面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法及系统与流程

本技术属于电力系统，具体涉及一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法及系统。

背景技术：

1、为应对新能源出力不及预期、负荷超供及外来电减少等风险因素，在运行方式安排时，机组需预留一定的备用容量。对于中长期备用计算，一般是应用机组的最大可能出力减去机组实际出力作为机组所能提供的备用。对于短期备用(如5分钟或15分钟备用)计算，还需考虑机组的爬坡速率约束。考虑电网阻塞时，部分机组受电网安全约束不能满出力运行，其备用容量在扰动后不能在保证电网安全的条件实际被调用，这部分备用容量为无效备用。而有效备用容量评估，即要保证机组所预留的备用容量，为不受电网安全约束限制的、可真实被调用的备用容量评估。

2、现有的有效备用配置方法，一般是依赖于人工经验，对特定机组的网络约束容量提前进行扣减，或者是采用分区备用配置的手段，依据电网阻塞的情况，对电网进行精细分区，再逐个分区预留备用容量，以保证所预留的备用容量尽可能不受电网安全约束限制，为能被真实调用的有效备用容量。该方法一般都依赖于人工经验，但随着新能源的发电侧、用电侧的源荷不确定性大大加强，仅凭人工经验已经难以穷尽电网可能的运行方式，因此急需更精准方法用于评估电网有效备用容量。

技术实现思路

1、本技术提出了一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法及系统，通过考虑预测运行状态和极端恶劣状态来精准评估足额的有效备用容量，用于解决在极端恶劣状态下机组出力不足的问题，以保证安全运行和持续可靠供电。

2、本技术的第一方面提供了一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法，所述方法包括：

3、根据电力系统的历史运行数据和预设的预测状态，构建所述预测状态下的第一潮流约束；

4、根据电力系统的历史运行数据和预设的极端恶劣状态，构建所述极端恶劣状态下的第二潮流约束；

5、根据所述第一潮流约束和所述第二潮流约束，构建所述预测状态与所述极端恶劣状态的关系约束；

6、以常规机组的开机容量最小为目标，构建目标函数，然后根据所述关系约束和所述目标函数，得到最优有效备用容量；其中，所述最优有效备用容量用于补充电力系统的机组出力。

7、上述方案分别通过考虑两种电网状态：预测状态和极端恶劣状态，计算这两种状态下电网需满足的第一潮流约束和第二潮流约束。由于在极端恶劣状态需要增加常规机组的出力来平衡电网的安全运行，因此通过比较所述第一潮流约束和所述第二潮流约束之间的差异，可得到所述预测状态与所述极端恶劣状态的潮流变化关系，确定对应的关系约束，明确在极端恶劣状态下需要增发的有功出力对应的有效备用容量，确保在在极端恶劣状态下也能保证电网安全运行及持续可靠供电。然后考虑到电网运行的经济性，以常规机组的开机容量最小为目标构建目标函数，得到的最优有效备用容量既能保证电网在极端恶劣状态下保持安全运行及持续可靠供电，还保证增加的有效备用容量能尽可能降低需要的成本。

8、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据电力系统的历史运行数据和预设的预测状态，构建所述预测状态下的第一潮流约束，具体为：

9、根据所述历史运行数据，构建所述预测状态下的第一常规机组出力约束；

10、根据所述历史运行数据和所述预测状态，分别构建所述预测状态下未发生故障时的第一正常安全约束、以及发生故障时的第一故障安全约束；其中，所述第一正常安全约束包括第一节点功率平衡约束和第一静态安全约束；

11、根据所述第一常规机组出力约束、所述第一正常安全约束和所述第一故障安全约束，构建所述第一潮流约束。

12、上述方案先根据预设的预测状态，计算在所述预测状态下发生故障和未发生故障时电网需要满足的能使常规机组出力达到预期的第一潮流约束，由此确定所述预测状态下电力系统的潮流分布能保证电网安全运行，为后续比较预测状态和极端恶劣状态之间的潮流差异提供数据支撑。

13、在第一方面的一种可能的实现方法中，第一潮流约束，具体为：

14、其中，所述第一常规机组出力约束，具体表达式为：

15、

16、式中，ugi为节点i的常规机组的开停机状态，pgi为所述预测状态下节点i的常规机组的有功出力，pgi和分别为节点i常规机组有功出力的下限和上限，sg为常规机组端节点的集合；

17、所述第一节点功率平衡约束，具体表达式为：

18、

19、式中，pwdi为所述预测状态下节点i的风电机组的有功出力，ppvi为所述预测状态下节点i的光伏机组的有功出力，pdci为节点i的直流外来电有功受入功率，pldi为节点i的有功负荷，sni为节点i及其相邻的节点集合，bij为节点电纳矩阵第i行第j列的元素，为所述预测状态下未发生故障时的节点j的电压相角；

20、所述第一静态安全约束，具体表达式为：

21、

22、式中，为支路ij所允许的长期载流能力，为支路ij由节点i流入支路的有功潮流值，sa为全部支路的集合；

23、所述第一故障安全约束，具体表达式为：

24、

25、式中，为支路ij的短时允许载流能力，为所述故障集的第k个故障下开断的支路集合，lij-mn为支路mn开断时支路ij的分布因子，为未发生故障时支路mn由节点m流入支路的有功潮流值，为所述故障集的第k个故障下正常运行的支路集合，k为所述预测状态下的故障集的故障编号，sk为所述预测状态下的故障集。

26、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据电力系统的历史运行数据和预设的极端恶劣状态，构建所述极端恶劣状态下的第二潮流约束，具体为：

27、根据所述历史运行数据和所述极端恶劣状态下的常规机组出力变化，构建所述极端恶劣状态下的第二常规机组出力约束；

28、根据所述历史运行数据和所述极端恶劣状态下潮流分布变化，分别构建所述极端恶劣状态下未发生故障时的第二正常安全约束、以及发生故障时的第二故障安全约束；其中，所述第二正常安全约束包括第二节点功率平衡约束和第二静态安全约束；所述潮流分布变化包括新能源机组出力变化、负荷功率变化和直流外来电变化；

29、根据所述第二常规机组出力约束、所述第二正常安全约束和所述第二故障安全约束，构建所述第二潮流约束。

30、上述方案计算在极端恶劣状态下发生故障和未发生故障时电网需要满足的能使常规机组出力达到预期的第二潮流约束。因为在极端恶劣状态下常规机组的出力往往低于预测状态的，所以需要增加的有效备用容量更多，因此根据第二潮流约束就可以精确明确需要增加多少有效备用容量能使电网在极端恶劣状态下也能维持安全运行。

31、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据所述第一潮流约束和所述第二潮流约束，构建所述预测状态与所述极端恶劣状态的关系约束，具体为：

32、将所述预测状态与所述极端恶劣状态下的潮流分布进行比较，得到潮流变化结果；其中，所述潮流分布包括新能源机组出力、负荷功率和直流外来电；

33、根据所述潮流变化结果，通过所述第一潮流约束和所述第二潮流约束，得到所述关系约束。

34、上述方案通过比较所述预测状态与所述极端恶劣状态下的潮流分布，得到在极端恶劣状态下的潮流变化和源荷发生变化带来的偏差，因此确定极端恶劣状态下需要增加的有效备用容量的范围，得到所述关系约束。

35、在第一方面的一种可能的实现方法中，以常规机组的开机容量最小为目标，构建目标函数，然后根据所述关系约束和所述目标函数，得到最优有效备用容量，具体为：

36、以常规机组的开机容量最小为目标，根据常规机组运行情况构建目标函数；

37、根据所述关系约束，在所述目标函数中引入惩罚权重，然后计算得到最优有效备用容量。

38、上述方案以常规机组的开机容量最小为目标构建目标函数，并根据关系约束在目标函数中引入了惩罚权重，在确保得到的最优有效备用容量能保证充分支撑电网在极端恶劣条件下安全运行及持续可靠供电的同时，还能尽可能地降低增加的有效备用容量带来的成本，大大提升了电网的经济性。

39、在第一方面的一种可能的实现方法中，在所述目标函数中引入惩罚权重，具体为：

40、其中，所述引入惩罚权重后的所述目标函数，具体表达式为：

41、

42、式中，wg为常规机组的开机容量的惩罚权重，sg为常规机组端节点的集合，为节点i的常规机组的最大技术出力，ugi为节点i的常规机组的启停变量，pres为电力系统的有效备用容量，wld为负荷功率不及负荷超供率的惩罚权重，sld为负荷节点的集合，δpldi为节点i的负荷功率小于负荷超供率的部分。

43、本技术第二方面提供了一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化系统，所述系统包括：预测状态约束条件构建模块、极端恶劣状态约束条件构建模块、关系约束构建模块和最优有效备用容量计算模块；

44、其中，所述预测状态约束条件构建模块用于根据电力系统的历史运行数据和预设的预测状态，构建所述预测状态下的第一潮流约束；

45、所述极端恶劣状态约束条件构建模块用于根据电力系统的历史运行数据和预设的极端恶劣状态，构建所述极端恶劣状态下的第二潮流约束；

46、所述关系约束构建模块用于根据所述第一潮流约束和所述第二潮流约束，构建所述预测状态与所述极端恶劣状态的关系约束；

47、所述最优有效备用容量计算模块用于以常规机组的开机容量最小为目标，构建目标函数，然后根据所述关系约束和所述目标函数；其中，所述最优有效备用容量用于补充电力系统的机组出力。

48、本技术第三方面提供了一种终端设备，所述设备包括：一种终端设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本技术实施例中任一项所述的一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法的步骤。

49、本技术第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质存储计算机可读程序代码，当所述计算机可读程序代码被执行时实现本技术实施例中任一项所述的一种面向新能源出力不确定性的有效备用容量优化方法的步骤。