CN115189424A - 一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 - Google Patents
一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115189424A CN115189424A CN202210934334.0A CN202210934334A CN115189424A CN 115189424 A CN115189424 A CN 115189424A CN 202210934334 A CN202210934334 A CN 202210934334A CN 115189424 A CN115189424 A CN 115189424A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- representing
- direct current
- line
- synchronous phase
- extra
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 81
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 6
- 230000005283 ground state Effects 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 claims description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 claims description 4
- 108010074506 Transfer Factor Proteins 0.000 claims description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 3
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/004—Generation forecast, e.g. methods or systems for forecasting future energy generation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
- H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/22—The renewable source being solar energy
- H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Marketing (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明提出了一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,用于解决特高压直流双极闭锁故障带来的暂态过电压问题和特高压直流换相失败问题;其步骤为:首先,收集电网数据,并分别构建包括交流网架和同步调相机规划的投资和维护的网架规划主模型和包括火电机组运行成本,备用成本和切负荷惩罚成本的运行子模型;其次,基于综合范数理论构建负荷和新能源出力不确定性模型;最后,基于负荷和新能源出力不确定性模型,将网架规划主模型和运行子模型整合简化为双层鲁棒优化模型,并利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解,输出交流网架与同步调相机的最优配置。本发明实现了交流网架和同步调相机的协调扩展以提升受端电网直流承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及电力***规划技术领域,特别是指一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,目的是实现交流网架和同步调相机的协调扩展以提升受端电网直流承载能力。
背景技术
近年来,随着新能源装机规模和特高压直流输电馈入规模的增大,受端电网的供电格局、运行形态及稳定特性发生深刻变化,“强直弱交”矛盾突出,交直流混联电网结构的复杂程度和脆弱性都在不断增加,特高压直流故障对受端电网的冲击越来愈大。现有的特高压直流运行实践表明,1)交流网架强度必须达到一定水平,其规模必须与直流容量相匹配,才能承受大容量直流故障扰动带来的巨大功率冲击;2)受端电网运行中必须具备足够的动态无功资源,以应对特高压直流双极闭锁故障带来的暂态过电压问题和预防特高压直流换相失败。然而,目前的研究中鲜有涉及交流网架与同步调相机协调配置的相关研究。
发明内容
针对上述背景技术中存在的不足,本发明提出了一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,解决了特高压直流双极闭锁故障带来的暂态过电压问题和特高压直流换相失败问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其步骤如下:
S1:收集电网数据,包括年负荷及负荷增长率、火电机组和新能源的安装位置及安装容量、直流馈入落点及馈入容量、拟退役的火电机组、拟新增装的新能源、新增直流、拟投建的候选交流线路和同步调相机;
