应对陡坡事件的备用优化决策方法

摘要

应对陡坡事件的备用优化决策方法，涉及一种应对陡坡事件RRE的不同时间级备用决策方法。所述方法为：一、将时间级进行划分；二、定义系统运行机组；三、提出各调度级机组协调策略；四、提供不同类型机组逐级协调控制的执行机制；五、确定系统备用贡献SRC不同时段备用状态的决策机制；六、建立Non-AGC机组协调优化模型和BLO-AGC机组协调优化模型，并进行优化求解。本发明从时空分层协调角度出发，提出了在不同的时间级，对电网供应侧不同类型机组的运作机制进行逐级优化协调，实施陡坡事件的备用优化决策，使每一波陡坡冲击所耗用的备用，能够得到及时而充分的增补和补充，挖掘系统备用贡献潜力。

权利要求

1.应对陡坡事件的备用优化决策方法，其特征在于所述方法从时空分层协调角度出发，在不同的时间级对电网供应侧不同类型机组的运作机制进行逐级优化协调，实施陡坡事件的备用优化决策，具体内容如下：一、将时间级划分为超前预调度时窗T、预调度时窗t、在线调度时窗τ、超短期在线调度时窗Δτ；

二、设系统运行机组集合为G，则：

G＝GAGC∪GNAGC∪GOther；

式中，GAGC为自动发电控制机组集合，GNAGC为非自动发电控制机组集合，GOther为风光水储其他资源辅助机组集合；

自动发电控制机组集合GAGC可分成：

GAGC＝GBOL∪GBLR；

式中，GBOL是按机组基点功率调整发电功率的BLO型AGC机组子集合，GBLR是按区域控制误差自动调节的BLR型AGC机组的子集合；

非自动发电控制机组集合GNAGC可分成：

GNAGC＝GNrich∪GNlack；

式中，GNrich是NON-AGC型的充裕机组子集合，GNlack是NON-AGC型的匮乏机组子集合；

三、针攀峰时的陡升型、降谷时的陡降型以及可能由事故引起的陡升或陡降型两种陡坡RRE，提出各调度级机组协调策略，即：在超短期在线调度级发电机组一次、二次自动调节后，在线调度级的BLR与BLO机组协调，预调度级的BLO和Non-AGC机组协调，超前预调度级的风光水储机组协调，具体如下：(1)在线调度级的BLR与BLO机组协调：

若GBLR的旋转正备用匮乏，但GBLO还有较充足的备用时，则转移GBLR部分备用到GBLO，使GBLR有充裕的旋转备用；

(2)预调度级的BLO和Non-AGC机组协调：

若GBLR的旋转正备用匮乏，且GBLO旋转备用匮乏时，则转移GBLO、GNlack部分备用到GNrich，使GBLO和GNlack有充裕的旋转备用；

(3)超前预调度级的风光水储机组协调：

若执行(2)后，火电机组的旋转备用仍匮乏，在GOther中风光水储帮困资源来提供额外支持；

四、根据各调度级机组的协调策略，建立Non-AGC机组协调优化模型和BLO-AGC机组协调优化模型，并进行优化求解。

2.根据权利要求1所述的应对陡坡事件的备用优化决策方法，其特征在于所述步骤一中，超前预调度时窗T内的各个时段长度与预调度时窗t相一致，预调度时窗内的各个时段长度与在线调度时窗τ相一致，在线调度时窗τ内的各个时段长度与超短期在线调度时窗Δτ相一致。

3.根据权利要求1或2所述的应对陡坡事件的备用优化决策方法，其特征在于所述步骤一中，超前预调度时窗T＝60min，预调度时窗t＝15min，在线调度时窗τ＝5min，超短期在线调度时窗Δτ＝1min。

4.根据权利要求1所述的应对陡坡事件的备用优化决策方法，其特征在于所述GBLR旋转正备用匮乏条件为：式中， 是第k台BLR型机组可调节容量上限； 是τi时段第k台BLR型机组有功功率； 是BLR型机组基点功率值；μ为权重系数。

