考虑网络约束的源-荷备用优化配置模型与方法

摘要

随着电力系统的潮流的增长和不确定性的增强，输电阻塞的风险不断增大，对备用传输的影响日益突出，备用配置必须考虑备用容量与网络传输容量之间的协调;另一方面，随着智能电网的发展，负荷侧管理手段日益丰富，可控负荷成为重要的容量资源，备用配置必须考虑源-荷双侧备用的协同。深入研究备用容量与网络传输容量的协调机制，提高发电侧与负荷侧备用资源的协同水平，对提高电网的安全经济运行能力，保障电力系统的运行可靠性具有重要意义。
　　本文的工作围绕旋转事故备用的优化配置展开，旨在建立考虑网络约束和负荷侧备用的备用优化配置的模型与算法。首先，基于备用的成本与价值分析，阐明网络约束下备用最优配置的原理;之后简化考虑负荷侧备用，构建了基于成本-价值分解的备用配置模型与方法;最后强调负荷侧备用的特性，提出了源-荷备用的协同优化配置方法，并建立了源-网-荷备用的协同优化模型，分析了网-荷备用的协同机制。
　　备用配置要兼顾系统的经济性与可靠性，其本质是备用成本与价值的协调，建立备用成本与价值的评估体系，分析备用最优配置的原理，是优化备用配置的基础。本文分析了备用的成本及其构成、备用的价值及其影响因素，通过对成本与价值的边际分析，借助Lagrange乘子，建立了备用的供给与需求模型，在备用的供给模型中，考虑了由于电能与备用的耦合产生的机会成本，在备用的需求模型中，综合考虑了网络约束、事故状态概率和非自愿切负荷，完整地包含了备用成本与价值的各个方面。本文分别从经济学和数学的角度，论证了供需平衡是备用最优配置的必要条件，基于此设计了备用配置的动态排队法，在经济调度的框架下验证了备用配置最优条件的理论推导，同时为成本-价值分解的备用配置方法奠定了理论基础。
　　备用配置需要模拟大量事故状态下的校正控制，计算负担大，为了兼顾计算精度与效率，本文在经济调度的框架下，提出基于成本-价值分解的备用配置方法体系。考虑网络约束，协调备用容量与网络传输容量，将负荷侧备用简化为负的发电容量，利用混合整数规划对目标函数进行线性化处理，构建备用配置的最优化模型和确定性模型。构造基于成本-价值分解的备用配置结构，据此结构，分别设计了针对最优化模型的Benders分解方法和针对确定性模型的价值判别方法，这两种方法均已成本-价值分解的方式协调备用配置的可靠性与经济性，各系统状态相互解耦可独立求解，可以有效平衡计算精度与效率。
　　不同于发电侧备用，考虑到可控负荷的不中断特性及其聚合控制策略，调用负荷侧备用需要计及负荷恢复的效应，此点是实现源-荷备用协同优化的重要前提。本文在动态经济调度的框架下，提出一种源-荷备用协同优化配置方法，在备用配置确定性模型的基础上，利用混合整数规划对负荷恢复进行建模，基于价值判别方法构建协同优化算法，该方法不引入Lagrange乘子，可以方便地处理负荷恢复，在避免内存瓶颈的同时显著提高了运算速度。在源-荷备用协同优化模型的基础上，通过将可用传输容量建模为电网侧备用，显化其经济当量，构建源-网-荷备用协同优化模型，阐明网-荷备用的协同机制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 备用优化配置的方法

1．2．2 考虑网络传输约束的备用配置

1．2．3 包含可控负荷的备用配置

1．3 本文主要工作

第2章 备用的成本与价值分析

2．1 备用的成本分析

2．1．1 备用的成本及其构成

2．1．2 备用的供给模型

2．2 备用的价值分析

2．2．1 备用的价值及其影响因素

2．2．2 备用的需求模型

2．2．3 系统状态集的生成

2．3 备用最优配置的原理

2．3．1 备用的供需平衡

2．3．2 基于供需平衡的备用动态排队法

2．4 仿真分析

2．4．1 算例系统

2．4．2 备用的成本分析

2．4．3 不同状态集下的备用价值

2．4．4 网络约束下的备用价值

2．4．5 基于动态排队法的备用配置

2．5 本章小结

第3章 基于成本-价值分解的备用配置

3．1 备用配置的模型

3．1．1 最优化模型

3．1．2 确定性模型

3．1．3 目标函数的线性化

3．1．4 成本-价值分解的配置结构

3．2 最优化模型的Benders分解方法

3．2．1 Benders分解的原理

3．2．2 基于Benders分解的优化算法

3．3 确定性模型的价值判别方法

3．3．1 备用价值判别的思想

3．3．2 基于价值判别的优化算法

3．4 仿真分析

3．4．1 算例系统

3．4．2 基于Benders方法的备用配置

3．4．3 基于价值判别方法的备用配置

3．5 本章小结

第4章 源-荷备用的协同优化配置

4．1 负荷侧容量资源的特性

4．1．1 负荷的可控性

4．1．2 负荷的削减与恢复特性

4．2 考虑负荷恢复的源-荷备用协同优化

4．2．1 源荷备用协同优化模型

4．2．2 基于价值判别的协同优化算法

4．3 考虑电网侧备用的源-荷备用协同优化

4．3．1 电网侧容量资源的备用建模

4．3．2 源-网-荷备用协同优化模型

4．4 仿真分析

4．4．1 算例系统

4．4．2 源-荷备用协同优化

4．3．3 网-荷备用协同优化

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间取得的成果