本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領域，具體地說是一種基于預想故障分解的電力系統(tǒng)最優(yōu)支援機組定位方法。
背景技術(shù)：
當前電力建設快速發(fā)展，一方面各地電源建設項目仍快速增長，風電、核電的比重逐年上升；另一方面多條特高壓線路建成，跨區(qū)來電容量占比不斷提高。同時全國經(jīng)濟正在進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，社會用電結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生了較大的變化。電網(wǎng)日負荷曲線的日益增大，火電機組利用小時數(shù)大幅下降，當機組運行負荷降低時，機組熱耗大幅上升，機組效率大幅下降。因此當火電機組利用小時數(shù)大幅下降，大型火電機組長時間低負荷運行成為電力市場的新常態(tài)時，必須要考慮大型火力發(fā)電機組的調(diào)頻能力。
在上述需求背景下，火力發(fā)電機組要求首先保證自己的安全，同時在主網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時具有一定的輔助處理事故的能力。一次調(diào)頻功能正是火力發(fā)電機組在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況下充分利用汽機和鍋爐蓄熱以及機組的旋轉(zhuǎn)備用容量快速響應頻率變化，以彌補電網(wǎng)發(fā)電與負荷差距，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。為此，需選取若干對電網(wǎng)安全穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用的機組，作為上述支援功能的實施主體。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
鑒于此，本發(fā)明的目的在于，依據(jù)電網(wǎng)內(nèi)各特高壓落地點故障情況下的不同電網(wǎng)響應特征，根據(jù)地域給出電網(wǎng)故障時各區(qū)域的最佳電源支撐點的位置，用以確定深度調(diào)頻支援的最優(yōu)機組選擇，作為具備高加出系調(diào)頻功能的改造目標。
本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種基于預想故障分解的電力系統(tǒng)最優(yōu)支援機組定位方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟1)：加載電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流數(shù)據(jù)，發(fā)電機、母線和線路的安全約束數(shù)據(jù)，發(fā)電機爬坡能力數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)預想故障集合數(shù)據(jù)；
步驟2)：電網(wǎng)正常方式下的潮流計算，得到初始運行點；
步驟3)：基于步驟1)-2)所得數(shù)據(jù)，建立以最小化發(fā)電機組爬坡能力為目標的電力系統(tǒng)安全約束最優(yōu)潮流模型；
步驟4)：基于步驟3)所得模型，采用預想故障分解方法將該模型分解為正常運行方式下主問題與各預想故障運行方式下的子問題，求解正常運行方式下的主問題；
步驟5)：基于步驟4)所得結(jié)果，依次求解各預想故障運行方式下的子問題，并生成相應附加不等式約束，加入步驟4)所述的主問題中；
步驟6)：計算相鄰兩輪迭代中步驟4)所求解主問題的優(yōu)化結(jié)果的增量大小，若其小于給定閾值，則至步驟7)；否則返回步驟5)繼續(xù)迭代求解；
步驟7)：依據(jù)步驟4)所得最小發(fā)電機組爬坡能力改造量，將改造量非零的發(fā)電機組據(jù)此進行遞減排序，按順序依次記為優(yōu)先級遞減的最優(yōu)支援機組，作為結(jié)果輸出。
進一步地，所述步驟3)的具體內(nèi)容為：以最小化發(fā)電機組爬坡能力改造量為優(yōu)化目標，以及發(fā)電機組爬坡能力改造后電網(wǎng)正常運行方式和所有預想故障方式下的潮流方程為等式約束，以電網(wǎng)正常運行方式和所有預想故障運行方式下的發(fā)電機爬坡約束、發(fā)電機有功出力約束、發(fā)電機無功出力約束、節(jié)點電壓幅值約束和線路熱穩(wěn)定約束為不等式約束，建立一組非線性優(yōu)化模型。
更進一步，所述的非線性優(yōu)化模型具體如下：
1)目標函數(shù)
式中，
2)等式約束
等式約束為不同運行方式下的潮流方程：
式中，變量上標代表運行方式，其中0代表正常運行方式，其他代表預想故障運行方式；sk為預想故障運行方式的集合；sb為母線的集合；
ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λk為運行方式k下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；
3)不等式約束
不等式約束包括發(fā)電機組爬坡約束
式中，
以及其他運行約束，包括節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束和線路潮流約束
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限。
進一步地，所述步驟4)的具體內(nèi)容為：將步驟3)所建立的非線性優(yōu)化模型分解為1個對應正常運行方式的主問題和對應若干預想故障運行方式的子問題。
更進一步地，主問題的具體內(nèi)容為：
1)目標函數(shù)
式中，
2)等式約束
等式約束為正常運行方式下的潮流方程
式中，變量上標0代表正常運行方式，sb為母線的集合；
ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ0為正常運行方式下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；gij，bij分別為節(jié)點導納矩陣中對應元素的實部和虛部；
3)不等式約束
不等式約束包括節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束、線路潮流約束：
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限。
所述步驟5)中，第k個預想故障所對應子問題的具體內(nèi)容為：
1)目標函數(shù)
式中，
2)等式約束
等式約束為預想故障運行方式k下的潮流方程