5.根据权利要求1所述的应对陡坡事件的备用优化决策方法，其特征在于所述步骤三中，GBLO旋转备用匮乏条件为：BLO型AGC机组正备用匮乏条件为：

BLO型AGC机组负备用匮乏条件为：

式中 是第j台BLO型机组可调节容量上限、下限； 是第j台BLO型机组在预调度时段t-1的最后一个在线调度时段τend的出力； 是非风电型机组t时段最小正备用； 是非风电型机组t时段最大负备用。

说明书

应对陡坡事件的备用优化决策方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应对陡坡事件RRE的不同时间级备用决策方法。

背景技术

[0002] 随着风电入网份额的逐渐增大，随机间歇式扰动的频度和幅度将愈来愈大。风电间歇性扰动或线路/机组退出事件所产生的陡坡事件(Rapid Ramping Event，简称RRE)，对电网可靠运行形成一种挑战。在高峰（或低谷）负荷期间，当系统净负荷迅速地陡升（或陡降）时，风电的突然变化和净负荷预测的误差能够引起功率失衡。如果发生在上行备用紧缺的高峰期，或下行备用紧缺的低谷期，风电的随机间歇式扰动将会和系统负荷的随机性扰动交迭在一起。这不仅非常难以应对，而且十分危险。在备用调度跟踪间歇性扰动方面，国内外相关领域科学研究得出的现有技术存在不足之处，一般注重加强一次调节，防范第一波陡坡冲击，对于后续的陡坡冲击，一般单纯依托自动发电控制（AGC）的二次调节，而疏于戒备。没有考虑第一波陡坡冲击所耗用的大量备用迫切需要及时增补的问题，更没有考虑增补备用和保持备用将恶化节能减排优化目标值问题。对于以上危险隐患，现有技术没用提出对策。因此，如何才能使第一波陡坡冲击所耗用的大量备用，能够得到及时增补，从而尽可能地将上述问题可能造成的危害缩减到最低限度，是当前急需要解决的难题。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种应对陡坡事决的备用优化决策方法，从时空分层协调角度出发，提出了在不同的时间级，对电网供应侧不同类型机组的运作机制进行逐级优化协调，实施陡坡事件(RRE)的备用优化决策，使每一波陡坡冲击所耗用的备用，能够得到及时而充分的增补和补充，挖掘系统备用贡献(system reserve contribution，SRC)潜力。主要内容表述如下：

[0004] （1）提出时空分层协调思想，“时”指时间级的划分，如图1所示，将时间级划分为超前预调度级、预调度级、在线调度级、超短期在线调度级。“空”指不同类型的机组。协调思想为在不同的时间级，对不同调度级机组的运行机制进行逐级优化协调。

[0005] （2）定义系统运行机组由自动发电控制机组、非自动发电控制机组和其他资源（风、光、水、储、可调负荷等）辅助机组三大类机组构成。其中自动发电控制机组由BLO(base load off regulated)型AGC机组和BLR(base load regulated)型AGC机组构成。非自动发电控制机组由NON-AGC型的充裕机组和NON-AGC型的匮乏机组构成。

[0006] （3）针攀峰时的陡升型、降谷时的陡降型以及可能由事故引起的陡升或陡降型两种陡坡RRE，提出各调度级机组协调策略，即：在超短期在线调度级发电机组一次、二次自功调节后，在线调度级的BLR与BLO机组协调，预调度级的BLO和Non-AGC机组协调，超前预调度级的风光水储机组协调。

