一种用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法与流程

本发明涉及一种用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，属于电力系统的运行控制技术领域。

技术背景

新能源装机的快速增长给电力系统的安全性和经济性带来巨大的挑战：一方面，新能源的不确定性和波动性使得电力系统需要配置足够的电源、储能设备和输电线路来充当灵活资源，这要求电力系统投建更多的设备；另一方面，较高的新能源并网容量下，新投建的设备长期负荷率偏低，使设备的经济性受到影响。

电力系统中的负荷具有巨大的调度潜力。为了充分挖掘电力系统中经济适用的灵活调控资源，负荷侧的调控能力得到越来越多的关注。从最早的通过行政等硬性手段来控制负荷功率，到利用分时电价等经济手段引导负荷用电，再到近年来负荷主动参与下的多种直接调控方法和需求响应方法，负荷侧调控能力逐渐在电力系统有功调控中承担越来越重要的角色。目前，为了应对新能源装机容量快速增长下电力系统对灵活资源的需求，负荷调控成为一种经济上和技术上都可以接受的手段。如何准确计算负荷调节范围已经成为负荷侧调控面临的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，旨在计算满足电力系统电压稳定条件前提下的电压敏感负荷调节范围，以提升电力系统灵活可调节能力。

本发明提出的用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，包括以下步骤：

(1)建立电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件，包括：

(1-1)建立电压敏感负荷调节范围计算的变量集合ω^δ：

式中，i为节点编号，t为调度时刻，为连接在节点i上的发电机t时刻的有功功率变化量，为连接在节点i上的发电机t时刻的无功功率变化量，为节点i上t时刻的总注入有功功率变化量，为节点i上t时刻的总注入无功功率变化量，为节点i上t时刻的节点电压幅值变化量，为节点i上t时刻的节点电压相角变化量，为以节点i和节点j为端点的电力线路t时刻的电流变化量，δli,t为节点i上t时刻的电压稳定指标变化量；

(1-2)建立节点总注入有功功率变化量、总注入无功功率变化量、节点电压幅值变化量和节点电压相角变化量之间的约束方程：

式中，δpt^pf为所有节点i上t时刻的总注入有功功率变化量构成的列向量，δqt^pf为所有节点i上t时刻的总注入无功功率变化量构成的列向量，δδt^pf为所有节点i上t时刻的节点电压相角变化量构成的列向量，δut^pf为所有节点i上t时刻的节点电压幅值变化量构成的列向量，ut^pf为所有节点i上t时刻的节点电压幅值ui,t^pf构成的列向量，j^pf为潮流方程雅克比矩阵，j^pf从电网能量管理系统获取；

(1-3)建立母线总注入有功功率变化量和总注入无功功率变化量的约束方程：

式中，i^b为所有母线的节点集合，i^g为所有发电机的节点集合，为所有连接在母线i上的电负荷在t时刻的有功功率变化量，为所有连接在母线i上的发电机t时刻的有功功率变化量之和，为所有连接在母线i上的电负荷在t时刻的无功功率变化量，为所有连接在母线i上的发电机t时刻的无功功率变化量之和，为连接在母线i上的发电机的最大向上爬坡速率，为连接在母线i上的发电机的最大向下爬坡速率；

(1-4)建立电力线路中电流变化量的约束方程：

式中，为以节点i和节点j为端点的电力线路中t时刻的电流，为以节点i和节点j为端点的电力线路中当前时刻的电流，为以节点i和节点j为端点的电力线路中允许的电流最大值，u^pf为电压幅值，为对电压幅值的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为当前时刻的电压幅值，δ^pf为电压相角，为对电压相角的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为当前时刻的电压相角；

(1-5)建立节点电压幅值和节点电压相角的约束方程：

式中，为节点i上电压幅值的最大值，为节点i上电压幅值的最小值，为节点i上t时刻的电压相角，为节点i上电压相角的最大值，为节点i上电压相角的最小值；

(1-6)建立发电机有功功率和无功功率约束方程：

式中，为连接在节点i上的发电机t时刻的有功功率，为连接在节点i上的发电机的有功功率最大值，为连接在节点i上的发电机的有功功率最小值，为连接在节点i上的发电机t时刻的无功功率，为连接在节点i上的发电机的无功功率最大值，为连接在节点i上的发电机的无功功率最小值；

(1-7)建立负荷有功功率变化量和无功功率变化量的约束：

式中，为时刻t节点i在额定电压下的有功功率，为额定电压，和为节点注入有功功率模型中的二次和一次系数，为时刻t节点i在额定电压下的无功功率，为时刻t节点i上投入的无功补偿装置容量，和为节点注入无功功率模型中的二次和一次系数；

(1-8)建立电压稳定指标约束方程：

li.0+δli,t≤l^max

式中，li.0为各个节点当前的电压稳定指标构成的列向量，l^max为电压稳定指标最大值，为电压稳定指标对电压幅值的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为电压稳定指标对电压相角的灵敏度，从电网能量管理系统获取；

(2)建立电压敏感负荷调节量最小化目标函数：

(3)建立电压敏感负荷调节量最大化目标函数：

(4)由步骤(1)中建立的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件和步骤(2)中建立的电压敏感负荷调节量最小化目标函数共同构成优化模型，通过cplex或gurobi等商业求解器求解该优化模型，获得电压敏感负荷调节量最小值；

(5)由步骤(1)中建立的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件和步骤(3)中建立的电压敏感负荷调节量最大化目标函数共同构成优化模型，通过cplex或gurobi等商业求解器求解该优化模型，获得电压敏感负荷调节量最大值；