S2:根据电网数据构建网架规划主模型,包括主目标函数及其约束条件;
S3:根据电网数据构建运行子模型,包括子目标函数及其约束条件;
S4:基于综合范数理论构建负荷和新能源出力不确定性模型;
S5:基于负荷和新能源出力不确定性模型,将网架规划主模型和运行子模型整合简化为双层鲁棒优化模型,并利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解,输出交流网架与同步调相机的最优配置。
优选地,所述主目标函数是指交流网架和同步调相机规划的投资和维护最小化目标函数,主目标函数的约束条件包括线路投建约束、同步调相机安装约束和***强度约束;
主目标函数的表达式为:
其中,表示规划的总成本,表示规划的投资成本,表示规划的维护成本,表示候选线路rs的集合,表示同步调相机e的集合;Ωy表示规划阶段的集合,下标y表示规划阶段;和为0-1变量,表示相应的候选线路在规划阶段是否投建和配置,表示相应的同步调相机在规划阶段是否投建和配置;表示候选线路的投建成本,表示同步调相机的投建成本;lrs表示候选线路的长度;表示候选线路的维护成本,表示同步调相机的维护成本;表示现有线路的维护成本;τl、τsc均为线路资金回收系数;μyu表示现值率;
主目标函数的约束条件的表达式为:
其中,Ky,rs表示已投运的线路集合,Ey,e表示已投运的同步调相机集合;Ωh表示特高压直流线路集合;表示在第y个规划阶段所允许投建的同步调相机数目的最大值,分别表示在节点b所允许投建的同步调相机数目的最大值;为第y阶段线路总投资的上限值;表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最小值,表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最大值;Z为交流***的阻抗矩阵;MISCRy,i表示特高压直流线i在第y个规划阶段的多馈入短路比值;MISCRmin表示特高压直流线路所需要满足的最小多馈入短路比值;UiN表示换流母线电压,PHy,m表示特高压直流线路的额定运行有功功率,Zy,mi表示节点m与特高压直流线i之间的互阻抗,Zy,ie表示特高压直流线i与同步调相机e节点之间的互阻抗,Zy,ee表示同步调相机e节点的自阻抗,ze0表示同步调相机e节点的接地支路的阻抗,Zy,me表示节点m与同步调相机e节点的互阻抗,Zy,ir表示特高压直流线i与新增线路r端的互阻抗,Zy,is表示特高压直流线i与新增线路s端的互阻抗,Zy,kk表示新节点阻抗矩阵的增量阻抗,Zy,mr表示节点m与新增线路r端的互阻抗,Zy,ms表示节点m与新增线路s端的互阻抗。
优选地,所述子目标函数是指火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本最小化目标函数,子目标函数的约束条件包括电网基态运行约束、直流故障约束;
子目标函数的表达式为:
其中:f(x,ξ)为火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本的总和,Ωu为典型日的场景集合,下标u表示场景;Ωt为典型日的时间集合,下标t表示时间;Ωy表示规划阶段集合,下标y表示规划阶段;Ωg为火电机组的集合;Ωd为负荷节点的集合;为火电机组i'出力的单位成本;为火电机组i'备用的单位成本;为负荷节点i”切负荷的单位惩罚成本;PGy,u,t,i'为火电机组i'的有功出力;RGDy,u,t,i'为火电机组i'的向下爬坡备用,RGUy,u,t,i'为火电机组i'的向上爬坡备用;ΔPDy,u,t,i”为负荷节点i”的切负荷功率;
电网基态运行约束为:
其中,QGy,u,t,i'表示火电机组i'的无功出力,QGy,u,t,e表示同步调相机e的无功出力;表示火电机组有功出力的下限限值,表示火电机组有功出力的上限限值;表示火电机组无功出力的下限限值,表示火电机组无功出力的上限限值;表示火电机组视在功率的上限限值;表示火电机组的上调备用,表示火电机组的下调备用;表示同步调相机无功出力的上限,表示同步调相机无功出力的下限;PHy,u,t,i表示特高压直流线i运行的有功功率,QHy,u,t,i表示特高压直流线i运行无功功率;表示特高压直流线路运行的有功功率的下限,表示特高压直流线路运行的有功功率的下限;表示特高压直流线路的上调有功功率,表示特高压直流线路的下调有功功率;φi表示特高压直流线路运行功率的耦合系数;PLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的有功功率,QLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的无功功率,iy,u,t,rs表示流过交流线路rs的电流幅值;表示功率因素;vy,u,t,r为交流节点的电压幅值;Vmin表示节点电压点的下限值,Vmax表示节点电压点的上限值;xrs为交流线路rs单位长度的电抗,rrs为交流线路rs单位长度的电阻;表示风电机组出力的预测值,表示光伏出力的预测值,表示节点负荷的预测值;表示交流线路的视在功率;
直流故障约束为:
其中,下标y表示第y个规划阶段;下标u表示第u个典型场景;下标t表示第t个时段;QH′y,u,t,i表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后换流站过剩的无功功率;表示换流站交流母线所允许的电压上限;Ue表示交流***在直流接入处做戴维南等值的电势幅值,Nd直流实际运行传输功率占额定运行的比例;PHy,u,t,i为特高压直流线i的实际运行功率;MISCRy,i表示特高压直流线i的多馈入短路比;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后***不平衡功率;QHy,u,t,i表示直流***中滤波器的电容组补偿的无功功率;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后需要由交流***中的动态无功设备吸收的无功功率;MTF表示直流落点与有效无功源节点间的无功转移因子矩阵;QGy,u,t,i表示有效无功源的实际无功出力,表示有效无功源所允许的最小无功出力;为直流k发生双极闭锁故障后的切负荷功率;表示交流***负荷节点的视在功率;β表示切负荷系数;表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流的有功功率支援,表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流所允许的最大支援功率;ρ表示直流有功功率的过载系数;表示直流线路所允许的最大有功功率;Ps,max表示故障后关键断面s所允许的最大传输功率;表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率,Drs表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率的方向系数;表示直流k发生双极闭锁故障后交流***在t时刻的频率变化率;表示交流***在t时刻的转动惯量;RoCoFmax表示***所能容忍的最大频率变化率;表示直流k发生双极闭锁故障时交流***的准稳态频率偏差;Δfss,max***所能容忍的最大频率偏差;D表示负荷下垂系数;RGUy,u,t,i表示火电机组的上调有功备用;f0分别表示额定频率,fUFLS表示最小频率,fdb表示频率死区。
优选地,所述流过交流线路rs的电流幅值iy,u,t,rs的计算方法为:
由于上式是一个非凸的二次等式约束,将上式松弛成如下形式:
优选地,所述负荷和新能源出力不确定性模型为:
其中:Ωp表示场景概率的置信集合;{pu}表示场景概率的集合;Nu表示有限的离散场景;p表示场景概率pu的向量形式,p0表示场景概率pu的初始概率值向量;θ1为1-范数的置信度,θ∞为∞-范数的置信度;{pu}所满足的置信度为:
令上述不等式的右边的置信度分别为α1和α∞,则:
优选地,所述双层鲁棒优化模型的表达式为:
s.t.Az+b≤0,z∈{0,1};
Cyu≤f;
Eyu=h;
Gz+Hyu≤g;
Kz+Myu=l;
||Qyu+P||2≤qTyu+p;
其中,z表示第一阶段中的0-1决策变量;yu表示第二阶段中场景相关联的连续型决策变量;A,b,C,f,E,h,G,H,g,K,M,l,Q,P,q,p为变量相应的矩阵或向量形式;u表示新能源和负荷的不确定预测值;c和d表示系数的向量形式;
主模型MP在已知的有限概率分布下获得满足条件的最优解,并为双层鲁棒优化模型提供下界:
由于场景概率的置信集合和各场景下第二阶段变量的约束范围集合无关联,因此可先求解SP的内层min问题,再根据内层结果hu求解外层最优概率分布max问题的外层结果L:
优选地,所述利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解的方法为:
步骤S51:选定模拟运行的场景,选取典型日的运行场景进行研究;
步骤S52:计算参数初始化,置迭代次数m=1,给定初始上限UB=-∞和下限LB=∞,应用初始场景概率分布p0;
步骤S54:将得到的线路的投建决策以及同步调相机配置决策分别代入子模型,求解C&CG子模型,得到最恶劣场景概率分布以及最优目标函数值并更新上界值如果|UB(m)-LB(m)|≤ε,则停止迭代,返回最优解否则更新主模型中的恶劣场景的场景概率分布并在主模型中重新定义新的变量yu,m+1并添加和新的变量相关的约束Yu,m+1;
步骤S55:更新m=m+1,并返回步骤S52。
与现有技术相比,本发明产生的有益效果为:
1)充分考虑了新能源高渗透率下,其出力不确定性对交流网架与同步调相机的协调优化配置的影响。
2)规划结果使得***可以有效应对严重的直流双极闭锁故障带来的冲击,同时避免***在运行过程中发生直流换相失败故障,增强了***运行的稳定性。
3)协调规划结果可以进一步提高受端电网***的直流接纳能力,提高供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图。
图2为IEEE-39节点规划结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例提供了一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,具体步骤如下:
S1:收集电网现有及未来的源网荷数据,包括年负荷及负荷增长率、火电机组和新能源的安装位置及安装容量、直流馈入落点及馈入容量、拟退役的火电机组、拟新增装的新能源、新增直流、拟投建的候选交流线路和同步调相机;收集风电和光伏出力历史预测数据和历史出力数据。
S2:根据电网数据构建网架规划主模型,包括主目标函数及其约束条件;所述主目标函数是指交流网架和同步调相机规划的投资和维护最小化目标函数,主目标函数的约束条件包括线路投建约束、同步调相机安装约束和***强度约束。