[0007] （4）为挖掘系统备用的潜力，给出不同类型机组逐级协调控制策略的执行机制，其中包括各类机组备用匮乏判定条件，以及陡坡事件RRE的判别指标。

[0008] （5）在陡坡事件EER的紧急态势中，确定系统备用贡献SRC增强态、保持态和释放态3种不同时段备用状态的决策机制。

[0009] （6）根据各调度级的协调策略，建立Non-AGC机组协调优化模型和BLO-AGC机组协调优化模型，并进行优化求解。

[0010] 本发明具有如下优点：

[0011] 1、在紧急态势的陡坡事件RRE期间，实施不同时间级和不同机组的逐级协调优化调度，具有适应不同紧急态势的特点，满足不同系统备用状态的需要，

[0012] 2、在紧急陡坡事件期间，跟踪变化过程，从净负荷预测误差中搜寻可能的未来隐患，根据时段紧急态势的识别指标，捕获间歇型扰动所引起的陡坡时段最坏的情况，对于最陡坡时段提前作好准备，增强了发电机组分配的前瞻响应能力。

[0013] 3、风电渗透率的增大时，并不需要增加更多的旋转备用，而是在当前运转的火电机组群体内部，充分地挖掘系统备用贡献(SRC)的潜力。在不启停任何发电机组的条件下，能够将在相关时段的系统备用贡献增长可观的数量。

[0014] 4、在间歇冲击型紧急态势期间，可以实现节约化石能源、减低污染排放和预防二次打击之间的目标协调，以很小的附加代价，提高电网应对随机间歇性扰动的坚韧能力，为更多的可再生能源(特别是风能)进入电网创造有利条件。

附图说明

[0015] 图1为时间级划分示意图；

[0016] 图2为时空分层的机组间的协调关系图。

[0017] 具体方法方式

[0018] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0019] 本发明提供的应对陡坡事件的备用优化决策方法，从时空分层协调角度出发，提出了在不同的时间级，对电网供应侧不同类型机组的运作机制进行逐级优化协调，实施陡坡事件(RRE)的备用优化决策，具体内容如下：

[0020] 1、时间级划分（图1）

[0021] （1）超前预调度时窗T=60min。

[0022] 在该时窗内，时段ΔT=15min，超前预调度时窗内的各个时段长度与预调度时窗t相一致。该时窗涵盖时段数NT=2～4个。

[0023] （2）预调度时窗t=15min。

[0024] 与日调度时段长一致。在该时窗内，时段Δt=5min，时段数Nt=3个。预调度时窗内的各个时段长度与在线调度时窗τ相一致。

[0025] （3）在线调度时窗τ=5min。

[0026] 在该时窗内，时段Δτ=1min，时段数Nτ=5个。在线调度时窗内的各个时段长度与超短期在线调度时窗相一致。

[0027] （4）超短期在线调度时窗Δτ=1min。

[0028] Δτ也可以>1min，但需≤5min，视负荷变化情况进行（自动）调整。

[0029] 自动控制时间级<1min（一、二次调节）。

[0030] 2、系统运行机组

[0031] 设系统运行机组集合为G，则：

[0032] G=GAGC∪GNAGC∪GOther (1)；

[0033] 式中，GAGC为自动发电控制机组集合，GNAGC为非自动发电控制机组集合，GOther为其他资源（风、光、水、储、可调负荷等）辅助机组集合。

[0034] 自动发电控制机组集合GAGC可分成：

[0035] GAGC=GBOL∪GBLR (2)；

[0036] 式中，GBOL是按机组基点功率调整发电功率的BLO(base load off regulated)型AGC机组子集合，GBLR是按区域控制误差(ACE)自功调节的BLR(base load regulated)型AGC机组的子集合。

[0037] 非自动发电控制机组集合GNAGC可分成：

[0038] GNAGC=GNrich∪GNlack (3)；

[0039] 式中，GNrich是NON-AGC型的充裕机组子集合，GNlack是NON-AGC型的匮乏机组子集合。

[0040] 3、各类机组协调策略（图2）

[0041] 在线调度时窗（τ=5min）的BLR与BLO机组协调

[0042] 当BLR型AGC机组受困较多，但BLO型AGC机组还有较充足的备用时，启动BLO-AGC机组计划调整，也就是在线调度时窗进行GBLO与GBLR的协调以解困BLR型AGC机组。若GBLR的旋转备用匮乏（满足(4)式的条件），但GBLO还有较充足的备用（不满足(9)式和(10)式的条件）时，则转移GBLR部分备用到GBLO，使GBLR有充裕的旋转备用。

