一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法与流程

本发明涉及一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法。

背景技术：

发电与用电随时间不断的发生周期性的变化，使输电元件有功也发生变化，输电元件的有功水平是否满足要求，需要实时监测，并依据运行要求进行调控。当今，节能减排、能源洁净化政策的不断推进和实施，促使可再生能源发电以集中、分布的方式不断的并入电网，使这一监测，尤其是调控出现了新问题；同时，在最大化消纳可再生能源发电政策的驱动下，使发电功率在电网中出现“双向流动”的现象，更加剧了监测和调控的难度。

对此，在之前的研究工作中提出了观测点、观测点观测函数、聚合电网、聚合电网调控函数等概念，以及围绕这些概念的聚合电网调控、聚合电网间协调调控的构架，以期最大化利用可再生能源发电的同时，解决输电线路有功和节点电压的安全监视和调控问题。电网由若干个聚合电网组成，每一个聚合电网都能够实现其各自独立的调控，但是从电网的角度看，调控达不到全局最优，由于各聚合电网内的可再生能源发电具有波动性和间歇性的特点，当某聚合电网内可再生能源发电输出较多功率时，除了满足本地需求外还可以提供至其它聚合电网；但当某聚合电网内可再生能源发电输出较少功率时，就需要其它聚合电网的可再生能源发电或经济性好的发电机组予以支援。来最大化消纳可再生能源发电以及在此过程中各个聚合电网之间输电线路有功过载等。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法，本发明通过综合灵敏度来进行控制节点的选择，并确定加出力节点或/和减出力节点，构建考虑调控成本的有功安全校正模型，当聚合电网间输电线路有功发生过载，通过输电断面两端观测点调控函数的协调，快速有效地降低过载支路的功率、消除过载，同时保证正常支路和校正过的支路不过载。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法，获取支路运行状态，计算节点一支路潮流灵敏度矩阵，查找聚合间输电断面内越限和重载支路，并确定其权重因子，计算节点的综合灵敏度，通过综合灵敏度来进行控制节点的选择，并确定加出力节点或/和减出力节点，按灵敏度绝对值大小进行排序，按照反向等量配对原则，并结合启发式规则，寻找消除支路越限的配对机组，构建考虑调控成本的有功安全校正模型，结合支路越限量、正常支路约束及机组出力上下限约束，计算机组调整量，修改节点出力状态直到无越限支路。

进一步的，当聚合电网观测点对应的厂站预测到本地未来t+1时刻有功负荷，利用数学中欧氏距离来判定该预测负荷与历史负荷的重复度，找到最小距离的时刻，按迭代学习控制原理，将前一时刻发电机有功决策量及其控制量作为t+1时刻的决策量，确定厂站内发电机的有功功率，得到注入聚合电网的有功功率，获得各个观测点调控函数。

进一步的，输电线路有功功率的变化量为由系统n个节点有功变化对其影响之和，灵敏度使用多个历史断面，采用分解协调的方法回归计算得到，结合历史t时刻输电线路的有功功率求得t+1时刻的有功功率来判断输电线路是否发生过载。

进一步的，综合灵敏度是以节点对聚合间过载支路的灵敏度为基础，根据不同支路的过载量差异确定权重合成得到，以此反映该节点对各过载支路降低潮流的总体作用。

进一步的，采用反向等量配对调整法来保证系统功率平衡，为每一个加出力的节点都找到一个与之配对的减出力节点，反之亦然；每一配对的节点加减出力值相等。

进一步的，将各个节点视为可调发电机，利用综合灵敏度大小将各节点归入加或减出力节点集合。

进一步的，按聚合内节点之间综合灵敏度差值大的优先进行反向等量配对的原则，每个控制节点组中减出力节点和加出力节点的调整量都相等，其调整目标是在控制两个节点的可调量范围内，消除过载线路的过负荷，同时保证没有新线路过载。

进一步的，通过对聚合电网中n个观测点逐步进行综合灵敏度的计算，得到由小到大的交易对序列，根据该交易对序列，计算出每个观测点有功功率需要的调整量，且调整量的确定以成本增量越小越好，均衡联络线潮流的基础之上实现调控的经济最优。

进一步的，有功安全校正模型具有约束条件，具体包括调整机组出力应刚好消除支路越限，出力调整之后的发电机功率受其发电可调量约束，有功安全校正在消除越限支路的同时，应保证其他非越限支路不越限，即发电节点出力调整对非越限支路的有功校正量应小于其安全冗余量。

进一步的，割集断面潮流定向控制包括断面总潮流和断面中支路潮流均改变和断面总潮流不变，断面中部分线路潮流增加，部分线路潮流减少两种情况。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法可以应用于聚合间输电断面的潮流定向控制，以综合灵敏度为基础，通过选择加减出力节点的方式，利用反向等量调整法并考虑正常线路冗余量约束计算功率调整量，有效避免了潮流校验，可快速消除线路过载。

本发明当进行聚合间输电断面的潮流定向控制时，可依据电网运行中的实际情况选择最大传输功率，以功率灵敏度矩阵为基础，根据断面潮流定向控制目标，考虑发电机可调量约束及线路冗余量约束，结合聚合电网有功安全校正模型利用非线性优化方法即可得到断面潮流定向控制方案。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为系统的聚合内部出现线路过载示意图；

图2为本发明输电断面是电网的割集示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在聚合电网观测点观测函数形成的基础上，在有功安全校正方面针对输电断面中部分线路负载率偏高导致系统安全运行水平降低的问题，研究多聚合电网间调控函数的关联协调关系提出一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法。通过综合灵敏度来进行控制节点的选择，并确定加出力节点和减出力节点，构建考虑调控成本的有功安全校正模型，根据断面潮流定向控制目标，在满足发电机可调量约束及线路冗余量约束的条件下，利用非线性优化得到断面潮流定向控制方案，对断面总潮流及断面各支路潮流实现定向控制。当聚合电网间输电线路有功发生过载，通过输电断面两端观测点调控函数的协调，快速有效地降低过载支路的功率、消除过载，同时保证正常支路和校正过的支路不过载。

由于聚合电网观测点对应的厂站有发电厂、终端变电站和联络站三种，这三种厂站有的存在控制量(发电机有功)，有的不存在控制量，当站内存在发电机有功控制量的情况时设观测点k对应的厂站内存在控制量，该控制量主要指发电机有功功率、无功功率、无功补偿设备，那么当厂站预测到本地未来t+1时刻有功负荷后，利用数学中欧氏距离来判定该预测负荷与历史负荷的重复度：

通过对厂站内数据库按上式逐一进行计算，必定可以找到最小距离的时刻tp，即：

当确定式tp时刻后，按迭代学习控制原理，将tp时刻发电机有功决策量及其控制量(校正量)作为t+1时刻的决策量，即：

由此就确定了厂站内发电机的有功功率，那么就可以计算出注入聚合电网的有功功率：

当获得了聚合电网各个观测点调控函数后，需要进一步考虑聚合电网输电线路有功过载，因此需要计算出此时聚合电网输电线路的有功功率。

同时，输电线路kl有功功率的变化量ΔP_kl(t)是由系统n个节点有功变化对其影响之和：

等号右面的量无法直接通过两侧得到，联立两式，得到：

灵敏度可以使用多个历史断面，采用分解协调的方法回归计算得到，而各节点的在较短的时间间隔内的也容易得到，进而结合历史t时刻输电线路kl的有功功率求得t+1时刻的有功功率：

P_kl(t+1)＝ΔP_kl(t)+P_kl(t)

从而可以判断出输电线路kl是否发生过载：

若ΔP_kl＞0就需要对聚合电网各个观测点调控函数进行协调，以消除过载。

当切除过载线路会导致连锁过载跳闸时，应快速调整发电机出力来消除线路过载，以保证整个电网的安全稳定运行。实际电力系统运行中我们可以发现，降低过载线路负载的过程实际包含两个步骤：一、调整部分与过载线路联系较为紧密的节点出力以降低线路的负载；二、调整另外一部分节点的出力以消除系统内出现的不平衡功率。其中，步骤一中的控制节点对过载线路的灵敏度较大，但步骤二中用于消除不平衡功率的控制节点可以与过载线路灵敏度较大(现有灵敏度方法)，也可以与过载线路灵敏度很小(调节远方控制节点的出力)，因为步骤二的本质是弥补负荷区因过载线路传输功率下降所产生的功率缺额。

由于在较短时间范围内(如5分钟)，电压水平合格情况下，聚合电网输电线路有功功率具有单调性，因此只要对关键输电线路传输的有功功率进行校正就可以保证聚合电网的安全。而要实现聚合电网调控函数之间的协调，必须借助各个聚合电网内部观测点注入有功功率对关键输电线路传输的有功功率的灵敏度以及调控成本。

当如图1所示的简单系统的三个聚合A、B、D内部出现线路过载时，每个聚合都能通过其各自独立的调控函数来消除线路过载。而当电源性聚合A和负荷性聚合D之间的输电断面1中线路L1、L2发生过载。现有的灵敏度方法通过直接找出对过载线路L1、L2灵敏度较大的节点调整出力，从而降低线路负载。由于灵敏度的大小与阻抗值和参考点选择有关，因此灵敏度大的节点主要集中在输电断面1两侧的电源区A和负荷区D，即选出的加、减出力节点仅限于过载线路两侧的小范围内。

从图1中可以看到，降低线路L1、L2的过载需要降低电源性聚合A的节点出力，但是消除不平衡功率不仅可以通过调整电源性聚合A或负荷性聚合D的节点出力实现，还可以通过增加电源性聚合B和发电机G的出力来完成。此过程可视为将原有过载线路L1、L2传输的部分功率转移到输电断面2或传输线路L6中。至于选择何种调控方案，则需要在保证消除线路过载的基础之上，考虑调控成本的问题，以期达到经济上的最优。

综合灵敏度模型

以节点对聚合间过载支路的灵敏度为基础，根据不同支路的过载量差异确定权重。从而合成一个综合灵敏度，以此反映该节点对各过载支路降低潮流的总体作用，其数学模型可用下式表达：

式中，PI(i)是节点i的综合灵敏度；S_Li是节点i对过载支路L的灵敏度；α_L是过载支路对应的权重；T表示断面内所有的过载支路集合；ΔP_L是支路L的过载量；ΔP_K是支路K的过载量。由上式可以看出，各个过载支路的权重同自身的过载量成正比。

本发明采用反向等量配对调整法来保证系统功率平衡，它的含义为：为每一个加出力的节点都找到一个与之配对的减出力节点，反之亦然；每一配对的节点加减出力值相等。这样就可以保证系统的功率平衡，不会出现所有功率不平衡量都由平衡机组承担，尽可能避免了平衡机组的越限。此外，由于每次是对2个节点进行调整，提高了控制算法的计算效率。

在调整之前，首先根据节点的综合灵敏度大小将节点分为2类：

1.若PI(i)＞0且节点i为可调发电机，说明减少该节点的发电机出力可以降低所有过载线路的整体过载程度，将该节点归入加出力节点集合。

2.若PI(i)＜0且节点i为可调发电机，说明增加该节点的发电机出力可以降低所有过载线路的整体过载程度，将该节点归入减出力节点集合。

按聚合内节点之间综合灵敏度差值大的优先进行反向等量配对的原则，每个控制节点组中减出力节点a和加出力节点b的调整量都相等，其调整目标是在控制节点a和b的可调量范围内，消除过载线路的过负荷，同时保证没有新线路过载。

聚合电网有功安全校正模型

设某线路l的有功功率越限量为ΔP_l，通过综合灵敏度计算确定的加出力节点集合为G₊，减出力节点集合为G_-，加出力机组的加出力为减出力机组的减出力为ΔP_i^-。调整量与ΔP_i^-应满足如下优化目标函数，以及在消除线路过载的同时，保证其他线路不过载的基础之上达到调整量的经济最优。

通过对聚合电网中n个观测点逐步进行综合灵敏度的计算，就可以得到由小到大的交易对序列。根据该交易对，可以计算出每个观测点有功功率需要的调整量。当然，调整时，使成本增量越小越好。因此，需要使用成本增量函数。对于每个观测点来说，其成本可由观测点对应厂站内的发电机成本函数计算得到，不妨设观测点k对应的厂站的成本函数为(即假设厂站内发电机成本函数相同)：

若观测点需调整的有功功率为：那么相应的发电节点的调节成本增量为：

从调控的经济性考虑，总的调控成本增量应最小，即

其中G'＝G₊∪G_-是所有参与调节的发电节点的集合。

等式约束：

调整机组出力应刚好消除支路越限：

S_li为节点i对线路l的灵敏度，S_lj与下文的S_ki,S_kj含义类同。

不等式约束：

出力调整之后的发电机功率受其发电可调量约束：

ΔP_i^-≤P_i-P_imin

有功安全校正在消除越限支路的同时，应保证其他非越限支路不越限，即发电节点出力调整对非越限支路的有功校正量应小于其安全冗余量：

ΔP_k为线路k的安全冗余量，C_k为安全约束集合。

综上，为在消除线路过载，均衡联络线潮流的基础之上实现调控的经济最优，所建立的有功安全校正模型如下：

ΔP_i^-≤P_i-P_imin

ΔP_i^-,ΔP_l,ΔP_k＞0i∈G₊；j∈G_-

用MATLAB中的非线性规划计算程序求解该模型，可以得到各节点的调整量ΔP，按照聚合内节点之间综合灵敏度差值大的优先进行反向等量配对的原则，得到负荷调节的控制方案，消除联络线上的过载。

考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法流程如下：

1)计算全接线或N—l故障方式下的基态潮流，获取支路运行状态；

2)计算节点一支路潮流灵敏度矩阵；

3)查找聚合间输电断面内越限和重载支路，并确定其权重因子；

4)计算节点的综合灵敏度；

5)按照灵敏度正负，将节点(机组)分成加出力、减出力两个集合，并在各自集合中，按灵敏度绝对值大小进行排序；

6)按照反向等量配对原则，并结合启发式规则，寻找消除支路越限的配对机组；

7)结合支路越限量、正常支路约束及机组出力上下限约束，计算机组调整量；

8)修改节点出力状态，并重新计算潮流；

9)检查是否仍有支路越限。若有，重复3～8步骤，直至全部越限支路被消除，若无，则结束。

考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法可以应用于聚合间输电断面的潮流定向控制，以综合灵敏度为基础，通过选择加减出力节点的方式，利用反向等量调整法并考虑正常线路冗余量约束计算功率调整量，有效避免了潮流校验，可快速消除线路过载。

输电断面是电网的割集，若将某输电断面中所有线路断开，系统将分为不可连通的两部分。如图2所示，聚合A与聚合B之间的割集输电断面由线路l1～lN组成，其中线路l1～lk的潮流由A流向B，其值为正；线路lk+1～lN的潮流由B流向A，其值为负。该割集输电断面功率向量为P＝[P1,P2，，PN]，断面总潮流为

割集断面潮流定向控制包括以下两种情况：

(1)断面总潮流和断面中支路潮流均改变。设断面总潮流变化量为ΔP，断面中支路i潮流变化量为ΔP_i，满足

(2)断面总潮流不变，断面中部分线路潮流增加，部分线路潮流减少。设断面中支路i潮流变化量为ΔP_i，满足

当进行聚合间输电断面的潮流定向控制时，可依据电网运行中的实际情况选择最大传输功率，以功率灵敏度矩阵为基础，根据断面潮流定向控制目标，考虑发电机可调量约束及线路冗余量约束，结合聚合电网有功安全校正模型利用非线性优化方法即可得到断面潮流定向控制方案。

本发明在聚合电网观测点观测函数形成的基础上，在有功安全校正方面针对输电断面中部分线路负载率偏高导致系统安全运行水平降低的问题，研究多聚合电网间调控函数的关联协调关系提出一种考虑多聚合体间协调的有功安全校正方法。通过综合灵敏度来进行控制节点的选择，并确定加出力节点和减出力节点，构建考虑调控成本的有功安全校正模型，根据断面潮流定向控制目标，在满足发电机可调量约束及线路冗余量约束的条件下，利用非线性优化得到断面潮流定向控制方案，对断面总潮流及断面各支路潮流实现定向控制。当聚合电网间输电线路有功发生过载，通过输电断面两端观测点调控函数的协调，快速有效地降低过载支路的功率、消除过载，同时保证正常支路和校正过的支路不过载。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。