主目标函数的表达式为:
其中,表示规划的总成本,表示规划的投资成本,表示规划的维护成本,表示候选线路rs的集合,表示同步调相机e的集合;Ωy表示规划阶段的集合,下标y表示规划阶段;和为0-1变量,表示相应的候选线路在规划阶段是否投建和配置,表示相应的同步调相机在规划阶段是否投建和配置;表示候选线路的投建成本,表示同步调相机的投建成本;lrs表示候选线路的长度;表示候选线路的维护成本,表示同步调相机的维护成本;表示现有线路的维护成本;τl、τsc均为线路资金回收系数;μyu表示现值率。
主目标函数的约束条件的表达式为:
其中,Ky,rs表示已投运的线路集合,Ey,e表示已投运的同步调相机集合;Ωh表示特高压直流线路集合;表示在第y个规划阶段所允许投建的同步调相机数目的最大值,分别表示在节点b所允许投建的同步调相机数目的最大值;为第y阶段线路总投资的上限值;表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最小值,表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最大值;Z为交流***的阻抗矩阵;MISCRy,i表示特高压直流线i在第y个规划阶段的多馈入短路比值;MISCRmin表示特高压直流线路所需要满足的最小多馈入短路比值;UiN表示换流母线电压,PHy,m表示特高压直流线路的额定运行有功功率,Zy,mi表示节点m与特高压直流换流母线i之间的互阻抗,Zy,ie表示特高压直流换流母线i与同步调相机e节点之间的互阻抗,Zy,ee表示同步调相机e节点的自阻抗,ze0表示同步调相机e节点的接地支路的阻抗,Zy,me表示节点m与同步调相机e节点的互阻抗,Zy,ir表示特高压直流换流母线i与新增线路r端的互阻抗,Zy,is表示特高压直流换流母线i与新增线路s端的互阻抗,Zy,kk表示新节点阻抗矩阵的增量阻抗,Zy,mr表示节点m与新增线路r端的互阻抗,Zy,ms表示节点m与新增线路s端的互阻抗。
S3:根据电网数据构建考虑直流线路双极闭锁故障下的安全稳定约束,动态无功裕度约束以及考虑风光出力不确定性的电网运行子模型,包括子目标函数及其约束条件;所述子目标函数是指火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本最小化目标函数,子目标函数的约束条件包括电网基态运行约束、直流故障约束。
子目标函数的表达式为:
其中:f(x,ξ)为火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本的总和,Ωu为典型日的场景集合,下标u表示场景;Ωt为典型日的时间集合,下标t表示时间;Ωy表示规划阶段集合,下标y表示规划阶段;Ωg为火电机组的集合;Ωd为负荷节点的集合;为火电机组i'出力的单位成本;为火电机组i'备用的单位成本;为负荷节点i”切负荷的单位惩罚成本;PGy,u,t,i'为火电机组i'的有功出力;RGDy,u,t,i'为火电机组i'的向下爬坡备用,RGUy,u,t,i'为火电机组i'的向上爬坡备用;ΔPDy,u,t,i”为负荷节点i”的切负荷功率。
电网基态运行约束为:
其中,QGy,u,t,i'表示火电机组i'的无功出力,QGy,u,t,e表示同步调相机e的无功出力;表示火电机组有功出力的下限限值,表示火电机组有功出力的上限限值;表示火电机组无功出力的下限限值,表示火电机组无功出力的上限限值;表示火电机组视在功率的上限限值;表示火电机组的上调备用,表示火电机组的下调备用;表示同步调相机无功出力的上限,表示同步调相机无功出力的下限;PHy,u,t,i表示特高压直流线i运行的有功功率,QHy,u,t,i表示特高压直流线i运行无功功率;表示特高压直流线路运行的有功功率的下限,表示特高压直流线路运行的有功功率的下限;表示特高压直流线路的上调有功功率,表示特高压直流线路的下调有功功率;φi表示特高压直流线路运行功率的耦合系数;PLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的有功功率,QLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的无功功率,iy,u,t,rs表示流过交流线路rs的电流幅值;表示功率因素;vy,u,t,r为交流节点的电压幅值;Vmin表示节点电压点的下限值,Vmax表示节点电压点的上限值;xrs为交流线路rs单位长度的电抗,rrs为交流线路rs单位长度的电阻;表示风电机组出力的预测值,表示光伏出力的预测值,表示节点负荷的预测值;表示交流线路的视在功率。
其中,流过交流线路rs的电流幅值iy,u,t,rs的计算方法为:
由于上式是一个非凸的二次等式约束,因此为将模型转化为混合整数二阶锥问题,将上式松弛成如下形式:
直流故障约束为:
其中,下标y表示第y个规划阶段;下标u表示第u个典型场景;下标t表示第t个时段;QH′y,u,t,i表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后换流站过剩的无功功率;表示换流站交流母线所允许的电压上限;Ue表示交流***在直流接入处做戴维南等值的电势幅值,Nd直流实际运行传输功率占额定运行的比例;PHy,u,t,i为特高压直流线i的实际运行功率;MISCRy,i表示特高压直流线i的多馈入短路比;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后***不平衡功率;QHy,u,t,i表示直流***中滤波器的电容组补偿的无功功率;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后需要由交流***中的动态无功设备吸收的无功功率;MTF表示直流落点与有效无功源节点间的无功转移因子矩阵;QGy,u,t,i表示有效无功源的实际无功出力,表示有效无功源所允许的最小无功出力;为直流k发生双极闭锁故障后的切负荷功率;表示交流***负荷节点的视在功率;β表示切负荷系数;表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流的有功功率支援,表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流所允许的最大支援功率;ρ表示直流有功功率的过载系数;表示直流线路所允许的最大有功功率;Ps,max表示故障后关键断面s所允许的最大传输功率;表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率,Drs表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率的方向系数;表示直流k发生双极闭锁故障后交流***在t时刻的频率变化率;表示交流***在t时刻的转动惯量;RoCoFmax表示***所能容忍的最大频率变化率;表示直流k发生双极闭锁故障时交流***的准稳态频率偏差;Δfss,max***所能容忍的最大频率偏差;D表示负荷下垂系数;RGUy,u,t,i表示火电机组的上调有功备用;f0分别表示额定频率,fUFLS表示最小频率,fdb表示频率死区。
S4:基于综合范数理论构建负荷和新能源出力不确定性模型;
构建基于1-范数和∞-范数的置信集合来限制各个新能源出力的场景概率分布的波动变化:
其中:Ωp表示场景概率的置信集合;{pu}表示场景概率的集合;Nu表示有限的离散场景;p表示场景概率pu的向量形式,p0表示场景概率pu的初始概率值向量;θ1为1-范数的置信度,θ∞为∞-范数的置信度;{pu}所满足的置信度为:
令上述不等式的右边的置信度分别为α1和α∞,则:
S5:基于负荷和新能源出力不确定性模型,将网架规划主模型和运行子模型整合简化为双层鲁棒优化模型,并利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解,输出交流网架与同步调相机的最优配置。
所述双层鲁棒优化模型的表达式为:
s.t.Az+b≤0,z∈{0,1};
Cyu≤f;
Eyu=h;
Gz+Hyu≤g;
Kz+Myu=l;
||Qyu+P||2≤qTyu+p;
其中,z表示第一阶段中的0-1决策变量;yu表示第二阶段中场景相关联的连续型决策变量;A,b,C,f,E,h,G,H,g,K,M,l,Q,P,q,p为变量相应的矩阵或向量形式;u表示新能源和负荷的不确定预测值;c和d表示系数的向量形式。
主模型MP在已知的有限概率分布下(SP问题下得到的概率分布)获得满足条件的最优解,并为双层鲁棒优化模型提供下界:
由于场景概率的置信集合和各场景下第二阶段变量的约束范围集合无关联,因此可先求解SP的内层min问题,再根据内层结果hu求解外层最优概率分布max问题的外层结果L:
所述利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解的方法为:
步骤S51:选定模拟运行的场景,选取典型日的运行场景进行研究;
步骤S52:计算参数初始化,置迭代次数m=1,给定初始上限UB=-∞和下限LB=∞,应用初始场景概率分布p0;
步骤S54:将得到的线路的投建决策以及同步调相机配置决策分别代入子模型,求解C&CG子模型,得到最恶劣场景概率分布以及最优目标函数值并更新上界值如果|UB(m)-LB(m)|≤ε,则停止迭代,返回最优解否则更新主模型中的恶劣场景的场景概率分布并在主模型中重新定义新的变量yu,m+1并添加和新的变量相关的约束Yu,m+1;
步骤S55:更新m=m+1,并返回步骤S52。
将本发明应用IEEE-39节点***,以实现交流网架与同步调相机的合理协调优化配置,结果如图2和表1所示。
表1规划结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其特征在于,其步骤如下:
S1:收集电网数据,包括年负荷及负荷增长率、火电机组和新能源的安装位置及安装容量、直流馈入落点及馈入容量、拟退役的火电机组、拟新增装的新能源、新增直流、拟投建的候选交流线路和同步调相机;
S2:根据电网数据构建网架规划主模型,包括主目标函数及其约束条件;
S3:根据电网数据构建运行子模型,包括子目标函数及其约束条件;
S4:基于综合范数理论构建负荷和新能源出力不确定性模型;
S5:基于负荷和新能源出力不确定性模型,将网架规划主模型和运行子模型整合简化为双层鲁棒优化模型,并利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解,输出交流网架与同步调相机的最优配置。
2.根据权利要求1所述的面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其特征在于,所述主目标函数是指交流网架和同步调相机规划的投资和维护最小化目标函数,主目标函数的约束条件包括线路投建约束、同步调相机安装约束和***强度约束;
主目标函数的表达式为:
其中,表示规划的总成本,表示规划的投资成本,表示规划的维护成本,表示候选线路rs的集合,表示同步调相机e的集合;Ωy表示规划阶段的集合,下标y表示规划阶段;和为0-1变量,表示相应的候选线路在规划阶段是否投建和配置,表示相应的同步调相机在规划阶段是否投建和配置;表示候选线路的投建成本,表示同步调相机的投建成本;lrs表示候选线路的长度;表示候选线路的维护成本,表示同步调相机的维护成本;表示现有线路的维护成本;τl、τsc均为线路资金回收系数;μyu表示现值率;
主目标函数的约束条件的表达式为:
其中,Ky,rs表示已投运的线路集合,Ey,e表示已投运的同步调相机集合;Ωh表示特高压直流线路集合;表示在第y个规划阶段所允许投建的同步调相机数目的最大值,分别表示在节点b所允许投建的同步调相机数目的最大值;为第y阶段线路总投资的上限值;表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最小值,表示第y阶段中(i,j)走廊通道所允许建设线路的最大值;Z为交流***的阻抗矩阵;MISCRy,i表示特高压直流线i在第y个规划阶段的多馈入短路比值;MISCRmin表示特高压直流线路所需要满足的最小多馈入短路比值;UiN表示换流母线电压,PHy,m表示特高压直流线路的额定运行有功功率,Zy,mi表示节点m与特高压直流线i之间的互阻抗,Zy,ie表示特高压直流线i与同步调相机e节点之间的互阻抗,Zy,ee表示同步调相机e节点的自阻抗,ze0表示同步调相机e节点的接地支路的阻抗,Zy,me表示节点m与同步调相机e节点的互阻抗,Zy,ir表示特高压直流线i与新增线路r端的互阻抗,Zy,is表示特高压直流线i与新增线路s端的互阻抗,Zy,kk表示新节点阻抗矩阵的增量阻抗,Zy,mr表示节点m与新增线路r端的互阻抗,Zy,ms表示节点m与新增线路s端的互阻抗。
3.根据权利要求2所述的面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其特征在于,所述子目标函数是指火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本最小化目标函数,子目标函数的约束条件包括电网基态运行约束、直流故障约束;
子目标函数的表达式为:
其中:f(x,ξ)为火电机组运行成本、备用成本和切负荷惩罚成本的总和,Ωu为典型日的场景集合,下标u表示场景;Ωt为典型日的时间集合,下标t表示时间;Ωy表示规划阶段集合,下标y表示规划阶段;Ωg为火电机组的集合;Ωd为负荷节点的集合;为火电机组i'出力的单位成本;为火电机组i'备用的单位成本;为负荷节点i”切负荷的单位惩罚成本;PGy,u,t,i'为火电机组i'的有功出力;RGDy,u,t,i'为火电机组i'的向下爬坡备用,RGUy,u,t,i'为火电机组i'的向上爬坡备用;ΔPDy,u,t,i”为负荷节点i”的切负荷功率;电网基态运行约束为:
其中,QGy,u,t,i'表示火电机组i'的无功出力,QGy,u,t,e表示同步调相机e的无功出力;表示火电机组有功出力的下限限值,表示火电机组有功出力的上限限值;表示火电机组无功出力的下限限值,表示火电机组无功出力的上限限值;表示火电机组视在功率的上限限值;表示火电机组的上调备用,表示火电机组的下调备用;表示同步调相机无功出力的上限,表示同步调相机无功出力的下限;PHy,u,t,i表示特高压直流线i运行的有功功率,QHy,u,t,i表示特高压直流线i运行无功功率;表示特高压直流线路运行的有功功率的下限,表示特高压直流线路运行的有功功率的下限;表示特高压直流线路的上调有功功率,表示特高压直流线路的下调有功功率;φi表示特高压直流线路运行功率的耦合系数;PLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的有功功率,QLy,u,t,rs表示流过交流线路rs的无功功率,iy,u,t,rs表示流过交流线路rs的电流幅值;表示功率因素;vy,u,t,r为交流节点的电压幅值;Vmin表示节点电压点的下限值,Vmax表示节点电压点的上限值;xrs为交流线路rs单位长度的电抗,rrs为交流线路rs单位长度的电阻;表示风电机组出力的预测值,表示光伏出力的预测值,表示节点负荷的预测值;表示交流线路的视在功率;
直流故障约束为:
其中,下标y表示第y个规划阶段;下标u表示第u个典型场景;下标t表示第t个时段;QH′y,u,t,i表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后换流站过剩的无功功率;表示换流站交流母线所允许的电压上限;Ue表示交流***在直流接入处做戴维南等值的电势幅值,Nd直流实际运行传输功率占额定运行的比例;PHy,u,t,i为特高压直流线i的实际运行功率;MISCRy,i表示特高压直流线i的多馈入短路比;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后***不平衡功率;QHy,u,t,i表示直流***中滤波器的电容组补偿的无功功率;表示特高压直流线i发生双极闭锁故障后需要由交流***中的动态无功设备吸收的无功功率;MTF表示直流落点与有效无功源节点间的无功转移因子矩阵;QGy,u,t,i表示有效无功源的实际无功出力,表示有效无功源所允许的最小无功出力;为直流k发生双极闭锁故障后的切负荷功率;表示交流***负荷节点的视在功率;β表示切负荷系数;表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