考慮發(fā)電機(jī)故障與支路潮流約束的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化

秦鵬 寧大磊 范相冉

摘 要：旋轉(zhuǎn)備用是一種可用于應(yīng)對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷突然增加或發(fā)電機(jī)組故障而引起失負(fù)荷的重要資源。該文在分析和總結(jié)各種旋轉(zhuǎn)備用的決策方法后，采用成本/效益分析的方法建立了一種同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)故障和支路潮流約束的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型，并采用IEEE-RTS測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型的有效性，使旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化問(wèn)題的研究更加貼近實(shí)際。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)備用;成本/效益分析;直流潮流法;潮流約束

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）12-0164-02

1 旋轉(zhuǎn)備用配置的主要方法

確定性方法是將機(jī)組停運(yùn)或負(fù)荷波動(dòng)造成的供需不平衡按照某一設(shè)定準(zhǔn)則量化為旋轉(zhuǎn)備用容量，側(cè)重點(diǎn)可以是機(jī)組故障停運(yùn)的不確定性、負(fù)荷波動(dòng)的不確定性或兩者兼顧。常用的準(zhǔn)則有N-1規(guī)則，負(fù)荷百分比規(guī)則，或前兩者相結(jié)合的規(guī)則。該方法具備簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用到電力系統(tǒng)運(yùn)行中，保障系統(tǒng)的可靠性和安全性，但是該方法也存在一定的弊端，例如：系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)不穩(wěn)定，缺少對(duì)元件故障的隨機(jī)性和系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況的掌握，影響調(diào)度結(jié)果。

概率性方法是以概率分析為基礎(chǔ)的備用配置方法[3]，包括兩種：一種是將可靠性指標(biāo)必須滿足給定的范圍加入優(yōu)化模型，形成帶可靠性指標(biāo)約束的備用優(yōu)化模型;另一種是基于成本效益分析的備用優(yōu)化模型。該方法保證了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益最大化。

本文采用成本/效益分析的方法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)備用決策，不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動(dòng)匹配備用和系統(tǒng)安全運(yùn)行，通過(guò)控制成本和用戶通電損失，也兼顧了經(jīng)濟(jì)效益。

2 考慮發(fā)電機(jī)故障的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化

2.1 目標(biāo)函數(shù)

文獻(xiàn)[4]中，在計(jì)及用戶停電損失的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型中，目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)的運(yùn)行成本、備用成本以及用戶的停電損失期望之和最小，表示如下：

2.2 約束條件

上述目標(biāo)函數(shù)需滿足以下約束：

4 算例分析

為檢驗(yàn)該多步求解法的正確性與有效性，本文對(duì)IEEE-RTS系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算。該系統(tǒng)由26臺(tái)發(fā)電機(jī)組和38條線路。機(jī)組組合數(shù)據(jù)和輸出功率速率率限制由文獻(xiàn)[7]獲得，發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)成本和可靠性數(shù)據(jù)由文獻(xiàn)[8]獲得，發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷數(shù)據(jù)由文獻(xiàn)[9，10]獲得，線路參數(shù)由文獻(xiàn)[10]獲得。VOLL為1000$/MWh，收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.5%，混合整數(shù)規(guī)劃的允許誤差為0.01%。

對(duì)EENS多步計(jì)算，進(jìn)而對(duì)旋轉(zhuǎn)備用結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，考慮發(fā)電機(jī)故障的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型與加入支路潮流約束后的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型計(jì)算結(jié)果分別如表1和表2所示。

由表1和表2可知，第二步計(jì)算結(jié)束后，系統(tǒng)的備用容量即被大體確定，第三步計(jì)算結(jié)束后收斂標(biāo)準(zhǔn)滿足，優(yōu)化程序停止運(yùn)行，最終得到最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)備用容量。與表1相比，同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)故障與支路潮流約束時(shí)，系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量要大于僅考慮發(fā)電機(jī)故障時(shí)的旋轉(zhuǎn)備用容量。當(dāng)考慮支路潮流約束時(shí)，相同的發(fā)電機(jī)故障引起的缺供電量損失大于不考慮潮流約束時(shí)所造成的損失。根據(jù)優(yōu)化模型，此時(shí)需要提高旋轉(zhuǎn)備用容量以降低用戶期望缺供電量損失，進(jìn)而降低系統(tǒng)運(yùn)行的總成本。進(jìn)一步證明了同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)故障與支路潮流約束的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化模型的有效性。

5 總結(jié)檢驗(yàn)了備用模型的效用

該文通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)分析計(jì)算，不僅優(yōu)化升級(jí)了設(shè)備備用問(wèn)題，檢驗(yàn)了備用模型的效用，而且優(yōu)化后的情況更符合實(shí)際?；趯?duì)成本和效益的控制節(jié)約，優(yōu)化后的備用模型同時(shí)兼顧了發(fā)電機(jī)故障和支路潮流約束這兩方面，建立了以運(yùn)行成本和備用不足造成的用戶停電損失為機(jī)組組合目標(biāo)函數(shù)的方法，并且使二者在目標(biāo)函數(shù)中的相互牽制，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用配置。

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