[发明专利]基于曲线分段线性化的电力系统旋转备用优化方法

摘要

本发明涉及电力系统调度运行技术领域，公开了基于曲线分段线性化的电力系统旋转备用优化方法，其通过最小化包括燃料费用成本和可靠性成本在内的总成本来决定各时刻系统的旋转备用容量；具体包括以下步骤：步骤一，求解不考虑旋转备用需求的运行优化模型，得到各发电机组的基本机组组合方案；步骤二，在步骤一得到的基本机组组合方案基础上，逐时刻形成横轴为旋转备用、纵轴为可靠性指标的可靠性曲线；将可靠性曲线分段线性化，得到各线性分段的系数；步骤三，将基于分段线性化的可靠性曲线以约束的形式加入运行优化模型，重新计算并得到考虑系统可靠性后的电力系统旋转备用。

主权项

一种基于曲线分段线性化的电力系统旋转备用优化方法，以最小化包括燃料费用成本和可靠性成本在内的总成本为目标，决定各时刻电力系统的旋转备用容量，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一，求解不考虑旋转备用需求的电力系统运行优化数学模型，电力系统运行优化数学模型的待求解变量有Ui,t,Pi,t，分别为第t时刻发电机i的0‑1状态变量、有功出力，单位为MW；其中：0表示发电机i处于停机状态，1表示发电机i处于运行状态；电力系统运行优化数学模型的目标函数为其中NT是优化模型的时段数量，NT为24，即有24小时；NG是发电机的数量；Ci,t()是第t时刻发电机i的燃料成本函数；电力系统运行优化数学模型的约束有：功率平衡约束Dt是第t时刻的负荷，单位为MW；另外还有机组最小启停时间约束和机组出力上下限约束；电力系统运行优化数学模型实质上是一个混合整数数学规划模型，采用分支定界法或割平面算法求解后，得到变量的求解结果，这就是基本机组组合方案；根据基本机组组合方案，每个小时都能够形成优先运行机组集合Φt，其包含了所有t时刻Ui,t等于1的机组，即i∈Φt当且仅当t时刻，机组i在基本机组组合方案中处于运行状态；步骤二，在步骤一得到的基本机组组合方案基础上，逐时刻形成横轴为旋转备用、纵轴为可靠性指标的可靠性曲线；具体到时刻t，可靠性曲线形成方法包括以下步骤：a，给定系统总旋转备用，求解单时刻运行优化模型，得出单时刻最优调度决策；b，根据单时刻最优调度决策，采用卷积计算可靠性指标；c，改变系统总旋转备用K次，重复步骤a、b，得到不同系统总旋转备用和可靠性指标的对应关系，绘出横轴为系统总旋转备用、纵轴为可靠性指标的可靠性曲线；步骤a中给定系统总旋转备用为Rt后，单时刻运行优化模型的目标函数为待求解变量为Ui,t,Pi,t,Ri,t,变量Ui,t,Pi,t和常量NG,Ci,t()的含义已经在步骤一中给出，qi,t和Ri,t分别为每MW旋转备用成本、旋转备用，单位为MW；单时刻运行优化模型的目标函数的约束有：(1)功率平衡约束Dt是第t时刻的负荷，单位为MW；(2)系统总旋转备用约束，Rt是第t时刻的总旋转备用，即系统t时刻所有机组的旋转备用之和等于给定的系统总旋转备用；(3)Ui,t＝1 i∈Φt，若按照基本机组组合方案，机组i在t时刻处于运行状态，那么在t时刻的单时刻最优调度决策中，机组i仍然处于运行状态；另外还有机组出力上下限约束；求解t时刻的单时刻运行优化模型后，得到t时刻的最优调度决策{Ui,t,Pi,t,Ri,t}；步骤b的卷积计算可靠性指标的方法如下：形成单时刻的持续负荷曲线，横轴为功率，纵轴为时间；根据t时刻的最优调度决策，依次安排机组在持续负荷曲线上带负荷，通过卷积不断修正持续负荷曲线来考虑机组随机停运的情况，从而获得可靠性指标；步骤c中改变系统总旋转备用K次，重复步骤a、b，对于时刻t而言，得到一系列系统总旋转备用Rtk和对应的可靠性指标Etk，k＝1,2…K；步骤三，将可靠性曲线分段线性化，得到各线性分段的系数；在步骤二中对可靠性曲线进行分段线性化，第n个线性分段的斜率aj,t为(Etj+1‑Etj)/(Rtj+1‑Rtj)，截距bj,t为Etj‑(Etj+1‑Etj)/(Rtj+1‑Rtj)*Rtj，j＝1,2,…K‑1；步骤四，将基于分段线性化的可靠性曲线以约束的形式加入运行优化模型，此时完整的运行优化模型的目标函数为：式中VOLL是失负荷价值，单位为元/MWh,Et是时刻t的电量不足期望，单位为MWh；Ui,t,Pi,t,qi,t Ri,t,NG,和Ci,t()的含义见步骤一和步骤二；目标函数是燃料成本和可靠性成本的总和；约束有：(1)功率平衡约束Dt是第t时刻的负荷，单位为MW；(2)系统总旋转备用约束，Rt是第t时刻的系统总旋转备用；除此之外，还有步骤三中形成的基于分段线性化的可靠性曲线相关约束，以时刻t为例：Et≥aj,tRj,t+bj,tδj,t,j＝1,2...K‑1δj,t和Rj,t分别是第j个线性分段对应的0‑1变量和连续变量，aj,t和bj,t分别是第j个线性分段的斜率和截距，且是模型的常数，在步骤三中已经介绍了计算方法；约束∑jδj,t＝1确保了时刻t的旋转备用一定会在某个线性分段上取得；模型的待求解变量为各时刻各台机组对应的{Ui,t,Pi,t,Ri,t,δj,t Rj,t}，以及各时刻的系统总旋转备用Rt以及电量不足期望Et；求解完整的运行优化模型后，得到变量的求解结果，其中Rt对应了各时刻的最优旋转备用；在时刻t的电力系统运行中，设置电力系统备用容量为Rt能够兼顾经济性和系统可靠性，得到最佳的运行效果。