流的有功功率支援,表示直流k发生双极闭锁故障后非故障直流所允许的最大支援功率;ρ表示直流有功功率的过载系数;表示直流线路所允许的最大有功功率;Ps,max表示故障后关键断面s所允许的最大传输功率;表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率,Drs表示直流k发生双极闭锁故障后交流线路传输的有功功率的方向系数;表示直流k发生双极闭锁故障后交流***在t时刻的频率变化率;表示交流***在t时刻的转动惯量;RoCoFmax表示***所能容忍的最大频率变化率;表示直流k发生双极闭锁故障时交流***的准稳态频率偏差;Δfss,max***所能容忍的最大频率偏差;D表示负荷下垂系数;RGUy,u,t,i表示火电机组的上调有功备用;f0分别表示额定频率,fUFLS表示最小频率,fdb表示频率死区。
6.根据权利要求5所述的面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其特征在于,所述双层鲁棒优化模型的表达式为:
s.t.Az+b≤0,z∈{0,1};
Cyu≤f;
Eyu=h;
Gz+Hyu≤g;
Kz+Myu=l;
||Qyu+P||2≤qTyu+p;
其中,z表示第一阶段中的0-1决策变量;yu表示第二阶段中场景相关联的连续型决策变量;A,b,C,f,E,h,G,H,g,K,M,l,Q,P,q,p为变量相应的矩阵或向量形式;u表示新能源和负荷的不确定预测值;c和d表示系数的向量形式;
主模型MP在已知的有限概率分布下获得满足条件的最优解,并为双层鲁棒优化模型提供下界:
由于场景概率的置信集合和各场景下第二阶段变量的约束范围集合无关联,因此可先求解SP的内层min问题,再根据内层结果hu求解外层最优概率分布max问题的外层结果L:
7.根据权利要求6所述的面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法,其特征在于,所述利用C&CG算法对双层鲁棒优化模型进行求解的方法为:
步骤S51:选定模拟运行的场景,选取典型日的运行场景进行研究;
步骤S52:计算参数初始化,置迭代次数m=1,给定初始上限UB=-∞和下限LB=∞,应用初始场景概率分布p0;
步骤S54:将得到的线路的投建决策以及同步调相机配置决策分别代入子模型,求解C&CG子模型,得到最恶劣场景概率分布以及最优目标函数值并更新上界值如果|UB(m)-LB(m)|≤ε,则停止迭代,返回最优解否则更新主模型中的恶劣场景的场景概率分布并在主模型中重新定义新的变量yu,m+1并添加和新的变量相关的约束Yu,m+1;
步骤S55:更新m=m+1,并返回步骤S52。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210934334.0A CN115189424B (zh) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210934334.0A CN115189424B (zh) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115189424A true CN115189424A (zh) | 2022-10-14 |
CN115189424B CN115189424B (zh) | 2023-07-18 |
Family
ID=83522152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210934334.0A Active CN115189424B (zh) | 2022-08-04 | 2022-08-04 | 一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115189424B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116131366A (zh) * | 2023-02-01 | 2023-05-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 构网型vsc***暂态稳定和安全支撑能力的协调控制方法 |
CN117955178A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 四川大学 | 适应大规模风电直流送端***的火电开机及出力配置方法 |
-
2022
- 2022-08-04 CN CN202210934334.0A patent/CN115189424B/zh active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116131366A (zh) * | 2023-02-01 | 2023-05-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 构网型vsc***暂态稳定和安全支撑能力的协调控制方法 |
CN117955178A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 四川大学 | 适应大规模风电直流送端***的火电开机及出力配置方法 |