式中，sb為母線的集合；ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λk為運行方式k下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；
3)不等式約束
不等式約束包括松弛后的機組爬坡約束
式中，
機組爬坡能力松弛變量約束：
以及其他運行約束，包括預想故障運行方式k下節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束和線路潮流約束：
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限。
進一步地，求解上述預想故障運行方式k所對應優(yōu)化問題，若優(yōu)化目標j非零，則生成如下不等式約束，加入步驟4)中主問題的不等式約束中：
式中，u0,
μ，
通過實施上述步驟，可準確定位對電網(wǎng)安全穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用的機組，建立相應機組的優(yōu)先級順序，定位了電網(wǎng)不同故障情況下的最優(yōu)支援機組，并給出了機組爬坡能力的最優(yōu)改造方案，以最小代價滿足了電網(wǎng)故障后的安全特性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的流程框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
本實施例提供一種電力系統(tǒng)暫態(tài)嚴重故障篩選的方法，如圖1所示，包括以下步驟：
步驟(1)：加載電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)潮流數(shù)據(jù)，發(fā)電機、母線、線路等元件的安全約束數(shù)據(jù)，現(xiàn)有發(fā)電機爬坡能力數(shù)據(jù)，以及電網(wǎng)預想故障集合數(shù)據(jù)；
步驟(2)：電網(wǎng)正常方式下的潮流計算，得到初始運行點；
步驟(3)：基于步驟(1)-(2)所得數(shù)據(jù)，建立以最小化發(fā)電機組爬坡能力為目標的電力系統(tǒng)安全約束最優(yōu)潮流模型；
步驟(4)：基于步驟(3)所得模型，采用預想故障分解方法將該模型分解為正常運行方式下主問題與各預想故障運行方式下的子問題；求解正常運行方式下的主問題；
步驟(5)：基于步驟(4)所得結(jié)果，依次求解各預想故障運行方式下的子問題，并生成相應附加不等式約束，加入步驟(4)所述主問題中；
步驟(6)：計算相鄰2輪迭代中步驟(4)所求解主問題的優(yōu)化結(jié)果的增量大小，若其小于給定閾值，則至步驟(7)；否則返回步驟(5)繼續(xù)迭代求解；
步驟(7)：依據(jù)步驟(4)所得最小發(fā)電機組爬坡能力改造量，將改造量非零的發(fā)電機組據(jù)此進行遞減排序，按順序依次記為優(yōu)先級遞減的最優(yōu)支援機組，作為結(jié)果輸出。
在本實施例中，所述步驟(3)具體為，以最小化發(fā)電機組爬坡能力改造量為優(yōu)化目標，以計及發(fā)電機組爬坡能力改造后電網(wǎng)正常運行方式和所有預想故障方式下的潮流方程為等式約束，以電網(wǎng)正常運行方式和所有預想故障運行方式下的發(fā)電機爬坡約束、發(fā)電機有功出力約束、發(fā)電機無功出力約束、節(jié)點電壓幅值約束、線路熱穩(wěn)定約束等安全約束為不等式約束，建立一組非線性優(yōu)化模型，具體如下：
1)目標函數(shù)
式中，
2)等式約束
等式約束為不同運行方式下的潮流方程
式中，變量上標代表運行方式，其中0代表正常運行方式，其他代表預想故障運行方式；sk為預想故障運行方式的集合；sb為母線的集合；
ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λk為運行方式k下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；
3)不等式約束
不等式約束包括機組爬坡約束
式中，
以及其他運行約束，包括節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束、線路潮流約束等：
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限。
在本實施例中，所述步驟(4)具體為：將步驟(3)所建立的非線性優(yōu)化模型分解為1個對應正常運行方式的主問題和對應若干預想故障運行方式的子問題。其中，主問題具體為：
1)目標函數(shù)
式中，變量含義與上述相同。
2)等式約束
等式約束為正常運行方式下的潮流方程
式中，變量上標0代表正常運行方式，sb為母線的集合；
ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λ0為正常運行方式下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；gij，bij分別為節(jié)點導納矩陣中對應元素的實部和虛部。
3)不等式約束
不等式約束包括節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束、線路潮流約束等：
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限；
以及由步驟(5)所生成的一系列不等式約束。
在本實施例中，所述步驟(5)具體為：第k個預想故障所對應子問題具體為：
1)目標函數(shù)
式中，
2)等式約束
等式約束為預想故障運行方式k下的潮流方程。
式中，sb為母線的集合；ui為母線i的電壓幅值，i∈sb；uj為母線j的電壓幅值；pgi，qgi分別為發(fā)電機組i的有功和無功出力，i∈sg；pli，qli分別為母線i的有功和無功負荷，i∈sg；δij為母線ij之間的相角差；λk為運行方式k下的負荷增長因子，用于描述負荷的波動及其隨國民經(jīng)濟的增長；
3)不等式約束
不等式約束包括松弛后的機組爬坡約束
式中，
機組爬坡能力松弛變量約束：
以及其他運行約束，包括預想故障運行方式k下節(jié)點電壓約束、發(fā)電機有功及無功出力約束、線路潮流約束等：
式中，fij為母線i到母線j之間線路上的潮流；各變量的上、下劃線分別表示對應變量的上限和下限。
求解上述預想故障運行方式k所對應優(yōu)化問題，若優(yōu)化目標j非零，則生成如下不等式約束，加入步驟(4)中主問題的不等式約束集合中：
式中，u0,
μ，
通過實施上述步驟，給出了機組爬坡能力的最優(yōu)改造方案，并據(jù)此以最小代價滿足了電網(wǎng)故障后的安全特性。作為結(jié)果，上述具體實施步驟給出了電網(wǎng)不同故障下的最優(yōu)支援機組。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書保護范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。