一种基于母线负荷预测改进的省级电网发电调度优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统调度自动化技术领域，具体涉及一种基于母线负荷预测改进 的省级电网发电调度优化方法。
【背景技术】
[0002] 地区机组将在未来电力系统中发挥重大作用，但是，地区电网除了部分可调机组 之外，还包括大量的不可调节电源（包括分布式电源），并不可以在电力系统中无条件的使 用，只有在满足一些技术约束的条件和情况下，才能发挥其经济作用、环境性能。另外，这些 机组在发挥优势的同时，会给电力系统的正常运行和稳定性带来许多问题和挑战。因此，针 对地区电源对电力系统的不良影响，研究解决不良问题的具体方法，实现地区机组、省调机 组的联合优化控制，发挥地区机组对传统电力系统的补充优势有重要的实际应用价值。
[0003] 现有技术方案中，省级电网和地区电网分别编制所辖机组调度计划，对于省级电 网来说，其母线负荷预测一般以220KV(330KV)节点为主，将110KV及以下电压等级下挂接 的地调机组作为负荷融入到母线负荷预测中，而这部分网络模型不完全是负荷，因此也就 难以反映这些机组的真实出力计划，造成母线负荷预测精度不高，易引起潮流越限的误判， 同时在发电计划优化时无法有效利用下级电网可调机组的调节能力用来作为网络安全越 限的控制手段。因此，母线负荷预测的不准造成省级电网安全约束发电调度计划优化的安 全性，省调机组和地调机组无法经济性和安全性的协调。
[0004] 综合以上原因，需要提供一种考虑地区电网调度计划的省级电网发电调度优化方 法，以改进省级电网优化时所用的母线负荷预测质量，提高省级电网全网计划编制的安全 性；并实现省级电网直调机组和地区电网机组的相互协调和相互支援，提高全网经济性水 平。实现全省发电资源的优化配置。
【发明内容】
[0005] 为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于母线负荷预测改进的省级电网 发电调度优化方法，将母线负荷预测进行分类，分为纯负荷母线负荷预测和母线下级电网 接入机组出力计划，纯负荷母线预测采用传统方法预测，母线下级电网接入机组的发电出 力范围利用WARD等值法精确地等值归算到相应母线形成可调节出力范围的等值机组，将 母线等值机组和省级电网直调机组一起作为优化变量，建立调度计划决策模型，进行模型 求解可以得到充分考虑安全约束的直调机组出力计划及等值机组出力计划，进而根据等值 机组出力计划，确定地区电网调度机组的出力计划。该方法在传统省级电网发电调度模型 中仅增加少量的决策变量和约束条件，建模简单，求解方便。
[0006] 实现上述目的所采用的解决方案为：
[0007] -种基于母线负荷预测改进的省级电网发电调度优化方法，所述优化方法包括： 步骤一、将母线负荷预测分为纯负荷母线预测和地调机组出力两部分；步骤二、各个地调汇 集所调机组的出力预测或出力可调范围；步骤三、进行WARD等值将机组信息和负荷信息进 行等值归算；步骤四、地调向省调上报等值机组信息和等值负荷信息；步骤五、省调将各个 地调汇总等值信息进行整合，构建调度模型；步骤六、省调将等值机组和直调机组作为优化 变量，求解安全约束机组组合或经济调度问题，得到直调机组出力计划和省地关联变电站 的交换功率计划；步骤七、各地调执行所述省地关联变电站交换功率计划，并求解本地区的 安全经济调度问题，得到地调机组出力计划；
[0008] 步骤八、各地调判断地调机组出力计划是否满足地区电网负荷平衡，如果不满足， 修正等值发电机参数，转到步骤四；如果满足，转到步骤九；
[0009] 步骤九、省调收集各地调调度计划信息，判断各地调是否全部满足地区电网负荷 平衡，如果全部满足，发布执行。
[0010] 优选的，所述地区电网通过变电站与省调电网相连，将地区电网在相连接的变电 站高压侧进行WARD等值。
[0011] 优选的，所述等值负荷信息为地级电网的负荷经WARD等值后的等效值；
[0012] 所述等值机组信息包括：发电机出力上下限、发电机爬坡速率，发电机成本曲线。
[0013] 进一步的，所述步骤五中，所述调度模型为：
[0015] 式中，T表示决策周期；Gr表示第r个地区电网所包含的等值发电机组集合，Gd 表示省调直调机组集合；#丨表示第r个地区电网等值发电机组i在t时段的出力；?(/^) 为第r个地区电网等值机组i在出力为?ζ下的发电成本；/匕表示省级电网直调机组k在 t时段的出力；为省级电网直调机组k在出力为/^下的发电成本； 为直调机组k 在t时段的启停状态；为直调机组k的启动费用；决策变量为区域电网等值机组的出力 以及全网直调机组的启停及出力；
[0016] 约束条件包括电网安全约束、等值机组约束、直调机组约束；
[0017] 所述电网安全约束包括：系统功率平衡、系统正负备用、关联变电站安全极限、线 路潮流极限、断面潮流极限；
[0018] 所述等值机组约束包括：等值机组出力上下限约束、等值机组爬坡约束、等值机组 出力之和约束、等值机组爬坡之和约束；
[0019] 所述直调机组约束包括：直调机组出力上下限约束、直调机组爬坡约束和直调机 组的启停约束。
[0020] 与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0021] 本发明将省级电网的母线负荷预测分为纯负荷母线预测和母线连接低电压等级 电网机组在母线处的等值影响两部分，其中纯负荷母线预测采用传统方法预测，母线下级 电网接入机组的发电出力范围精确等值归算到相应母线形成可调节出力范围的等值机组， 母线负荷预测更能反映实际运行情况，预测精度更高。
[0022] 本发明将母线负荷预测中隐藏的下级电网可调度资源的安全及经济支援潜力挖 掘出来，化为等值机组引入到省级电网发电调度优化决策模型，得到满足各类运行约束和 安全约束要求的机组开停状态和机组出力计划。充分挖掘了全省电网中省地两级调度资源 对电网安全性经济性的协调支援，考虑了电网运行的不同调度机构机组的协同优化效益， 提高了电网运行安全和调度资源的配置水平。模型构建方法简单，求解方便。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的省地协同调度计划编制流程。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0025] 为实现上下级调度间的信息交互，提高母线负荷预测的质量，将母线负荷预测节 点也即省调和地调的关联变压器运行信息作为协调变量。在大多省级电网，省级和地区以 220KV(或330KV)变压器作为省调地调的边界（以下都以220KV为例进行说明），省级电网 边界在关联220KV厂站主变高压侧，将220KV厂站的主变高压侧作为等值节点。
[0026] 省地调之间的模型协调方式为：各地区电网通过变电站与省调电网相连，将地区 电网在连接处进行网络等值，可以将地调重要或者涉及安全裕度低的保电线路、变压器、节 点和跨地区联络线及节点等网络信息保留，消去内部节点、仅保留变电站关联节点，电网内 部的物理规律都可以通过所保留的等值节点进行反映。各个等值节点上连接着一个等值的 发电机，并带有经网络等值生成的等效负荷，由此可获得准确的网络潮流模型，实现精确的 联络线潮流计算。省地两级调度计划等值协调方式为：地调向省调上报本网络等值节点的 信息，包括等值节点所连接的发电机参数和等值节点的负荷。省调以变电站联络电连接各 地级电网进行网络等值后的等效节点，以全网购电成本或煤耗最小为目标，以各等值节点 连接的等值发电机出力和直调机组出力为决策变量，制定满足安全约束的直调电厂调度计 划和关联变电站交换功率。
[0027] 等值节点的负荷为地级电网的负荷经网络等值后的等效值，各等值节点连接的发 电机组参数为：发电机出力上下限，发电机爬坡速率，发电机报价/成本曲线。各等值发电 机出力上下限为使地级电网调度计划有可行解的地区内机组出力之和的上限和下限，在精 度较低的情况下，可将地区内所有机组出力上限之和作为等值机出力上限，地区内机组出 力下限之和作为等值机组出力下限。地区内机组爬坡出力之和作为等值机的爬坡。等值机 的报价/成本曲线为对应关联变电站连接点的等效购电成本/煤耗曲线。
[0028] 对于省调来说，通过将地调总的发电成本信息提取，纳入整体进行统一优化，实现 全省经济优化调度，当省地调关注目标不一致时，可将地调的目标通过等值机组传递过来， 通过约束松弛法实现协调调度的目标：将各地区的调度目标作为约束添加到省调的模型当 中，并对该约束进行松弛；在目标函数中以一个较大的罚因子对地调目标的松弛量进行惩 罚。只要罚因子较大的时候，就可以在优先满足地调目标的前提下，实现全省目标的统一优 化。对于地调来说，其目标主要为优化调度，目标函数为最小化购电成本，并保障保电线路 及设备的安全裕度。经济性节能性等目标通过等值机组的成本信息的压缩传递，在目标函 数中得到体现，以实现和省调及其他地调的协调。安全性是省地调优先考虑的目标，由于电 力系统潮流受发电、负荷的分布以及网络拓扑参数的影响，需要满足潮流方程。然后潮流方 程是全局性的，要实现上下级调度之间的协调计算，必须实现网络模型的协调。通过基于 WARD等值的网络模型扩展实现。
[0029] 基于WARD等值的网络模型扩展的具体实现方式，在等值节点下的地调机组进行 分类处理：
[0030] DllOkv以下变电站挂接的电源，分类型、分流域打包预测，并结合有申报能力电 站的申报情况进行预测；
[0031] 2)接入IlOkv的可调电站出力范围（或者计划）及非可调电源的预测；
[0032] 3)由前两项结果等值归算（WORD等值）到220kv变电站，220kv母线负荷预测= 归算值+纯负荷的母线预测。
[0033] 等值电网经过WARD网络等值简化以后，被等值电网中的发电机通过分配矩阵将 发电特性反映到边界节点上，这样就相当于边界节点连接着一台等值发电机，等值发电机 参数由被等值电网的各发电机的共同作用决定，同样被等值电网节点负荷也通过分配矩阵 反映到边界节点上，边界节点的负荷称为等值负荷，各等值节点发电机参数和边界节点等 值负荷可以通过分配矩阵求解。
[0034] 将节点注入有功表示为各节点发电机出力与节点负荷，有：
[0037] 式（1)表示被等值电网各节点发电机功率分配到等值边界节点的关系，不是发电 机节点的补零。式（2)表示被等值电网各节点负荷分配到各等值边界节点的关系。
[0038] 假设节点i对边界节点j的分配因子为a，那么节点i机组出力为P时，等值到边界 节点j的功率就为aP，同理对于节点i的最大最小出力值到边界节点j的功率就 为ap