[0043] 预调度时窗（t=15min）的BLO和Non-AGC机组协调

[0044] 当BLR型AGC机组受困较多，且BLO型AGC机组受困较多（或二者提供的旋转备用贡献不足）时，启动Non-AGC机组计划再校正，也就是在预调度时窗内充裕Non-AGC机组GNrich拿出适量备用裕度增补GBLO机组并恢复受困GBLR机组的基点功率，同时适度增补匮乏Non-AGC机组GNlack。若GBLR的旋转备用匮乏（满足(4)式的条件），GBLO的旋转备用也匮乏（满足(9)式和(10)式的条件）时，则转移GBLO、GNlack部分备用到GNrich，使GBLO和GNlack有充裕的旋转备用。

[0045] 超前预调度时窗(T=60min）的风光水储机组协调

[0046] 若执行策略2后，火电机组的旋转备用仍匮乏，在GOther中的风、光、水、储等帮困资源来提供额外支持。

[0047] 4、应对陡坡事件RRE的触发机制

[0048] 为挖掘系统备用贡献的潜力，给出不同类型机组逐级协调控制策略的执行机制。

[0049] 4.1各类机组备用匮乏判定条件

[0050] BLR型AGC机组正（上调）备用匮乏条件（受困）为：

[0051]

[0052] BLR型AGC机组负（下调）备用匮乏（受困）条件为：

[0053]

[0054] BLR型AGC机组子集合GBLR到限过半的条件为:

[0055]

[0056] 式中， 是第k台BLR型机组可调节容量上限、下限； 是τi时段第k台BLR型机组有功功率；μ为权重系数,各地区视实际情况取值,一般取0.05～0.10；
分别为BLR型机组处于上限和下限的数量；NBLR为总的BLR型A GC机组
数量； 是BLR型机组基点功率值，τi-1在线调度时段对τi时段的BLR型机组基点功率值 为：

[0057]

[0058] 式中， 是第k台BLR-AGC机组可调容量上限（MW）； 是第k台BLR-AGC机组可调容量下限（MW）；εload,(+)，εload,(-)是置信度m下的最大正负荷偏差和最大负负荷偏差；εwind,(+)，εwind,(-)是置信度m下的最大正风电预测偏差和最大负风电预测偏差；σ(+),σ(-)是τi时段的净负荷正、负偏系数，它们的计算：

[0059]

[0060] BLO型AGC机组在高峰期（或低谷期）主要表现为上调（或下调）节容量匮乏，BLO型机组正（上调）备用匮乏（受困）条件为：

[0061]

[0062] BLO型AGC机组负（下调）备用匮乏（受困）条件为：

[0063]

[0064] 式中 是第j台BLO型机组可调节容量上限、下限； 是第j台BLO型机组在预调度时段t-1的最后一个在线调度时段τend的出力； 是非风电型机组t时段最小正备用。 是非风电型机组t时段最大负备用。 定义为：

[0065]

[0066]

[0067] 式中ΔDmax，ΔDmin是N日内高峰期一个预调度时段t内所有在线调度时间级负荷max min实际平均值最大，最少增加量；ΔW ，ΔW 是N日内（整日）一个预调度时段t内所有在线调度时间级风电实际平均值最大，最少减小量。

[0068] NON-AGC型机组正（上调）备用匮乏（受困）条件为：

[0069] NON-AGC型机组在高峰期（或低谷期）主要表现为上调（或下调）节容量匮乏，NON-AGC型机组正（上调）备用匮乏条件为：

[0070]

[0071] NON-AGC型机组负（下调）备用匮乏条件为：

[0072]

