發輸電經濟及電網安全綜合優化的建模方法
【專利摘要】由于缺乏全程量化及單調的電網安全性指標，傳統的優化模型中，一般將安全性作為不等式約束條件，而優化目標中一般只包含經濟性指標，無法同時對電網安全性進行優化。研究發現，電網的映射彈性勢能不但可以作為電網安全性的定量指標，其變化還與主網的網損變化同趨。本發明“發輸電經濟及電網安全綜合優化的建模方法”將映射彈性勢能納入經濟發電優化模型的目標函數，以解決發輸電經濟性和電網安全性綜合優化的難題；省略了線路有功約束條件，以提高優化的計算效率和可靠性。IEEE39節點系統算例驗證了該優化建模方法的合理性。該優化建模方法對電力系統的優化運行與規劃具有現實意義。
【專利說明】發輸電經濟及電網安全綜合優化的建模方法

【技術領域】
[0001] 電力系統（電網）安全性分析。

【背景技術】
[0002] 發、輸電經濟性和電網安全性是電力系統運行同時追求的目標，前者主要是降低 發電成本和輸電網損，后者主要是提高電網的功-角穩定性和電壓穩定性。主網中，若無功 補償能力較強，則安全性主要指靜態功-角穩定性。
[0003] 此前，由于電網安全性的全程定量及單調指標問題未能很好地解決，在優化模型 中一般將安全性作為不等式約束邊界條件，優化目標中一般只包含經濟性指標，無法對電 網安全性進行優化。
[0004] 近年來，為解決經濟性與安全性的綜合優化問題，對優化模型進行了不斷地改進： 第一類思路是對安全性約束改進，如縮小約束邊界以提高安全性；或將邊界柔性化、松弛化 后，再將柔性指數、松弛變量放入目標函數，與經濟性指標疊加尋優；第二類思路則是保持 原有的安全性約束邊界，另外構建定量安全性函數放入目標函數，如線路負載率差方和、負 載率平方和、運行風險指標等。第一類思路存在的本質問題是沒能將安全性進行全程量化， 從而無法進行全程優化，優化的主體還是經濟性；另外，單純將邊界柔性化或松弛化，優化 的結果很可能突變安全性的"硬"邊界。第二類思路中，從負載率均衡性角度度量全網安全 性，符合實際經驗，但負載率差方和、負載率平方和是否與安全性存在單調關系，缺乏嚴密 的理論論證；采用風險指標作為安全性指標則過于復雜，且不能量化在安全閥值邊界內的 安全性，最終還要通過負載率均衡性選取最優折中解。此外，傳統模型中的安全性不等式約 束，給目標函數的優化求解也添加了困難，優化求解計算量大；在隨機優化和離散優化時， 求解結果容易陷入局部最優。
[0005] 在網損優化方面，此前主要通過無功優化降低網損，但主網的網損實際上主要由 有功傳輸造成。網損和電網安全性都與有功潮流分布相關，但二者之間的關系未見分析過。 在綜合優化建模時，應分析網損與安全性之間的關系，盡量減少目標函數中的指標分量，以 提商優化效率和可罪性。
[0006] 針對傳統優化模型的不足，為解決電網安全性與發、輸電經濟性的綜合優化問題， 基于前期研究成果（中國發明專利：CN102227084B、CN103474993A)，即電網的映射彈性網 模型和電網的定量安全性指標--映射彈性勢能，分析輸電經濟性與電網安全性的關系， 研究"發輸電經濟及電網安全綜合優化的建模方法"，以實現綜合優化。


【發明內容】

[0007] 基于電網的映射彈性網模型和映射彈性勢能，研究發現，電網的映射彈性勢能不 但可以作為電網安全性的定量指標，其變化還與主網的網損變化同趨。本發明"發輸電經濟 及電網安全綜合優化的建模方法"將電網的映射彈性勢能納入經濟發電優化模型的目標函 數，以解決發電經濟性、輸電經濟性以及電網安全性的綜合優化的難題；省略了線路有功約 束條件，以提高優化的計算效率和可靠性。IEEE39節點系統算例驗證了該建模方法的合理 性。該方法對電力系統的優化運行與規劃具有現實意義，基于該方法的優化模型，可得到發 輸電經濟性和電網安全性同優的發電運行方式、電源布點方案和電網布線規劃方案等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1電網-映射彈性網拓撲映射，⑴電網，（2)映射彈性網
[0009] 圖2電網的等效映射彈性支路
[0010] 圖3輸電線路等值模型
[0011] 圖4IEEE39節點系統結構
[0012] 圖5發電成本、映射彈性勢能和網損的變化趨勢
[0013] 圖6發電方式1的電網-映射彈性網結構
[0014] 圖7發電方式3的電網-映射彈性網結構
[0015] 圖8發電方式5的電網-映射彈性網結構

【具體實施方式】
[0016] 1.電網的映射彈性勢能
[0017] 設交流線路L兩端節點電壓t、?),.2的相位差為Θ y有功功率為匕，電抗為忽 略電阻。當Uu、Uu變化不大時，線路L的功-角特性與單自由度彈性支路1的受力-形變 特性類似，建立L和1狀態量映射關系如下

【權利要求】
1. 一種發輸電經濟及電網安全綜合優化的建模方法，該方法特征在于，包括如下步 驟： 1) 在優化模型的目標函數中，將主網的映射彈性勢能與發電機經濟性指標（即總 發電成本）fe加權疊加，即minf= α?^+β · μΕ^，其中α、β為權重因子，滿足α+β = 1,0彡α彡1，〇彡β彡1，根據不同電網的實際情況設置，系數μ使fe、μ Eu具有近似 的數量級； 2) 步驟1)中，乃=|X+V^+C，），心二之屯，PCi、bp Ci分別為機組i的有功 /=1 i=l 出力和經濟參數，Eu為第i條線路的映射彈性勢能，ng、n分別為發電機和線路的數量； 3) 步驟2)中，線路的映射彈性勢能為= 其中匕、 dp cos θ Θ ^和匕為線路的有功、兩端電壓的相位差和映射彈性系數，~ ; 4) 步驟3)中，若\較小，則\為線路電抗； 5) 優化模型的約束條件只包括潮流等式約束和機組出力上下限約束，省略線路有功潮 流上下限約束； 6) 若優化結果出現線路有功潮流越限時，則表明步驟1)中α、β的初始取值不滿足 電網安全性的實際需要，應適當增大β值并相應減小α值，直至得到符合實際情況的α、 β值。
【文檔編號】G06Q50/06GK104103023SQ201410385208
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】竺煒 申請人:竺煒