一种优化电网调度运行自动化流水线作业的方法及系统

技术领域

本发明属于电力电网领域，具体涉及一种基于海量数据危险解规避策略的智能化最优元件停运及开停机计划组合制定方法与系统以及一种优化电网调度运行自动化流水线作业的方法及系统。

背景技术

区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排是电网调度运行生产领域的重要流水作业工作。具有高度的多目标、多约束条件、多时间尺度(年度、月度、周日、日前时间尺度)的特征，而且，随着近年来互联电网规模的逐年扩大，如何确定最优的中期(月度)一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排这一组合优化问题的难度越来越大，表现在系统拓扑结构复杂、检修停运的元件越来越多。

发明内容

针对现有问题，本发明提出一种优化电网调度运行自动化流水线作业的方法及系统来解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一步，建立基础数据库，设全网系统共有N_cut个断面，任一个断面由个N_cut_I线路组成。

电网拓扑结构包含电网区域和输电断面，设电网区域分为A区域、B区域、C区域、D区域。

输电断面分为N_cut_1输电断面、N_cut_2输电断面、N_cut_3输电断面。

N_cut_1输电断面由1号线路、2号线路、3号线路组成，N_cut_2输电断面由4号线路、5号线路、6号线路组成，N_cut_3输电断面由7号线路、8号线路组成。

电网A区域通过N_cut_1输电断面的1号线路、2号线路、3号线路向电网B区域输电，当1号线路、2号线路、3号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运1号线路时，断面仅剩2号线路、3号线路运行，则断面能力下降至160万；当停运2号线路时，断面仅剩1号线路、3号线路运行，则断面能力下降至140万；当停运3号线路时，断面仅剩1号线路、2号线路运行，则断面能力下降至120万。

电网B区域通过N_cut_2输电断面的4号线路、5号线路、6号线路向电网C区域输电，当4号线路、5号线路、6号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运4号线路时，断面仅剩5号线路、6号线路运行，则断面能力下降至160万；当停运5号线路时，断面仅剩4号线路、6号线路运行，则断面能力下降至140万；当停运6号线路时，断面仅剩4号线路、5号线路运行，则断面能力下降至120万。

电网D区域通过N_cut_3输电断面的7号线路、8号线路向电网C区域输电，当7号线路、8号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运7号线路时，断面仅剩8号线路运行，则断面能力下降至180万；当停运8号线路时，断面仅剩7号线路运行，则断面能力下降至140万。

通过数据库系统建立电网拓扑结构、断面能力、实际电网危险解组合记录。

第二步，基于遗传算法建立了针对“区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排”寻优问题的目标函数。

首先随机生成一组线路停运及开停机解组合；

设月度计划元件共计N_parts个，设月度可开机组共计N_plant个。其中，对于月度计划元件基本信息，根据检修工作的实际情况，元件检修的工期，即日为单位的长度固定不变。因此，设置数组N_parts×3矩阵，每行共计3个元素，第1列元素为元件编号，第2列元素为元件停运日期，第3列元素为元件停运日时间长度。对于可开机组检修信息，根据开机计划工作的实际情况，发电机组在运时间一般可以超过一个月，但最低开机时间长度因机组启停成本约束，一般存在开机时长最低可接受下限，因此，设置数组N_plant×4矩阵，每行共计4个元素，第1列元素为机组编号，第2列为开机日，第3列为装机容量，第4列为最少开机日长。

经由以上信息初始化，设置初始解形式为1个长为的1维布尔量数组，其中每30个元素为一节，前个元素的每1节表示每个停运元件的停运情况。后个元素每1节表示每个电厂的开机情况。

然后，建立日的子目标函数适应度函数，生成逐日的子目标函数适应度函数值；

日峰谷值目标函数为sub_fitness(day_i)＝sub_fitness

＝断面的输送能力最大化指标A+日最小化指标C+日差值最小指标D；

其中，

断面限额指标cut_value(i)表示系统中第i台发电机；

那么对于每一天来说，有一个下降程度。假设有个断面N_cut满断面限额至为100％，根据不同的断面停运情况，断面限额将有不同程度下降，给出一个百分比值。那么就有一个向量出来了；这个向量的计算其均值及均方差，给出一个综合指标。