[0073] 式中 是第i台NON-AGC型机组可调节容量上限、下限； 是第i台NON-AGC型机组在预调度时段t-1的最后一个在线调度时段τend的出力。

[0074] NON-AGC型机组正（上调）备用充裕条件为：

[0075]

[0076] NON-AGC型机组负（下调）备用充裕条件为：

[0077]

[0078] 式中 是第i台NON-AGC型机组在预调度时段t的最后一个在线调度时段τend的出力； 是第j台NON-AGC型机组在预调度时段t-1的最后一个在线调度时段τend的出力。

[0079] 4.2陡坡事件RRE的判别指标

[0080] 为应对陡坡事件(RREs)接连发生，确定时段紧急态势的识别指标，提高前瞻响应能力。陡坡事件RRE的紧急态势可能出现在以下3种情况：情况1是k时段处于净负荷曲线高峰区段，并且在该时段向前看范围中，有上行陡坡段；情况2是k时段处于净负荷曲线低谷区段，并且在该时段向前看范围中，有下行陡坡段；情况3是出现在某种事故之后，并且在τ时段的向前看范围中，存在陡坡RRE段。

[0081] 假设 和 分别为τ时段处于情况1、情况2和情况3的特征标识符；分别为τ时段向前看范围中，上、下行陡坡RRE段数目和重要设施
(线路或机组)事故后退出运行的预估数目；THpeak为高峰负荷门槛值；THvalley为低谷负荷门槛值，则

[0082]

[0083]

[0084]

[0085] τ时段处于陡坡事件EER的紧急态势的充要条件为 其中：

[0086]

[0087]

[0088] 式中， 可由下式描述：

[0089]

[0090] 其中，在线调度时窗中，判断是否符合策略1中的条件，即当满足(4)、不满足(9)和(10)式时， 当满足(5)式时， 当满足(6)式时， 在预调度时窗中，判断是否符合策略2中的条件，当满足(9)式时， 当满足(10)式时， 当满
足(13)式时， 当满足(14)式时， 因此， 为紧急态势的陡坡事件RRE的
判别指标。

[0091] 借助式(20)，可以识别任一τ时段是否处于紧急态势的陡坡事件RRE。本备用协调优化调度以事件触发的方式启动。一旦触发，就纳入相应时窗内进行快速处理。

[0092] 5、三种SRC状态的决策机制

[0093] 从旋转备用管理的角度看，陡坡事件EER的紧急态势中，确定不同情况归属不同备用状态的决策机制。系统备用贡献在不同的时段有增强态、保持态和释放态等3种备用管理状态。

[0094] 5.1SRC增强态

[0095] 若τ时段常规实时优化调度下满足式(22)，即系统备用贡献SRCτ匮乏，则τ时τ τ段处于SRC增强态S Enhance，判断它的条件为S Enhance=1，其中

[0096]

[0097] 式中：j为出现 的时段号；Vτ-1为上(τ-1)时段处于SRC增强(或保持)态，τ-1并能完成SRC增强(或保持)任务的标识符。V =0表示上时段不处于SRC增强态。SRC增强态的特征是前方有陡坡段；且在常规实时优化调度下，SRC不足以应对前方陡坡段的冲击。此外，(τ-1)时段不处于SRC增强态。如果本时段优化协调后，系统备用贡献仍匮τ
乏，就应给V 置零，以便(τ+1)时段接力，继续去履行SRC增强态的任务。本发明决策有以下原则：首先从运行火电机组内部挖掘SRC的增长潜力，不足之时再由其它渠道补充。当τ
调度中心得到V =0的信息后，应当立即从运行火电机组以外其它渠道(风、光、水、蓄、需求侧管理等)补充(τ+1)时段的备用。

[0098] 5.2SRC保持态

[0099] 如果增强态是在(τ-1)时段完成，或者已增强的SRC在(τ-1)时段中能够得τ到保持，陡坡段发生在τ时段之后，则τ时段处于SRC保持态S Retain，判断它的条件：
τ
S Retain=1，其中：

[0100]

