-2-1)节点功率平衡约束：/n /n /n其中，表示位于节点n的火电机组集合，表示位于节点n的风电场集合，表示位于节点n的光伏电站集合，表示起始于节点n的输电线路集合，表示终止于节点n的输电线路集合，为风电场w在t时段的发电功率，为输电线路l在t时段的传输功率，为节点n在t时段的预测负荷需求；/n1-2-2)输电网络约束：/n /n /n /n其中，为输电线路l的电抗大小，为节点n在t时段的电压相角，为输电线路l的起始节点在t时段的电压相角，为输电线路l终止节点在t时段的电压相角，F_l^L,Max为输电线路l的最大输送功率；/n1-2-3)火电机组运行约束：/n /n /n /n /n /n /n /n其中，为火电机组g在t时段的运行状态变量，表示火电机组g在t时段离线，表示火电机组g在t时段在线，为火电机组g的最大发电出力限制，为火电机组g的最小发电出力限制，为火电机组g的下调爬坡能力，为火电机组g的上调爬坡能力，为火电机组g的最小离线时间，为火电机组g的最小在线时间；/n1-2-4)可再生能源出力约束：/n /n /n其中，为预测的风电场w在t时段的最大发电出力，为预测的光伏电站pv在t时段的最大发电出力；/n1-2-5)系统容量备用约束：/n /n其中，r_Load为负荷需求的最大预测误差，r_RE为可再生能源出力预测误差；/n1-2-6)频率安全约束：/n /n /n /n /n其中，H_t,F_t,R_t分别为电力系统在t时段的同步惯性参数、汽轮机特性参数和静调差系数，分别为火电机组g的同步惯性时间常数、汽轮机特性参数和静调差系数，分别为风电机组w的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性参数，分别为光伏电站pv的虚拟同步惯性时间常数和下垂控制特性，为火电机组g在t时段参与调频的决策变量，表示火电机组g在t时段不参与调频，表示火电机组g在t时段参与调频，为风电场w在t时段参与调频的决策变量，表示风电场w在t时段不参与调频，表示风电场w在t时段参与调频，为光伏电站pv在t时段参与调频的决策变量，表示光伏电站pv在t时段不参与调频，表示光伏电站pv在t时段参与调频，f₀为电力系统的额定频率，f_min为电力系统的最低频率，ΔP_set为设定的频率安全裕度要求，分别为第j条频率安全约束中线性化系数；/n1-2-7)调频备用约束：/n /n /n /n /n2)确定频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：/n2-1)采用电力系统的频率响应模型确定频率动态过程，表达式如下：/n /n其中，Δf(t)为t时刻电力系统频率偏移，ΔP为故障所引起的不平衡功率，D为电力系统的负荷阻尼系数，R为电力系统的等效静调差系数；α，ζ，ω_n，ω_r，φ为电力系统频率振荡衰减的相关特性参数，表达式分别如下：/n /n /n /n /n /n其中，H为电力系统的同步惯性时间常数，F_H为电力系统的等效汽轮机特性参数，T_R为汽轮机的再热时间常数；/n对Δf(t)进行求导确定电力系统的频率最低点为：/n /n其中，t_nadir为电力系统出现频率最低点的时间，Δf_nadir为电力系统出现频率最低点时频率的变化量，f_nadir为电力系统的频率最低点；/n2-2)定义系统的频率响应特性函数，得到频率安全条件：/n定义频率响应特性函数为：/n /n电力系统在保障频率安全的前提下，所能承受的最大不平衡功率为：/n /n将定义为频率安全裕度，则频率安全条件表示为：/n /n2-3)采用分段线性化算法线性化频率响应特性函数，得到频率安全约束中的线性化系数；具体步骤如下：/n2-3-1)对频率响应特性函数进行采样；/n确定参数D和T_R的大小，并确定参数H、F_H以及R的变化范围，进而确定参数空间(H,F_H,R)∈S，采用随机数生成技术，在参数空间S内随机生成M个采样点(H_k,F_Hk,R_k)，k＝1,2,…,M，根据频率响应特性函数计算函数g(H,F_H,R)在各采样点函数值g_k：/ng_k＝g(H_k,F_Hk,R_k)/n获得频率响应特性函数的坐标点(H_k,F_Hk,R_k,g_k)，k＝1,2,…,M；/n2-3-2)对频率响应特性函数进行分段；/n对步骤2-3-1)中确定的参数空间(H,F_H,R)∈S进行均匀划分，得到N_J个子参数空间S_j，j＝1,2,…N_J，每个子空间中包含采样点个数大于等于10个；/n2-3-3)对频率响应特性函数进行线性化近似；/n对步骤2-3-2)中得到的每个子参数空间S_j，采用如下所示线性规划模型对该子空间内采样点进行线性拟合：/n /ns.t./n /n求解该线性规划模型，将获得的线性规划模型最优解作为该子空间内的线性化系数并作为作为第j条频率安全约束中线性化系数；/n3)将步骤2)得到的线性化系数代入到步骤1-2)中的频率安全约束中，对步骤1)建立的模型求解，得到电力系统的运行成本C^sys，各时刻电力系统内各火电机组的运行状态变量开机状态变量和停机状态变量各时刻电力系统内的各台火电机组出力各风电场出力各光伏电站出力各时刻电力系统内的各火电机组的调频决策变量各风电场的调频决策变量各光伏电站的调频决策变量各时刻的系统同步惯性参数H_t,汽轮机特性参数F_t,静调差系数R_t以及火电机组各时刻的频率安全裕度ΔP_t，即为电力系统的最优调度运行结果；/n其中，火电机组各时刻的频率安全裕度ΔP_t计算表达式如下：/n /n