日最小化指标C为全网所有的发电机装机容量-全省峰值电荷；

日差值最小指标D为全网所有的发电机机装机容/2-全省低谷负荷；

P_total_peak_load为当日负荷高峰值；

P_total_trough_load为当日负荷低谷值；

暂定发电机容量符号为P_capacity，P_capacity(i)表示系统中第i台发电机；

根据建立日的子目标函数适应度函数，生成月度的总目标适应度函数值。

其中，fitness为月度的总目标适应度函数值。

第三步，针对上述寻优问题的目标函数，建立了面向实际电网的目标函数可行解约束条件；

建立约束条件1发供电平衡类

约束条件1.1发供电平衡类(交流电网总体频率稳定类)

(区域A装机容量+区域B装机容量+区域C装机容量)-(区域A负荷+区域B负荷+区域C负荷)>旋备裕度阈值

约束条件1.2送端系统断面卡口率类(送端挤占约束条件)

按照一般断面单向潮流流动型交流电网，电网区域可分为电源送电区和受电区，其中送电区、受电区复杂情况为级联式连接。如附图1所示。

独立式：送电断面1卡口率＝[PP(区域A发电机装机容量/2)-PL(A区域低谷负荷)]/断面1限额；

级联式：送电断面2卡口率＝[PP(区域A发电机装机容量/2)+PP(区域B发电机装机容量/2)-PL(B区域低谷负荷)-PL(C区域低谷负荷)]/断面2限额；

独立式：送电断面3卡口率＝[PP(区域D发电机装机容量/2)-PL(D发电机装机容量/2)]/断面3限额；

建立约束条件2安全类

约束条件2.1电压稳定性

通过电力系统综合稳定计算程序，扫描所有故障，确保各中枢节点电压符合暂态安全稳定标准。

约束条件2.2功角稳定性

通过电力系统综合稳定计算程序，扫描所有故障，确保各中枢节点电压符合暂态安全稳定标准。

建立约束条件3经济类，月度发电厂电量计划，有个上限值

(1)每天的积分(开机计划曲线)X电网价格小于给定的电厂开机最大电量分配计划电量

min(|Q

其中，

Q

Q

day_Plant(i)为任一一个给定解中对应第i个电厂的连续发电日数，alpha为调节系数，由人工设定。

第四步，基于第二步、第三步建立了具有危险解规避策略(算子)的遗传算法流程。

采用改进遗传算法建立迭代求解方法，设置初始化N个解，形成解种群，带入适应度函数中，经过选择算子、交叉算子、变异算子形成新一代种群，进行历史库规避策略处理，进行种群评价，若算法达到迭代终止条件，则结束。

建立历史可行解库与危险解库。计及方式计算仿真分析和实际电网历史运行之间的偏差型，第一步，建立历史实际解数据库，当实测WAMS数据电网振荡风险较大的解列为规避解。循环迭代中出现该解时，即便适应度优良(适应值较小)，也直接剔除。如附图2所示。

技术效果

通过以上方法，使其拓扑结构能够在存储于数据库中，同时可以在计算分析时实现计算机自动化分析，极大提高方式运行分析人员的计算工作效率，可以规避危险解，能够实现区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排是电网调度运行生产领域的重要流水作业工作的自动化流水线作业。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为交流系统区域示意图；

图2为改进遗传算法流程图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排是电网调度运行生产领域的重要流水作业工作。具有高度的多目标、多约束条件、多时间尺度(年度、月度、周日、日前时间尺度)的特征，而且，随着近年来互联电网规模的逐年扩大，如何确定最优的中期(月度)一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排这一组合优化问题的难度越来越大，表现在系统拓扑结构复杂、检修停运的元件越来越多。

针对现有问题，本发明提出一种优化电网调度运行自动化流水线作业的方法及系统来解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一步，建立基础数据库，设全网系统共有N_cut个断面，任一个断面由个N_cut_I线路组成。

电网拓扑结构包含电网区域和输电断面，设电网区域分为A区域、B区域、C区域、D区域。

输电断面分为N_cut_1输电断面、N_cut_2输电断面、N_cut_3输电断面。

N_cut_1输电断面由1号线路、2号线路、3号线路组成，N_cut_2输电断面由4号线路、5号线路、6号线路组成，N_cut_3输电断面由7号线路、8号线路组成。

电网A区域通过N_cut_1输电断面的1号线路、2号线路、3号线路向电网B区域输电，当1号线路、2号线路、3号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运1号线路时，断面仅剩2号线路、3号线路运行，则断面能力下降至160万；当停运2号线路时，断面仅剩1号线路、3号线路运行，则断面能力下降至140万；当停运3号线路时，断面仅剩1号线路、2号线路运行，则断面能力下降至120万。

