考虑新能源极限并网强度约束的机组开机方式优化方法

技术领域

本发明属于新能源集群并网技术领域，尤其涉及一种考虑新能源极限并网强度约束的机组开机方式优化方法。

背景技术

“双碳”背景下，以风电、光伏为代表的清洁能源呈现爆发式增长的趋势，推动了新型电力系统的发展。然而，风电、光伏出力所呈现的不确定性和间歇性都不利于电网的稳定运行；且大规模新能源接入电网挤占了常规机组的可用空间，导致系统惯量和电压支撑能力不足，电网强度弱；尤其是新能源集群接入的送端电网系统强度极其薄弱，系统暂态电压失稳和宽频振荡等稳定问题突出，常见的交流故障与直流换向失败等扰动极易引发连锁性故障，严重制约了新能源消纳和送出能力。

目前常规电源开机方式优化方面主要从调峰、调频以及电压约束等方面着手，大多聚焦于多决策变量、多约束以及多目标的机组组合优化算法；而考虑新能源极限并网强度约束的常规最小开机方式优化模型的研究较少；且目前的常规机组开机方式优化方法无法兼顾新能源消纳与电网强度要求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种考虑新能源极限并网强度约束的机组开机方式优化方法，拟解决目前常规机组开机优化方法无法兼顾新能源消纳与电网强度的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

考虑新能源极限并网强度约束的机组开机方式优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立机组开机方式与新能源并网点电网强度之间的耦合关系模型；

建立新能源场站电网强度约束模型；

在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下，基于所述耦合关系模型建立以新能源最大消纳为目标的机组最小开机方式优化模型；

对机组最小开机方式优化模型中的非线性约束进行线性化处理，通过引入中间变量的方式对不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到一个双层优化模型，并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略对所述双层优化模型进行求解。

本发明在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下，基于耦合关系模型建立以新能源最大消纳为目标的机组最小开机方式优化模型，并且通过引入中间变量的方式对不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到一个双层优化模型，并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略对所述双层优化模型进行求解；使得本申请所提供的常规机组开机优化方法兼顾了新能源的消纳问题以及符合电网强度的要求。

进一步的，所述耦合关系模型包括：

根据机组开机状态和机组次暂态阻抗值构成机组开机状态矩阵和机组次暂态电抗矩阵；

通过机组开机状态矩阵和机组次暂态电抗矩阵计算系统阻抗矩阵；

根据系统阻抗矩阵计算各新能源并网点的短路容量；

通过短路比计算公式计算各新能源并网点的电网强度；基于此得到不同机组开机方式下新能源并网点的电网强度。

进一步的，所述耦合关系模型的具体表达式如下：

Z

式中：Z

进一步的，所述新能源场站电网强度约束模型以临界短路比值2作为新能源并网点系统强弱判断的边界条件，当新能源并网短路比计算值大于等于2时，即认为该新能源并网点满足电网强度约束，具体表达式如下：

式中：S

进一步的，所述机组最小开机方式优化模型的约束条件包括电力电量平衡约束、常规机组爬坡约束、旋转备用约束、新能源场站电网强度约束、常规机组出力约束和新能源处理约束。

进一步的，对所述非线性约束进行线性化处理的方式包括：

以临界短路比值2为边界条件，求得各新能源场站的最大化有功出力限值；

通过改变机组开机方式来提高系统短路容量，进而提高各新能源场站的最大化有功出力限值，以提高新能源消纳能力；

以提高后的新能源场站的最大化有功出力限值作为中间变量将新能源场站电网强度约束模型转换为最大出力限值约束，实现不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到双层优化模型。

进一步的，所述双层优化模型包括上层模型和下层模型；

所述上层模型的目标函数为最大化程度消纳新能源；

所述上层模型的约束条件为电力电量平衡约束、常规机组爬坡约束、旋转备用约束、常规机组出力约束和新能源出力约束；

所述下层模型的目标函数为新能源场站的最大化有功出力限值P

下层模型约束条件为新能源场站电网强度约束。

进一步的，所述上层模型的新能源出力约束包括：

新能源场站的有功出力小于对应新能源场站的理论最大有功出力和下层模型的目标函数值P

式中：

进一步的，所述下层模型的表达式如下：

式中：T为下层模型模拟运行时间，取8760h；n

进一步的，所述遗传算法将机组开机方式变量以天为单位进行优化求解，通过滚动优化求解的方式获得新能源设备极限并网强度要求下的机组全年的最小开机方式；

所述遗传算法的变量所表示的运行机组的最大出力之和大于当天负荷的最大值，且运行机组的最小出力之和小于当天负荷的最小值。

本发明的有益效果包括：

本发明在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下，基于耦合关系模型建立以新能源最大消纳为目标的机组最小开机方式优化模型，并且通过引入中间变量的方式对不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到一个双层优化模型，并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略对所述双层优化模型进行求解；使得本申请所提供的常规机组开机优化方法兼顾了新能源的消纳问题以及符合电网强度的要求。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图。

