本發(fā)明涉及一種電力技術(shù)領(lǐng)域備用容量優(yōu)化分配方法，具體為基于期望頻率偏差成本的備用容量優(yōu)化分配方法。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)向超高壓、遠距離、大容量和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展，大量新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用以及電力市場機制的逐步確立，停電事故引起了越來越嚴重的社會損失和經(jīng)濟損失，給人民的生產(chǎn)和生活造成了極大的影響。維持電力系統(tǒng)合理的可靠性水平對于系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行具有重要意義。為保證電力系統(tǒng)的可靠運行，必須配置備用容量以應(yīng)對不確定的負荷需求及發(fā)電波動。備用容量不足會使得系統(tǒng)出現(xiàn)頻率波動、甚至失去穩(wěn)定，降低系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性；而備用容量過大，又會使得系統(tǒng)運行成本增加，降低系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。如何兼顧電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可靠性，合理的優(yōu)化備用容量分配，對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。

目前工程上廣泛采用的為確定性方法，即設(shè)置備用容量為全網(wǎng)最大一臺機組的容量或者系統(tǒng)峰荷的4～5％。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大及電力裝備水平和控制技術(shù)的進步，上述經(jīng)驗值缺乏足夠的理論依據(jù)，難以計及各電力系統(tǒng)的特點和差異，已與系統(tǒng)實際要求不符，影響電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性。

關(guān)于備用容量優(yōu)化的研究主要圍繞運行經(jīng)濟性與安全性展開，通常以運行成本(包括發(fā)電成本、備用成本與停運成本等)最小為目標函數(shù)，以系統(tǒng)穩(wěn)定運行參數(shù)、暫態(tài)運行指標或可靠性指標作為約束條件進行優(yōu)化求解；采用機會約束模型，確保在一定置信度區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)備用容量設(shè)置滿足可靠運行要求。而上述優(yōu)化模型只能保證系統(tǒng)以最小的備用成本滿足最低的可靠性要求，并不能保證最大程度的發(fā)揮系統(tǒng)備用對穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的作用，盡可能的提高系統(tǒng)的可靠性水平。

隨著電力市場的發(fā)展，市場主體對系統(tǒng)可靠供電的要求也越來越高，而備用容量也成為輔助服務(wù)市場的重要部分，如何確定電力系統(tǒng)的最優(yōu)備用容量分配目前尚處于探索之中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決電力系統(tǒng)備用容量優(yōu)化分配問題，提出了一種基于期望頻率偏差成本的備用容量優(yōu)化分配方法。本方法選取最小化期望頻率偏差成本作為優(yōu)化目標，即以維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定所需的單位成本最小為優(yōu)化目標，可以保證所得到的優(yōu)化方案在成本相同時系統(tǒng)頻率特性最優(yōu)，而頻率特性相同時該方案成本最小。本方法采用粒子群算法生成備用容量優(yōu)化分配方案種群，采用蒙特卡洛方法對粒子進行安全校驗，計算符合安全校驗的粒子的適應(yīng)度函數(shù)，從而確定系統(tǒng)最優(yōu)備用容量分配方案。

本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：基于期望頻率偏差成本的備用容量優(yōu)化分配方法，包括以下步驟：

步驟一：采用粒子群優(yōu)化算法生成備用容量分配粒子初始種群，設(shè)初始種群數(shù)為Q。每個粒子中各發(fā)電機組的備用容量需滿足約束：其中R_i為機組i的備用容量；λ_i為機組i的爬坡率；t為備用調(diào)度周期；P_Gi為機組i的計劃出力值；P_Gi^max為機組i的出力上限；R_min,i為機組i的基礎(chǔ)備用值。

步驟二：對每個粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案進行安全校驗并計算適應(yīng)度函數(shù):

(1)采用蒙特卡洛抽樣技術(shù)，對每個粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案進行安全校驗。

考慮不確定性，采用蒙特卡洛法抽取第i個(i＝1，……Q)粒子系統(tǒng)運行狀態(tài)，若狀態(tài)m備用容量滿足系統(tǒng)要求，頻率偏差△f_m＝0；若狀態(tài)m備用容量無法滿足系統(tǒng)需求，則確定該狀態(tài)概率p_m及頻率偏差△f_m，其中△P_m為狀態(tài)m的功率缺額，即系統(tǒng)所有可用發(fā)電量與負荷之差；K_L為負荷頻率特性系數(shù)；K_Gm為狀態(tài)m下所有在線發(fā)電機組的頻率特性系數(shù)之和；p_m為狀態(tài)m出現(xiàn)的次數(shù)與蒙特卡洛抽樣總數(shù)N之比；

若m<N(N為蒙特卡洛抽樣總數(shù))，則繼續(xù)抽取下一狀態(tài)；否則停止蒙特卡洛抽樣，計算備用容量不滿足系統(tǒng)需求的總概率，若N_m為△f_m>0的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)，(當粒子的抽樣備用容量狀態(tài)都滿足系統(tǒng)要求，則)則該粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案滿足系統(tǒng)安全校驗，計算系統(tǒng)頻率偏差期望：并轉(zhuǎn)入(3)；否則轉(zhuǎn)入(2)。

