一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法

摘要

本发明提供一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法，包括以下步骤：步骤1：计算各公司承担的平均功率和联络线功率步骤2：对全网负荷数据进行修正；步骤3：计算协议电量计划功率步骤4：计算各公司总联络线计划出力。本发明提供的用于满足调峰需求的联络计划编制方法，最终获得满足调峰需求的总联络线计划出力，实现了充分利用联络线上的水电调峰能力，提高区域互联电网电力资源优化配置能力。

说明书

技术领域

本发明属于电力调度自动化技术领域，具体涉及一种用于满足调峰需求的联络计划编制 方法。

背景技术

在电力系统中，电网的联合运行给安全运行和经济运行带来了很大利益。系统互联后可 更合理地调配发、供电，错峰错谷，降低联合系统的峰值负荷；更合理地利用水、火、风等 各类动力资源，从而取得更好的总效益。

满足调峰需求的联络线计划可以充分利用全网资源，安排有调峰裕度的省份缓解风电等 新能源占比较大省份的调峰压力，达到充分利用风电等可再生能源的目标。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法， 最终获得满足调峰需求的总联络线计划出力，实现了充分利用联络线上的水电调峰能力，提 高区域互联电网电力资源优化配置能力。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算各公司承担的平均功率和联络线功率

步骤2：对全网负荷数据进行修正；

步骤3：计算协议电量计划功率

步骤4：计算各公司总联络线计划出力。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：根据区域1与本研究区域联络线瞬时功率计算t时段的联络线平均功率并按照分配比例计算各公司承担的平均功率

步骤1-2：获取区域2与本研究区域联络线功率，并按照分配比例计算各公司承担的 联络线功率

所述步骤1-1包括以下步骤：

步骤1-1-1：根据区域1与本研究区域联络线瞬时功率计算跨区域联络线平均功率

$P_t^{\mathrm{HB}}=(P_t^{\mathrm{HBS}}-P_{t-1}^{\mathrm{HBS}})/2---\left(1\right)$

其中，为t时段的联络线瞬时功率，为t-1时段的联络线瞬时功率；当t=0，t-1 时段为昨日最后一个时段；

步骤1-1-2：按照分配比例计算各公司承担的平均功率

$P_{i,t}^{\mathrm{HB}}=f_i^{\mathrm{HB}}{P}_t^{\mathrm{HB}}---\left(2\right)$

其中，分配比例满足：$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{f}_i^{\mathrm{HB}}=1,$且$0\le f_i^{\mathrm{HB}}\le 1.$

所述步骤1-2中，各公司承担的联络线功率表示为：

$P_{i,t}^{\mathrm{ZE}}=f_i^{\mathrm{ZE}}{P}_t^{\mathrm{ZE}}---\left(3\right)$

其中，分配比例满足$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{f}_i^{\mathrm{ZE}}=1,$且$0\le f_i^{\mathrm{ZE}}\le 1.$

所述步骤2中，根据爬坡速率对全网负荷数据进行如下修正，使得各公司联络线所得的 统分水电计划出力和统分火电计划出力叠加满足联络线计划波动幅度要求；

$\Delta \overline{P_D}<P_{D,t}-P_{D,t-1}<\Delta \underset{‾}{P_D}---\left(4\right)$

其中，为联络线计划最大下降速率；ΔP_D为联络线计划最大上升速率，P_D,t为t时段 全网负荷，P_D,t-1为t-1时段全网负荷出力值。

所述步骤3中，假设第i个公司共有Y_i个协议项，每个协议项计划为 I表示发生协议电量计划功率送受公司个数；则该公司的协议电 量计划功率为：

$P_{i,t}^C=\underset{y=1}{\overset{Y_i}{\Sigma }}{P}_{i,y,t}^C---\left(5\right).$

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：计算各公司统分水电计划出力，包括统分水电送电计划出力和统分水电受 电计划出力

步骤4-2：根据水电削峰后t时段的全网负荷计算各公司统分火电计划出力

步骤4-3：计算各公司总联络线计划出力

所述步骤4-1中，全网水电送电电量和全网水电受电电量满足以下平衡约束条件：

$\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{Q}_n^S+\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{Q}_m^S=0---\left(6\right)$