图2为本发明的计算机软件程序工作流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图1-2对本发明作进一步的详细说明：

参见附图1所示，考虑新能源极限并网强度约束的机组开机方式优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立机组开机方式与新能源并网点电网强度之间的耦合关系模型；

所述耦合关系模型包括：

根据机组开机状态和机组次暂态阻抗值构成机组开机状态矩阵和机组次暂态电抗矩阵；

通过机组开机状态矩阵和机组次暂态电抗矩阵计算系统阻抗矩阵；

根据系统阻抗矩阵计算各新能源并网点的短路容量；

通过短路比计算公式计算各新能源并网点的电网强度；基于此得到不同机组开机方式下新能源并网点的电网强度。

所述耦合关系模型的具体表达式如下：

Z

/>

式中：Z

建立新能源场站电网强度约束模型；

所述新能源场站电网强度约束模型以临界短路比值2作为新能源并网点系统强弱判断的边界条件，当新能源并网短路比计算值大于等于2时，即认为该新能源并网点满足电网强度约束，具体表达式如下：

式中：S

在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下，基于所述耦合关系模型建立以新能源最大消纳为目标的机组最小开机方式优化模型；

所述机组最小开机方式优化模型的约束条件包括电力电量平衡约束、常规机组爬坡约束、旋转备用约束、新能源场站电网强度约束、常规机组出力约束和新能源处理约束。

对所述非线性约束进行线性化处理的方式包括：

以临界短路比值2为边界条件(即新能源设备极限并网强度要求)，求得各新能源场站的最大化有功出力限值；

通过改变机组开机方式来提高系统短路容量，进而提高各新能源场站的最大化有功出力限值，以提高新能源消纳能力；

以提高后的新能源场站的最大化有功出力限值作为中间变量将新能源场站电网强度约束模型转换为最大出力限值约束，实现不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到双层优化模型。

对机组最小开机方式优化模型中的非线性约束(即新能源并网电网强度约束，其为非线性约束)进行线性化处理，通过引入中间变量的方式对不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到一个双层优化模型，并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略对所述双层优化模型进行求解。

所述双层优化模型包括上层模型和下层模型；

所述上层模型的目标函数为最大化程度消纳新能源；

所述上层模型的约束条件为电力电量平衡约束、常规机组爬坡约束、旋转备用约束、常规机组出力约束和新能源出力约束；

电力平衡约束：

常规机组爬坡约束：

旋转备用约束：

常规机组出力约束：

新能源出力约束：

上式中：n

上层模型的表达式如下：

式中，n

所述下层模型的目标函数为新能源场站的最大化有功出力限值P

下层模型约束条件为新能源场站电网强度约束。

所述上层模型的新能源出力约束包括：

新能源场站的有功出力小于对应新能源场站的理论最大有功出力和下层模型的目标函数值P

/>

式中：

所述下层模型的表达式如下：

式中：T为下层模型模拟运行时间，取8760h；n

在本实施例中，遗传算法输入变量包括考虑到工程应用中常规机组停机与运行时间均较长的实际情况，将机组开机方式变量以天为单位进行优化求解，通过滚动优化求解的方式获得新能源设备极限并网强度要求下的机组全年的最小开机方式。

本实施例上述方法中的遗传算法输入变量包括为了保证遗传算法所给机组开机方式变量能满足上层模型中系统的电力电量平衡约束，要求遗传算法输入变量(即机组开机方式变量)所表示的运行机组的最大出力之和要大于当天负荷的最大值，且运行机组的最小出力之和要小于当天负荷的最小值，具体数学模型如下：

式中：

本发明在满足新能源设备极限并网强度要求的前提下，基于耦合关系模型建立已新能源最大消纳为目标的机组最小开机方式优化模型，并且通过引入中间变量的方式对不同机组开机方式与新能源场站电网强度之间的耦合关系进行解耦，得到一个双层优化模型，并采用遗传算法和CPLEX求解器相结合的混合策略对所述双层优化模型进行求解；使得本申请所提供的常规机组开机优化方法兼顾了新能源的消纳问题以及符合电网强度的要求。

参见附图2所示，本发明的计算机软件流程执行步骤如下：

S1、输入模型的输入参数：系统网架结构、常规机组相关参数、新能源/负荷年时序曲线；

S2、生成算法初始种群大小；

S3、输入常规机组开机方式；

S4、处理非线性约束，对模型进行解耦，得到上下层模型；

S5、更新系统导纳矩阵；

S6、调用CPLEX求解器对下层模型进行求解；

S7、返回下层模型目标函数值至上层模型；

S8、调用CPLEX求解器对上层模型进行求解；

S9、设置计算机遗传算法程序的交叉、变异参数，更改常规机组开机方式，并重复执行上述S1～S8；

S10、上述步骤S9迭代到最大代数时，输出优化结果，得到新能源极限并网强度约束下，系统常规机组的最小开机方式。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。