一种考虑互联电网备用互济的频率安全调度方法与流程

本发明涉及一种电网频率安全调度方法，尤其涉及一种考虑互联电网备用互济的频率安全调度方法，属于电力系统领域。

背景技术：

1、近年来，新能源逐渐成为电力系统装机主体。新能源出力的随机性和波动性使系统电力平衡难度加大，大量同步机组被替代导致系统转动惯量显著降低，频率调节能力减弱，频率安全稳定问题愈发突出。此外，特高压直流(high voltage direct current,hvdc)发展迅速，区域间通过直流进行互联互供已成为大电网的发展趋势。hvdc联络形式导致不同区域的转动惯量相互隔离，系统整体的频率动态响应能力进一步减弱。如何抵御电网功率失衡风险，实现不同区域调节资源的协调互济，是互联电网安全运行控制面临的关键问题。

2、互联电网电力平衡的关键是充分利用送受端调节资源，协同应对电网源荷不确定性，促进风光新能源的跨区消纳。常见的互联电网备用优化思路是对系统的源荷弃限风险进行评估和量化，并在决策过程中处理多重不确定性因素，以提升系统运行的经济效益为目标，实现不同区域电网电能量和备用容量的联合优化，对于多区域间的调频资源互济及频率安全问题的研究不够充分，存在互联电网时空互济与平衡机理不清，缺乏电力平衡和频率安全的协同调度模型问题，对调峰调频需求耦合交织的复杂运行模式应对能力有所不足。

技术实现思路

1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种考虑互联电网备用互济的频率安全调度方法，以改进现有互联电网频率安全调度方法的不足，实现区域间灵活性备用和二次调频备用资源的协调互济，进而提升互联电网的调峰调频能力与经济性，提高系统应对功率失衡风险的能力。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种考虑互联电网备用互济的频率安全调度方法，首先，通过划定互联电网的功率失衡风险运行边界，划分联络线的调节空间，实现区域间灵活性备用和二次调频备用资源的协调互济，然后，以互联电网安全经济运行成本为目标，建立互联电网有功频率安全日前调度模型，实现互联电网的电力平衡与频率安全协同调度。

3、优选的，该方法为：考虑互联电网的有功频率扰动风险，在安全性、经济性的双重约束下，通过合理安排调节电源、风光电源、负荷、及直流联络线的运行方式，获得互联电网的安全经济运行方式；

4、其中，互联电网的有功频率扰动风险为：在最恶劣扰动模式下，暂态功率冲击较大的区域叠加发生暂态扰动；

5、安全性约束包括稳态灵活调峰能力充裕、暂态过程系统频率不越限、二次调频备用充足、以及直流联络线的运行调节能力限制；

6、经济性要求考虑整个调度周期内：风光新能源弃限成本、限负荷成本，调节电源的启停成本、备用成本，以及发电成本最小。

7、优选的，以互联电网面临的叠加风险为扰动约束，建立包括直流联络线安全约束、有功频率安全约束、互联电网安全运行约束在内的运行约束集；

8、其中，直流联络线安全约束包括：直流联络线功率计划值约束、直流联络线出力调整速率约束、直流联络线功率单方向调整约束、直流联络线功率调整时间约束、直流联络线功率调整次数约束、直流联络线互济能力约束；

9、有功频率安全约束包括：稳态调峰约束、频率最低点约束、频率变化率约束、准稳态频率偏差约束、准稳态频率恢复约束、机组备用分割约束；

10、互联电网安全运行约束包括电力平衡约束、潮流安全约束、机组运行约束；

11、定义基于直流互联的两个区域电网a和b，其中，区域a为送端电网，区域b为受端电网，且区域a与区域b采用相同的约束。

12、优选的，直流联络线安全约束包括：

13、a、直流联络线功率计划值约束：联络线输送的功率不能超过其限值，即：

14、0≤pdc,t≤pdc,max (1)

15、式中：pdc,max为直流联络线输送功率的最大限值；pdc,t为t时刻区域a通过直流联络线向区域b输送的功率；

16、b、直流联络线出力调整速率约束：联络线的功率调整速率不能超过其限值，即：

17、

18、式中：pdc,t-1为t-1时刻区域a通过直流联络线向区域b输送的功率；δpdc,max为直流联络线向上、向下调整速率的最大限值；分别为t时刻直流联络线向上、向下调整的状态变量，调整为1，不调整为0；

19、c、直流联络线功率单方向调整约束：联络线在同一时段不能同时向上向下调整功率，即：

20、

21、优选的，直流联络线安全约束还包括：

22、d、直流联络线功率调整时间约束：联络线功率调整后至少能维持一个时段，即：

23、

24、式中：tdc为直流联络线输送功率调整后最小稳定时间；分别为m时刻直流联络线向上、向下调整的状态变量，调整为1，不调整为0；

25、e、直流联络线功率调整次数约束：联络线功率调整次数不能超过其限值，即：

26、

27、式中：ndc,max为调度周期内直流联络线的最大调整次数；

28、f、直流联络线互济能力约束：联络线的灵活性互济、二次调频互济的调配需要受到此时刻联络线传输功率、功率调整与最大传输能力的限制，即：

29、区域a遭受扰动时：

30、

31、区域b遭受扰动时：

32、

33、式中：分别为区域a机组i在t时刻向区域b支援的上调灵活性备用和二次调频备用；分别为区域b机组j在t时刻向区域a支援的上调灵活性备用和二次调频备用；na、nb分别为区域a和区域b中的火电机组数量。

34、优选的，有功频率安全约束包括：

35、a、稳态调峰约束：对于单个区域电网，其自身预留的灵活性备用和从相邻区域获得的灵活性备用之和应不小于自身的调峰需求，即：

36、

37、式中：分别为区域a在t时刻的上下调灵活性需求，可通过一定置信度设置下的净负荷预测曲线获得；分别为区域a机组i在t时刻提供的上调灵活性备用和下调灵活性备用；

38、b、频率最低点约束：单个区域电网遭受暂态冲击后，频率不能下跌过深，即：

39、

40、式中：为区域a机组i在t时刻提供的一次调频备用；为区域a的负荷调节系数；为区域a在t时刻的负荷功率；为区域a频率的最大偏差限值；为区域a的初始运行频率；为区域a在t时刻遭受的暂态冲击；

41、c、频率变化率约束：单个区域电网遭受暂态冲击后，频率不能下跌过快，即：

42、

43、式中：为区域a中机组i的动能；为区域a机组i在t时刻的启停状态变量，启动为1，停止为0；为区域a的最大频率变化率；ηa为区域a中马达负荷的比例；为区域a中马达负荷的均一惯量时间常数。

44、优选的，有功频率安全约束还包括：

45、d、准稳态频率偏差约束：考虑系统长周期低频运行能力限制，即：

46、

47、式中：为区域a的系统频率偏差；为区域a的系统频率偏差限值；

48、e、准稳态频率恢复约束：区域内机组预留的一次调频备用、二次调频备用以及从相邻区域获得的二次调频备用之和应不小于系统遭受的最大暂态冲击，即：

49、

50、式中：为区域a机组i在t时刻提供的二次调频备用；为互联电网整体在t时刻遭受的最大暂态冲击；

51、f、机组备用分割约束：对于单个机组而言，区域内预留的一次调频备用、二次调频备用和灵活性备用以及向相邻区域支援的灵活性备用和二次调频备用共同分割机组的总热备用，即：

52、

53、优选的，互联电网安全运行约束包括：

54、a、电力平衡约束：机组发电功率、新能源并网功率与联络线功率之和与负荷并网功率应相等，即：

55、

56、式中：分别为区域a机组i、风电、光伏以及负荷在t时刻的功率，分别为t时刻区域a总的弃风量、弃光量与切负荷量；

57、b、潮流安全约束：采用潮流转移因子计算线路潮流，线路潮流应不大于线路的功率传输极限；

58、

59、式中：分别为区域a机组i、风电、光伏、负荷以及直流系统的潮流转移因子；为区域a线路的功率传输极限。

60、优选的，互联电网安全运行约束还包括：

61、c、机组运行约束：两区域机组都需要满足最大最小出力约束、爬坡约束以及启停约束，即：

62、

63、式中：分别为区域a机组i的最大技术出力和最小技术出力；分别为区域a机组i的最大向上、向下爬坡能力；分别为区域a机组i的最小启、停时间；t_{on}a、t_{off}a分别为区域a机组启动、停止状态对应时刻的集合。

64、分别为区域a机组启动、停止状态对应时刻的机组状态。

65、优选的，建立互联电网有功频率安全日前调度模型，即目标函数：以区域内机组发电与启停成本、新能源与负荷弃限成本、机组在区域内预留的备用成本以及向区域外支援的备用成本之和最小为优化目标，即：

66、min(fa+fb)  (22)

67、其中，fa、fb均表示如下：

68、

69、式中：fa、fb分别为区域a、区域b内机组发电与启停成本、新能源与负荷弃限成本、机组在区域内预留的备用成本以及向区域外支援的备用成本之和；ct,g为t时刻该区域内所有机组的发电与启停成本之和；ci(pg,i,t)为t时刻该区域内机组i的发电成本；ci,t,ud为t时刻该区域内机组i的启停成本；ct,w,curt、ct,v,curt、ct,d,curt别为t时刻该区域内总的弃风、弃光与切负荷成本；δw,curt、δv,curt、δd,curt分别为该区域内的弃风、弃光与切负荷惩罚系数；ct,up、ct,dn分别为t时刻该区域内总的上调、下调灵活备用成本；xg,up、xg,dn分别为该区域内机组的上、下调灵活备用成本系数；ct,pfr、ct,sfr分别为t时刻该区域内总的一次、二次调频备用成本；xg,pfr、xg,sfr分别为该区域内机组的一次、二次调频备用成本系数；fsos,i,t,dn为任一区域内机组i在t时刻向另一区域支援的下调灵活性备用；t为调度周期；ct,curt为t时刻该区域内的新能源与负荷的弃限成本。

70、本发明提出了一种兼顾互联电网电力平衡与频率安全的协同调度方法，对互联电网的调峰调频过程及安全约束进行阐释，分析互联电网面临的稳态调峰、暂态冲击扰动组合模式，划定互联电网的功率失衡风险运行边界。通过划分联络线的调节空间，实现区域间灵活性备用和二次调频备用资源的协调互济。以互联电网安全经济运行为目标，建立互联电网有功频率安全日前调度模型，实现互联电网的电力平衡与频率安全协同调度。该调度模型能够解决互联电网调峰调频资源时空互济及频率安全水平低的问题，能够兼顾系统运行的安全性与经济性，有效抵御电网的功率失衡风险，对互联电网的频率安全调度研究具有重要意义和参考价值，具有工程应用价值。