(6)由步骤(4)求解的电压敏感负荷调节量最小值和步骤(5)求解的电压敏感负荷调节量最大值共同构成电压敏感负荷调节量的调节范围，将电压敏感负荷调节量的调节范围提供给电网能量管理系统，用于电网调度控制，实现用于电网调度控制的电压敏感负荷的调节。

本发明提出的用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，其优点是：

本发明的用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，建立了电压敏感负荷调节范围计算的约束条件，通过求解电压敏感负荷调节量最小化为目标函数和电压敏感负荷调节范围计算的约束条件构成的优化问题，以及求解电压敏感负荷调节量最大化为目标函数和电压敏感负荷调节范围计算的约束条件构成的优化问题，获得电压敏感负荷调节量的调节范围。由于本发明方法中考虑了电压稳定指标约束方程，能够在满足电力系统电压稳定条件的前提下获得电压敏感负荷的最大调节范围，增加电力系统中的可调节能力，有效应对电力系统中不确定性因素。

具体实施方式

本发明提出的用于电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算方法，包括以下步骤：

(1)建立电网调度控制的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件，包括：

(1-1)建立电压敏感负荷调节范围计算的变量集合ω^δ：

式中，i为节点编号，t为调度时刻，为连接在节点i上的发电机t时刻的有功功率变化量，为连接在节点i上的发电机t时刻的无功功率变化量，为节点i上t时刻的总注入有功功率变化量，为节点i上t时刻的总注入无功功率变化量，为节点i上t时刻的节点电压幅值变化量，为节点i上t时刻的节点电压相角变化量，为以节点i和节点j为端点的电力线路t时刻的电流变化量，δli,t为节点i上t时刻的电压稳定指标变化量；

(1-2)建立节点总注入有功功率变化量、总注入无功功率变化量、节点电压幅值变化量和节点电压相角变化量之间的约束方程：

式中，δpt^pf为所有节点i上t时刻的总注入有功功率变化量构成的列向量，δqt^pf为所有节点i上t时刻的总注入无功功率变化量构成的列向量，δδt^pf为所有节点i上t时刻的节点电压相角变化量构成的列向量，δut^pf为所有节点i上t时刻的节点电压幅值变化量构成的列向量，ut^pf为所有节点i上t时刻的节点电压幅值ui,t^pf构成的列向量，j^pf为潮流方程雅克比矩阵，j^pf从电网能量管理系统获取；

(1-3)建立母线总注入有功功率变化量和总注入无功功率变化量的约束方程：

式中，i^b为所有母线的节点集合，i^g为所有发电机的节点集合，为所有连接在母线i上的电负荷在t时刻的有功功率变化量，为所有连接在母线i上的发电机t时刻的有功功率变化量之和，为所有连接在母线i上的电负荷在t时刻的无功功率变化量，为所有连接在母线i上的发电机t时刻的无功功率变化量之和，为连接在母线i上的发电机的最大向上爬坡速率，为连接在母线i上的发电机的最大向下爬坡速率；

(1-4)建立电力线路中电流变化量的约束方程：

式中，为以节点i和节点j为端点的电力线路中t时刻的电流，为以节点i和节点j为端点的电力线路中当前时刻的电流，为以节点i和节点j为端点的电力线路中允许的电流最大值，u^pf为电压幅值，为对电压幅值的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为当前时刻的电压幅值，δ^pf为电压相角，为对电压相角的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为当前时刻的电压相角；

(1-5)建立节点电压幅值和节点电压相角的约束方程：

式中，为节点i上电压幅值的最大值，为节点i上电压幅值的最小值，为节点i上t时刻的电压相角，为节点i上电压相角的最大值，为节点i上电压相角的最小值；

(1-6)建立发电机有功功率和无功功率约束方程：

式中，为连接在节点i上的发电机t时刻的有功功率，为连接在节点i上的发电机的有功功率最大值，为连接在节点i上的发电机的有功功率最小值，为连接在节点i上的发电机t时刻的无功功率，为连接在节点i上的发电机的无功功率最大值，为连接在节点i上的发电机的无功功率最小值；

(1-7)建立负荷有功功率变化量和无功功率变化量的约束：

式中，为时刻t节点i在额定电压下的有功功率，为额定电压，和为节点注入有功功率模型中的二次和一次系数，为时刻t节点i在额定电压下的无功功率，为时刻t节点i上投入的无功补偿装置容量，和为节点注入无功功率模型中的二次和一次系数；

(1-8)建立电压稳定指标约束方程：

li.0+δli,t≤l^max

式中，li.0为各个节点当前的电压稳定指标构成的列向量，l^max为电压稳定指标最大值，为电压稳定指标对电压幅值的灵敏度，从电网能量管理系统获取，为电压稳定指标对电压相角的灵敏度，从电网能量管理系统获取；

(2)建立电压敏感负荷调节量最小化目标函数：

(3)建立电压敏感负荷调节量最大化目标函数：

(4)由步骤(1)中建立的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件和步骤(2)中建立的电压敏感负荷调节量最小化目标函数共同构成优化模型，通过cplex或gurobi等商业求解器求解该优化模型，获得电压敏感负荷调节量最小值；

(5)由步骤(1)中建立的电压敏感负荷调节范围计算的约束条件和步骤(3)中建立的电压敏感负荷调节量最大化目标函数共同构成优化模型，通过cplex或gurobi等商业求解器求解该优化模型，获得电压敏感负荷调节量最大值；

(6)由步骤(4)求解的电压敏感负荷调节量最小值和步骤(5)求解的电压敏感负荷调节量最大值共同构成电压敏感负荷调节量的调节范围，将电压敏感负荷调节量的调节范围提供给电网能量管理系统，用于电网调度控制，实现用于电网调度控制的电压敏感负荷的调节。