CN117955178B (zh) * | 2024-03-26 | 2024-06-04 | 四川大学 | 适应大规模风电直流送端***的火电开机及出力配置方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115189424B (zh) | 2023-07-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hossain et al. | Design of robust distributed control for interconnected microgrids | |
Khazaei et al. | Review of HVDC control in weak AC grids | |
CN115189424B (zh) | 一种面向交流网架与同步调相机的协调优化配置方法 | |
CN109586269A (zh) | 考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及*** | |
CN108599274A (zh) | 特高压直流受端电网旋转备用容量计算及数据交互方法 | |
CN109888791A (zh) | 一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法 | |
Zhang et al. | Successive MISOCP algorithm for islanded distribution networks with soft open points | |
CN112686772B (zh) | 一种确定多馈入受端电网柔直化改造时序性的方法 | |
Jarzyna et al. | The comparison of Polish grid codes to certain European standards and resultant differences for WPP requirements | |
CN113346484A (zh) | 一种考虑暂态不确定性的配电网弹性提升方法及*** | |
CN116632918A (zh) | 一种通过闭环重构和电压无功控制增加光伏承载力的方法 | |
CN115034682A (zh) | 考虑多预想故障的受端电网直流落点与馈入容量评估方法 | |
Zhang et al. | Fast online distributed voltage support in distribution grids using consensus algorithm | |
Kim et al. | Economic analysis on multi-terminal VSC HVDC systems with wind farms based on hierarchical optimal power flow with stability constraint | |
CN112600239A (zh) | 一种风电并网控制方法 | |
Dias et al. | Power electronics in the context of renewables, power quality and smart grids | |
Chang et al. | Optimal multiobjective planning of dynamic series compensation devices for power quality improvement | |
CN112886573B (zh) | 一种计及运行性能的电力***恢复方法及装置 | |
CN113162060B (zh) | 一种基于机会约束优化的主动配电网两阶段无功调节方法 | |
Torsvik | Optimum power control of a battery energy storage system | |
Ge et al. | Flexible distribution network reconfiguration based on unified power flow controller | |
Feng et al. | Dynamic reactive power optimization strategy for AC/DC hybrid power grid considering different wind power penetration levels | |
Deng et al. | Coordinated expansion planning of AC network and synchronous condenser for receiving-end grids with multi-infeed UHVDC links | |
Babazadeh et al. | Distributed ancillary service support for independent AC-areas through HVDC grid | |
Liu et al. | Frequency emergency control strategy in power systems considering the participation of energy storage clusters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |