发输电经济及电网安全综合优化的建模方法
【专利摘要】由于缺乏全程量化及单调的电网安全性指标，传统的优化模型中，一般将安全性作为不等式约束条件，而优化目标中一般只包含经济性指标，无法同时对电网安全性进行优化。研究发现，电网的映射弹性势能不但可以作为电网安全性的定量指标，其变化还与主网的网损变化同趋。本发明“发输电经济及电网安全综合优化的建模方法”将映射弹性势能纳入经济发电优化模型的目标函数，以解决发输电经济性和电网安全性综合优化的难题；省略了线路有功约束条件，以提高优化的计算效率和可靠性。IEEE39节点系统算例验证了该优化建模方法的合理性。该优化建模方法对电力系统的优化运行与规划具有现实意义。
【专利说明】发输电经济及电网安全综合优化的建模方法
【技术领域】
[0001] 电力系统（电网）安全性分析。
【背景技术】
[0002] 发、输电经济性和电网安全性是电力系统运行同时追求的目标，前者主要是降低 发电成本和输电网损，后者主要是提高电网的功-角稳定性和电压稳定性。主网中，若无功 补偿能力较强，则安全性主要指静态功-角稳定性。
[0003] 此前，由于电网安全性的全程定量及单调指标问题未能很好地解决，在优化模型 中一般将安全性作为不等式约束边界条件，优化目标中一般只包含经济性指标，无法对电 网安全性进行优化。
[0004] 近年来，为解决经济性与安全性的综合优化问题，对优化模型进行了不断地改进： 第一类思路是对安全性约束改进，如缩小约束边界以提高安全性；或将边界柔性化、松弛化 后，再将柔性指数、松弛变量放入目标函数，与经济性指标叠加寻优；第二类思路则是保持 原有的安全性约束边界，另外构建定量安全性函数放入目标函数，如线路负载率差方和、负 载率平方和、运行风险指标等。第一类思路存在的本质问题是没能将安全性进行全程量化， 从而无法进行全程优化，优化的主体还是经济性；另外，单纯将边界柔性化或松弛化，优化 的结果很可能突变安全性的"硬"边界。第二类思路中，从负载率均衡性角度度量全网安全 性，符合实际经验，但负载率差方和、负载率平方和是否与安全性存在单调关系，缺乏严密 的理论论证；采用风险指标作为安全性指标则过于复杂，且不能量化在安全阀值边界内的 安全性，最终还要通过负载率均衡性选取最优折中解。此外，传统模型中的安全性不等式约 束，给目标函数的优化求解也添加了困难，优化求解计算量大；在随机优化和离散优化时， 求解结果容易陷入局部最优。
[0005] 在网损优化方面，此前主要通过无功优化降低网损，但主网的网损实际上主要由 有功传输造成。网损和电网安全性都与有功潮流分布相关，但二者之间的关系未见分析过。 在综合优化建模时，应分析网损与安全性之间的关系，尽量减少目标函数中的指标分量，以 提商优化效率和可罪性。
[0006] 针对传统优化模型的不足，为解决电网安全性与发、输电经济性的综合优化问题， 基于前期研究成果（中国发明专利：CN102227084B、CN103474993A)，即电网的映射弹性网 模型和电网的定量安全性指标--映射弹性势能，分析输电经济性与电网安全性的关系， 研究"发输电经济及电网安全综合优化的建模方法"，以实现综合优化。
【发明内容】
[0007] 基于电网的映射弹性网模型和映射弹性势能，研究发现，电网的映射弹性势能不 但可以作为电网安全性的定量指标，其变化还与主网的网损变化同趋。本发明"发输电经济 及电网安全综合优化的建模方法"将电网的映射弹性势能纳入经济发电优化模型的目标函 数，以解决发电经济性、输电经济性以及电网安全性的综合优化的难题；省略了线路有功约 束条件，以提高优化的计算效率和可靠性。IEEE39节点系统算例验证了该建模方法的合理 性。该方法对电力系统的优化运行与规划具有现实意义，基于该方法的优化模型，可得到发 输电经济性和电网安全性同优的发电运行方式、电源布点方案和电网布线规划方案等。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1电网-映射弹性网拓扑映射，⑴电网，（2)映射弹性网
[0009] 图2电网的等效映射弹性支路
[0010] 图3输电线路等值模型
[0011] 图4IEEE39节点系统结构
[0012] 图5发电成本、映射弹性势能和网损的变化趋势
[0013] 图6发电方式1的电网-映射弹性网结构
[0014] 图7发电方式3的电网-映射弹性网结构
[0015] 图8发电方式5的电网-映射弹性网结构
【具体实施方式】
[0016] 1.电网的映射弹性势能
[0017] 设交流线路L两端节点电压t、?),.2的相位差为Θ y有功功率为匕，电抗为忽 略电阻。当Uu、Uu变化不大时，线路L的功-角特性与单自由度弹性支路1的受力-形变 特性类似，建立L和1状态量映射关系如下
【权利要求】
1. 一种发输电经济及电网安全综合优化的建模方法，该方法特征在于，包括如下步 骤： 1) 在优化模型的目标函数中，将主网的映射弹性势能与发电机经济性指标（即总 发电成本）fe加权叠加，即minf= α?^+β · μΕ^，其中α、β为权重因子，满足α+β = 1,0彡α彡1，〇彡β彡1，根据不同电网的实际情况设置，系数μ使fe、μ Eu具有近似 的数量级； 2) 步骤1)中，乃=|X+V^+C，），心二之屯，PCi、bp Ci分别为机组i的有功 /=1 i=l 出力和经济参数，Eu为第i条线路的映射弹性势能，ng、n分别为发电机和线路的数量； 3) 步骤2)中，线路的映射弹性势能为= 其中匕、 dp cos θ Θ ^和匕为线路的有功、两端电压的相位差和映射弹性系数，~ ; 4) 步骤3)中，若\较小，则\为线路电抗； 5) 优化模型的约束条件只包括潮流等式约束和机组出力上下限约束，省略线路有功潮 流上下限约束； 6) 若优化结果出现线路有功潮流越限时，则表明步骤1)中α、β的初始取值不满足 电网安全性的实际需要，应适当增大β值并相应减小α值，直至得到符合实际情况的α、 β值。
【文档编号】G06Q50/06GK104103023SQ201410385208
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】竺炜 申请人:竺炜