其中，N表示水电受电公司个数，且n∈N；M表示水电送电公司个数，且m∈M；表示各受电公司的统分水电日电量，且表示各送电公司的统分水电日电量，且

所述步骤4-1包括以下步骤：

步骤4-1-1：计算全网水电送电电量

$Q_{\mathrm{Total}}^S=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{Q}_m^S---\left(7\right)$

步骤4-1-2：通过对全网负荷数据形成的全网负荷曲线进行水电削峰，将全网水电送电电 量分解到全天各个时段；

水电削峰的数学模型中，目标函数F表示为

$F=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{\int }_{P_{D,t}-P_t^S}^{P_{D,t}}\mathrm{xdx}---\left(8\right)$

且有：

$P_{\min }^S\le P_t^S\le P_{\max }^S---\left(9\right)$

$\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S=4·Q_{\mathrm{Total}}^S---\left(10\right)$

其中，T表示全天时段总个数，表示t时段的安排的水电送出功率，表示因调频 需要的水电最小功率，表示水电各时段可安排最大功率；

水电削峰采用拉格朗日松弛算法，拉格朗日函数L表示为：

$L=F-\lambda (\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S-4·Q_{\mathrm{Total}}^S)---\left(11\right)$

其中，λ为拉格朗日函数因子；

通过得到目标函数F的最大值使拉格朗日函数L取得极值，目标函数F取得最大值的必 要条件是：

$\left(\begin{array}{c}\frac{\partial L}{{\partial P}_t^S}=0\\ \frac{\partial L}{\partial \lambda }=0\end{array}\right)---\left(12\right)$

代入拉格朗日函数L表达式即得：

$\left(\begin{array}{c}\frac{\partial L}{{\partial P}_t^S}=-P_t^S+(P_{D,t}-\lambda )=0\\ \frac{\partial L}{\partial \lambda }=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S-4Q_{\mathrm{Total}}^S=0\end{array}\right)---\left(13\right)$

通过式（13）即可计算出和λ，将计算出的和λ代入公式（11）即可得到目标函数 F的最大值。

步骤4-1-3：计算统分水电送电计划出力和统分水电受电计划出力

统分水电送电计划出力表示为：

$P_{m,t}^S=P_t^S\times (Q_m^S/\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}|Q_m^S\left|\right)---\left(14\right)$

统分水电受电计划出力表示为：

$P_{n,t}^S=P_t^S\times (Q_n^S/\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}|Q_n^S\left|\right)---\left(15\right).$

所述步骤4-2包括以下步骤：

步骤4-2-1：计算水电削峰后t时段的全网负荷表示为：

$P_{D,t}^H=P_{D,t}-P_t^S---\left(16\right)$

步骤4-2-2：计算各公司统分火电计划出力

假设当前统分火电有X个分类项，各公司的各个分类项的日电量为对于每个分类项，保持如下送受平衡的原则：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{Q}_{i,x}^H=0,x=\mathrm{1,2},···,X---\left(17\right)$

统分火电的日电量分配后的计划曲线各时段功率之间的比例与经水电削峰后t时段的全 网负荷形成的经水电削峰后t时段的全网负荷曲线各时段之间的比例相同，因此，各公司 统分火电计划出力表示为：

$P_{i,x,t}^H=Q_{i,x}^H\times (P_{D,t}^H/\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_{D,t}^H)---\left(18\right)$

且有：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{P}_{i,x,t}^H=\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{Q}_{i,x}^H\times (P_{D,t}^H/\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_{D,t}^H)=0---\left(19\right).$

所述步骤4-3中，各公司总联络线计划出力表示为：

$P_{i,t}^{\mathrm{LLX}}=P_t^S+P_{i,x,t}^H+P_{i,t}^{\mathrm{HB}}+P_{i,t}^{\mathrm{ZE}}+P_{i,t}^C---\left(20\right).$

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明在编制联络线计划时，采用的水电削峰算法充分利用了联络线中的可调节水电 的调峰能力，更合理地调配发、供电，错峰错谷，降低联合系统的峰值负荷，在不增加设备 的情况下提高各系统实际备用容量水平；

2.缓解调峰压力，实现充分利用风电等可再生能源的目标；

3.本发明中的用于满足调峰需求的联络线计划编制算法能够有效的满足调峰需求，火电 出力尽量平坦的要求，充分发掘了电网中联络线的调峰能力，也为大区域联网，新能源接入 的大背景下解决调峰需求提供了策略；