(2)生成新的粒子。該粒子中各發(fā)電機組的備用容量需滿足約束：轉(zhuǎn)入(1)。

(3)計算粒子適應(yīng)度函數(shù)：適應(yīng)度函數(shù)F為：式中：△f_EX為系統(tǒng)頻率偏差期望；f_N為電網(wǎng)額定頻率；N_G為系統(tǒng)發(fā)電機總數(shù)；c_i(·)為機組i的備用成本函數(shù)，c_i(R_i)＝a_iR_i²+(2a_iP_Gi+b_i)R_i，式中：a_i、b_i為機組i的成本函數(shù)系數(shù)。

步驟三：種群根據(jù)適應(yīng)度值更新粒子位置和速度：

根據(jù)各粒子的適應(yīng)度函數(shù)值、更新粒子位置及速度的策略，生成新的粒子種群，粒子中各發(fā)電機組的備用容量仍需滿足約束：

步驟四：程序終止條件判定：

若程序滿足終止條件，則程序終止(終止條件是指粒子種群代數(shù)達到預(yù)設(shè)值，或者適應(yīng)度函數(shù)方差小于預(yù)設(shè)值)，適應(yīng)度函數(shù)最小的粒子確定的即為最優(yōu)備用容量分配方案；否則轉(zhuǎn)入步驟二，對步驟三中生成的粒子種群進行安全檢驗確定適應(yīng)度函數(shù)。

本方法以最小化系統(tǒng)期望頻率偏差成本為適應(yīng)度函數(shù)，并通過基于蒙特卡洛安全校核的粒子群優(yōu)化算法對該目標函數(shù)進行求解。該備用容量優(yōu)化分配方法可以優(yōu)化系統(tǒng)備用容量分配，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性，為電力系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)度運行提供可行建議。

具體實施方式

基于頻率偏差成本的備用容量優(yōu)化分配方法，包括以下步驟：

步驟一：采用粒子群優(yōu)化算法生成備用容量分配粒子初始種群，設(shè)初始種群數(shù)為Q，每個粒子中各發(fā)電機組的備用容量需滿足約束：其中R_i為機組i的備用容量；λ_i為機組i的爬坡率；t為備用調(diào)度周期；P_Gi為機組i的計劃出力值；P_Gi^max為機組i的出力上限；R_min,i為機組i的基礎(chǔ)備用值；

步驟二：對每個粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案進行安全校驗并計算適應(yīng)度函數(shù):

(1)采用蒙特卡洛抽樣技術(shù)，對每個粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案進行安全校驗；

考慮不確定性，采用蒙特卡洛法抽取第i個(i＝1，……Q)粒子系統(tǒng)運行狀態(tài)，若狀態(tài)m備用容量滿足系統(tǒng)要求，頻率偏差△f_m＝0；若狀態(tài)m備用容量無法滿足系統(tǒng)需求，則確定該狀態(tài)概率p_m及頻率偏差△f_m，其中△P_m為狀態(tài)m的功率缺額，即系統(tǒng)所有可用發(fā)電量與負荷之差；K_L為負荷頻率特性系數(shù)；K_Gm為狀態(tài)m下所有在線發(fā)電機組的頻率特性系數(shù)之和；p_m為狀態(tài)m出現(xiàn)的次數(shù)與蒙特卡洛抽樣總數(shù)N之比；

若m<N(N為蒙特卡洛抽樣總數(shù))，則繼續(xù)抽取下一狀態(tài)；否則停止蒙特卡洛抽樣，計算備用容量不滿足系統(tǒng)需求的總概率，若N_m為△f_m>0的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)，則該粒子確定的系統(tǒng)備用容量分配方案滿足系統(tǒng)安全校驗，計算系統(tǒng)頻率偏差期望：并轉(zhuǎn)入(3)；否則轉(zhuǎn)入(2)；

(2)生成新的粒子，該粒子中各發(fā)電機組的備用容量需滿足約束：轉(zhuǎn)入(1)；

(3)計算粒子適應(yīng)度函數(shù)：適應(yīng)度函數(shù)F為：式中：△f_EX為系統(tǒng)頻率偏差期望；f_N為電網(wǎng)額定頻率；N_G為系統(tǒng)發(fā)電機總數(shù)；c_i(·)為機組i的備用成本函數(shù)，c_i(R_i)＝a_iR_i²+(2a_iP_Gi+b_i)R_i，式中：a_i、b_i為機組i的成本函數(shù)系數(shù)；

步驟三：種群根據(jù)適應(yīng)度值更新粒子位置和速度：

根據(jù)各粒子的適應(yīng)度函數(shù)值、更新粒子位置及速度的策略，生成新的粒子種群，粒子中各發(fā)電機組的備用容量仍需滿足約束：

步驟四：程序終止條件判定：

若程序滿足終止條件，則程序終止，適應(yīng)度函數(shù)最小的粒子確定的容量分配方案即為最優(yōu)備用容量分配方案；否則轉(zhuǎn)入步驟二，對步驟三中生成的粒子種群進行安全檢驗并確定適應(yīng)度函數(shù)。

本方法以最小化系統(tǒng)期望頻率偏差成本為適應(yīng)度函數(shù)，并通過基于蒙特卡洛安全校核的粒子群優(yōu)化算法對該目標函數(shù)進行求解。兼顧備用容量成本及備用容量產(chǎn)生的效益，可以保證所得到的優(yōu)化方案在成本相同時系統(tǒng)頻率特性最優(yōu)，而頻率特性相同時該方案成本最小。從而更大程度的發(fā)揮備用容量的作用，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性，是很有前景的一種電力系統(tǒng)備用容量優(yōu)化分配方法。