[0101] SRC保持态的特征是前方有陡坡段，且(τ-1)时段处于SRC增强(或保持)态，并能够完成SRC增强(或保持)任务。SRC保持态的任务是保持SRC的充足性，以应对前方陡坡段的冲击。即从备用充裕机组输出功率转移到匮乏机组，使系统备用贡献满足需求。

[0102] 5.3SRC释放态

[0103] 如果增强态的任务能够在(τ-1)时段完成，或者在该时段已增强的SRC能够得到τ保持，陡坡段将发生在τ时段，则τ时段处于SRC释放态S Discharge判断它的条件为：

[0104]

[0105] SRC释放态的特征是陡坡段就在τ时段，且(τ-1)时段处于SRC增强(或保持)态，并能够完成SRC的增强(或保持)任务。SRC释放态的任务是将先前时段增强或保持的充足的SRC释放出来，以应对当前陡坡段的冲击。

[0106] 6、备用协调优化调度模型

[0107] 6.1Non-AGC机组协调优化模型

[0108] 目标函数:

[0109]

[0110] 式中：ai是第i台Non-AGC机组的调整费用（元/MWh）；h是机组物理约束与网络阻塞约束； 是t时段第i台Non-AGC机组计划修正量（MW）； 是预调度时段t第i台Non-AGC机组实际出力（MW）； 是t时段第i台Non-AGC机组原计划值（MW）；是t时段所有Non-AGC机组的计划修正值（MW），ΔPt由下式给出：

[0111]

[0112] 式中： 是t,τ1时段相对t-1,τend时段的负荷预测变化量； 是t,τ1时段相对t-1,τend时段的风电预测变化量；α1是值为0或1的参量，α2是值为0或
1的参量，α3是值为0或1的参量，其中在t-1,τend时段，若符合策略1， 则α1为1，否则为0， 是t,τ1时段相对t-1,τend时段的BLO型AGC机组旋转备用：

[0113]

[0114] 若符合策略2， 则α2为1，否则为0； 是t,τ1时段相对t-1,τend时段的Non-AGC型充裕机组旋转备用：

[0115]t,plan

[0116] 若系统频率偏差 超过频率考核限值，则α3为1，否则为0；△P 是Non-AGC机组t时段相对t-1时段计划值的变化量；β为自然频率特性系数；h是BLO-AGC机组物理约束与网络阻塞约束。

[0117] 当BLR-AGC机组受困较多且BLO-AGC机组受困较多（符合策略2）时，启动Non-AGC机组计划再校正（充裕Non-AGC机组拿出适量备用裕度增补BLO-AGC机组并恢复受困BLR-AGC机组的基点功率，同时适度增补匮乏Non-AGC机组）。

[0118] Non-AGC机组计划再校正启动后，在当前在线调度时窗内，快速计算当前预调度时窗及其后续几个预调度时窗（超前预调度时窗内）的Non-AGC机组计划校正结果。校正后，重新计算BLO-AGC机组计划（此时应满足BLR-AGC机组基点功率恢复要求）

[0119] 6.2BLO-AGC机组协调优化模型

[0120] BLO-AGC机组在各在线调度时段的优化模型为：

[0121] 目标函数：

[0122]

[0123] 式中： 是τi时段BLO型AGC机组总费用（元）； 是τi时段第j台BLO型AGC机组的输出功率（MW）； 是τi在线调度时段负荷预测值（MW）； 是τi时段风电预测值（MW）；Ploss是网络有功损耗（MW），可认为Ploss=rPload，r通过在线潮流实时整定得到； 是τi-1在线调度时段对τi时段的BLR型机组基点功率值； 是预调度时段t的Non-AGC机组实际总输出功率（MW）；h是BLO-AGC机组物理约束与网络阻塞约束。

[0124] 当BLO-AGC机组计划调整启动后，在当前预调度时窗内，立即修改部分BLO-AGC机组计划，使受困BLR-AGC机组基点功率得以恢复。