4.本发明采用的联络线计划编制方法对各类联络线进行分类，能够求得有效的可执行的 联络线计划；

5.统分火电以削峰后的全网负荷曲线为参照，保证了联络线上的火电机组出力尽量平缓 的要求，实现火电机组的节能降耗的目标。

附图说明

图1是用于满足调峰需求的联络计划编制方法流程图；

图2是用于满足调峰需求的联络计划编制方法具体实施方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明以某区域实际电网为依托。该区域电网主要以下一些特点：

与传统认识不同，控制区域不一定是按地域划分，主要划分的依据是产权。在该区域电 网中，控制区划分为四个。其中，公司1的负荷主要是该区域东部，电源目前主要包括该区 域的北部、东部和中部；而其他三个公司的负荷则主要是本行政地域内的负荷，电源也主要 是本行政地域内的各火电发电机组和其他一些机组。在该区域电网中，电源和负荷分布非常 不均衡。形成了东、西部电力向中部输送、北部电力向南部输送的局面。就控制区而言，在 该区域电网的送受电格局中，公司1和公司2是主要的送电区域，公司3是主要的受电区域。

本发明其基本原理如下：

首先，以全网负荷曲线为基准，采用削峰算法，把系统中所有统分水电电量分配给各个 时段，形成系统的水电计划曲线，从而形成各公司的统分水电全天送受电曲线。然后，以经 水电削峰后的全网负荷曲线为基准，依照该曲线各时段间负荷功率的比例关系，把各公司统 分火电电量分配给各个时段，从而形成各公司的统分火电全天送受曲线。最后，叠加协议电 力、跨区域联络线，就形成了各公司的全天总联络线交换计划曲线。

本发明实施的目的在于提供一种联络线计划编制方法，充分发掘区域电网的调峰能力， 在保证电网安全的前提下充分接纳风电等新能源，满足当前的调峰需求。

各公司的送受功率计划应当满足如下要求：

(1)水电应该尽可能安排在高峰时段。

(2)在全网负荷最高的时段由送电公司提供最多的电能。

(3)所有公司同一时段联络线计划应满足功率送受平衡原则。

(4)各公司送受功率计划应满足实际的安全稳定约束条件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于满足调峰需求的联络计划编制方法，如图1， 包括以下步骤：

步骤1：计算各公司承担的平均功率和联络线功率；

步骤2：对全网负荷数据进行修正；

步骤3：计算协议电量计划功率；

步骤4：计算各公司总联络线计划出力。

本发明中联络线计划编制算法是计算未来一天的联络线计划出力曲线，以15分钟为一个 逻辑时段，计算时长为24小时，所以一天共有96个时段。以调度周期内研究各类联络线为 研究对象，优化各类联络线出力曲线，充分利用全网资源，安排有调峰裕度的省份缓解风电 占比较大省份的调峰压力，达到充分利用风电可再生能源的目标。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：根据区域1与本研究区域联络线瞬时功率计算t时段的联络线平均功率并按照分配比例计算各公司承担的平均功率

步骤1-2：获取区域2与本研究区域联络线功率，并按照分配比例计算各公司承担的 联络线功率

所述步骤1-1包括以下步骤：

步骤1-1-1：根据区域1与本研究区域联络线瞬时功率计算跨区域联络线平均功率

$P_t^{\mathrm{HB}}=(P_t^{\mathrm{HBS}}-P_{t-1}^{\mathrm{HBS}})/2---\left(1\right)$

其中，为t时段的联络线瞬时功率，为t-1时段的联络线瞬时功率；由公式（1） 可见，t时段的联络线平均功率为t时段的联络线瞬时功率与t-1时段的联络线瞬时 功率的平均值；当t=0，t-1时段为昨日最后一个时段。

步骤1-1-2：按照分配比例计算各公司承担的平均功率

$P_{i,t}^{\mathrm{HB}}=f_i^{\mathrm{HB}}{P}_t^{\mathrm{HB}}---\left(2\right)$

其中，分配比例满足：$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{f}_i^{\mathrm{HB}}=1,$且$0\le f_i^{\mathrm{HB}}\le 1.$

所述步骤1-2中，各公司承担的联络线功率表示为：

$P_{i,t}^{\mathrm{ZE}}=f_i^{\mathrm{ZE}}{P}_t^{\mathrm{ZE}}---\left(3\right)$

其中，分配比例满足$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{f}_i^{\mathrm{ZE}}=1,$且$0\le f_i^{\mathrm{ZE}}\le 1.$

由于各公司的联络线计划影响到各送电公司和受电公司的日发电计划的制定，因此，要 保证联络线计划满足爬坡速率约束，以保证各公司制定发电计划时的可行性。

由上所述，联络线计划的功率波动幅度不会超过全网负荷曲线的功率波动幅度。实际运 行表明，联络线计划的功率波动幅度过大的原因往往在于水电削峰时承担了所有的负荷波动。 因此，在计算联络线计划功率之前，本发明步骤2中，根据爬坡速率对全网负荷数据进行如 下修正，使得各公司联络线所得的统分水电计划出力和统分火电计划出力叠加满足联络线计 划波动幅度要求；

$\Delta \overline{P_D}<P_{D,t}-P_{D,t-1}<\Delta \underset{‾}{P_D}---\left(4\right)$

其中，为联络线计划最大下降速率；ΔP_D为联络线计划最大上升速率，P_D,t为t时段 全网负荷，P_D,t-1为t-1时段全网负荷出力值。

所述步骤3中，假设第i个公司共有Y_i个协议项，每个协议项计划为 I表示发生协议电量计划功率送受公司个数；则该公司的协议电 量计划功率为：

$P_{i,t}^C=\underset{y=1}{\overset{Y_i}{\Sigma }}{P}_{i,y,t}^C---\left(5\right).$

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：计算各公司统分水电计划出力，包括统分水电送电计划出力和统分水电受 电计划出力

步骤4-2：根据水电削峰后t时段的全网负荷计算各公司统分火电计划出力

步骤4-3：计算各公司总联络线计划出力

步骤4-1中，统分水电日电量分解：

首先，把全网各水电送出公司的统分水电电量叠加，并以全网典型日负荷曲线为基准， 依照对全网负荷曲线进行削峰的原则，在考虑系统调频的基础上，把总统分水电电量分解为 全天总水电功率计划。然后，在每个时段，根据各水电送出公司之间的水电电量比例关系， 把该时段的总水电功率分解给各送电公司，形成各送电公司的水电计划出力。由于在每个时 段，水电送受总是保持平衡，因此，根据各统分水电受电公司的水电电量比例关系，把该时 段的总水电功率分解给各受电公司，就形成了各受电公司的水电计划出力。

全网水电送电电量和全网水电受电电量满足以下平衡约束条件：

$\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{Q}_n^S+\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{Q}_m^S=0---\left(6\right)$

其中，N表示水电受电公司个数，且n∈N；M表示水电送电公司个数，且m∈M；表示各受电公司的统分水电日电量，且表示各送电公司的统分水电日电量，且

所述步骤4-1包括以下步骤：

步骤4-1-1：计算全网水电送电电量

$Q_{\mathrm{Total}}^S=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{Q}_m^S---\left(7\right)$

步骤4-1-2：通过对全网负荷数据形成的全网负荷曲线进行水电削峰，将全网水电送电电 量分解到全天各个时段；

水电削峰的数学模型中，目标函数F表示为

$F=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{\int }_{P_{D,t}-P_t^S}^{P_{D,t}}\mathrm{xdx}---\left(8\right)$

且有：

$P_{\min }^S\le P_t^S\le P_{\max }^S---\left(9\right)$

$\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S=4·Q_{\mathrm{Total}}^S---\left(10\right)$

其中，T表示全天时段总个数，表示t时段的安排的水电送出功率，表示因调频 需要的水电最小功率，表示水电各时段可安排最大功率；

水电削峰采用拉格朗日松弛算法，拉格朗日函数L表示为：

$L=F-\lambda (\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S-4·Q_{\mathrm{Total}}^S)---\left(11\right)$

其中，λ为拉格朗日函数因子；

通过得到目标函数F的最大值使拉格朗日函数L取得极值，目标函数F取得最大值的必 要条件是：

$\left(\begin{array}{c}\frac{\partial L}{{\partial P}_t^S}=0\\ \frac{\partial L}{\partial \lambda }=0\end{array}\right)---\left(12\right)$

代入拉格朗日函数L表达式即得：

$\left(\begin{array}{c}\frac{\partial L}{{\partial P}_t^S}=-P_t^S+(P_{D,t}-\lambda )=0\\ \frac{\partial L}{\partial \lambda }=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_t^S-4Q_{\mathrm{Total}}^S=0\end{array}\right)---\left(13\right)$

通过式（13）即可计算出和λ，将计算出的和λ代入公式（11）即可得到目标函数 F的最大值。

步骤4-1-3：计算统分水电送电计划出力和统分水电受电计划出力

统分水电送电计划出力表示为：

$P_{m,t}^S=P_t^S\times (Q_m^S/\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}|Q_m^S\left|\right)---\left(14\right)$

统分水电受电计划出力表示为：

$P_{n,t}^S=P_t^S\times (Q_n^S/\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}|Q_n^S\left|\right)---\left(15\right).$

所述步骤4-2中统分火电日电量的分解以经水电削峰后的负荷曲线为基准，各公司均按 照该曲线各时段负荷之间的比例关系，把各自公司的统分火电日电量分解到各个时段，从而 形成各公司的统分火电全天计划曲线。

步骤4-2包括以下步骤：

步骤4-2-1：计算水电削峰后t时段的全网负荷表示为：

$P_{D,t}^H=P_{D,t}-P_t^S---\left(16\right)$

步骤4-2-2：计算各公司统分火电计划出力

假设当前统分火电有X个分类项，各公司的各个分类项的日电量为对于每个分类项，保持如下送受平衡的原则：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{Q}_{i,x}^H=0,x=\mathrm{1,2},···,X---\left(17\right)$

统分火电的日电量分配后的计划曲线各时段功率之间的比例与经水电削峰后t时段的全 网负荷形成的经水电削峰后t时段的全网负荷曲线各时段之间的比例相同，因此，各公司 统分火电计划出力表示为：

$P_{i,x,t}^H=Q_{i,x}^H\times (P_{D,t}^H/\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_{D,t}^H)---\left(18\right)$

且有：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{P}_{i,x,t}^H=\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{Q}_{i,x}^H\times (P_{D,t}^H/\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}{P}_{D,t}^H)=0---\left(19\right).$

所述步骤4-3中，各公司总联络线计划出力表示为：

$P_{i,t}^{\mathrm{LLX}}=P_t^S+P_{i,x,t}^H+P_{i,t}^{\mathrm{HB}}+P_{i,t}^{\mathrm{ZE}}+P_{i,t}^C---\left(20\right).$

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图2及本发明的实施方式 作进一步地详细描述。

联络线计划编制基本数据流程如图2所示，过程如下：

（1）从异地库获得各类负荷数据；

（2）从本地库获得跨区域1联络线瞬时计划、跨区域1总联络线计划、协议电量数据、 所需的统分水电电量数据和所需的统分火电电量数据；

（3）根据以上数据计算区域1联络线计划、区域2联络线计划、协议电量计划功率、统 分水电计划出力和统分火电计划出力；

（4）把总联络线计划发送到异地库和本地库中；

（5）从异地库读取东北地区负荷，从本地库读取机组基本数据，然后根据总联络线计划 计算出基本断面信息。

本发明采用的某电网算例中，联络线中水电机组容量大，且出力变化快，火电机组在出 力变化少时效率高，本发明方法实现的效果说明如下：

经水电削峰后，低谷时刻，全网负荷与削峰前基本一致，存在的差值是满足调频的要求。 经过削峰后，全网负荷的峰谷差减小，实现了调峰的目标，火电曲线与削峰后的全网负荷曲 线形状基本一致，比较平缓，为火电机组计划的编制成功提供了保障。

本方法是在实际电网数据下开展的用于满足调峰需求的联络线计划编制方法研究。本方 法通过把各类联络线计划编制解藕，对统分水电采用削峰算法，充分利用水电的可调节能力， 使联络线中的火电承担基荷，保证火电机组安全运行的目标。充分发掘了电网中联络线的调 峰能力，也为大区域联网，新能源接入的大背景下解决调峰需求提供了一种方法。

本方法通过联络线计划优化，得出各类联络线一天内的出力计划，充分发挥区域内各公 司的调峰能力，缓解区域内调峰能力小的公司的调峰压力，提高了互联系统的总的经济效益。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。