断面1能力数组

电网B区域通过N_cut_2输电断面的4号线路、5号线路、6号线路向电网C区域输电，当4号线路、5号线路、6号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运4号线路时，断面仅剩5号线路、6号线路运行，则断面能力下降至160万；当停运5号线路时，断面仅剩4号线路、6号线路运行，则断面能力下降至140万；当停运6号线路时，断面仅剩4号线路、5号线路运行，则断面能力下降至120万。

断面2能力数组

电网D区域通过N_cut_3输电断面的7号线路、8号线路向电网C区域输电，当7号线路、8号线路都在运行时，该断面发挥出其最大的断面极限能力，进入全接线状态；当停运7号线路时，断面仅剩8号线路运行，则断面能力下降至180万；当停运8号线路时，断面仅剩7号线路运行，则断面能力下降至140万。

断面3能力数组

其中断面能力指标由人工依据结果直接置入，作为初始化条件之一。

通过数据库系统建立电网拓扑结构、断面能力、实际电网危险解组合记录。

第二步，基于遗传算法建立了针对“区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排”寻优问题的目标函数。

首先随机生成一组线路停运及开停机解组合；

设月度计划元件共计N_parts个，设月度可开机组共计N_plant个。其中，对于月度计划元件基本信息，根据检修工作的实际情况，元件检修的工期，即日为单位的长度固定不变。因此，设置数组N_parts×3矩阵，每行共计3个元素，第1列元素为元件编号，第2列元素为元件停运日期，第3列元素为元件停运日时间长度。对于可开机组检修信息，根据开机计划工作的实际情况，发电机组在运时间一般可以超过一个月，但最低开机时间长度因机组启停成本约束，一般存在开机时长最低可接受下限，因此，设置数组N_plant×4矩阵，每行共计4个元素，第1列元素为机组编号，第2列为开机日，第3列为装机容量，第4列为最少开机日长。

经由以上信息初始化，设置初始解形式为1个长为的1维布尔量数组，其中每30个元素为一节，前个元素的每1节表示每个停运元件的停运情况。后个元素每1节表示每个电厂的开机情况。

然后，建立日的子目标函数适应度函数，生成逐日的子目标函数适应度函数值；

日峰谷值目标函数为sub_fitness(day_i)＝sub_fitness

＝断面的输送能力最大化指标A+日最小化指标C+日差值最小指标D；

其中，

断面限额指标cut_value(i)表示系统中第i台发电机；

那么对于每一天来说，有一个下降程度。假设有个断面N_cut满断面限额至为100％，根据不同的断面停运情况，断面限额将有不同程度下降，给出一个百分比值。那么就有一个向量出来了；这个向量的计算其均值及均方差，给出一个综合指标。

日最小化指标C为全网所有的发电机装机容量-全省峰值电荷；

日差值最小指标D为全网所有的发电机机装机容/2-全省低谷负荷；

P_total_peak_load为当日负荷高峰值；

P_total_trough_load为当日负荷低谷值；

暂定发电机容量符号为P_capacity，P_capacity(i)表示系统中第i台发电机；

根据建立日的子目标函数适应度函数，生成月度的总目标适应度函数值。

其中，fitness为月度的总目标适应度函数值。

第三步，针对上述寻优问题的目标函数，建立了面向实际电网的目标函数可行解约束条件；

建立约束条件1发供电平衡类

约束条件1.1发供电平衡类(交流电网总体频率稳定类)

(区域A装机容量+区域B装机容量+区域C装机容量)-(区域A负荷+区域B负荷+区域C负荷)>旋备裕度阈值

约束条件1.2送端系统断面卡口率类(送端挤占约束条件)

按照一般断面单向潮流流动型交流电网，电网区域可分为电源送电区和受电区，其中送电区、受电区复杂情况为级联式连接。如附图1所示。

独立式：送电断面1卡口率＝[PP(区域A发电机装机容量/2)-PL(A区域低谷负荷)]/断面1限额；

级联式：送电断面2卡口率＝[PP(区域A发电机装机容量/2)+PP(区域B发电机装机容量/2)-PL(B区域低谷负荷)-PL(C区域低谷负荷)]/断面2限额；

独立式：送电断面3卡口率＝[PP(区域D发电机装机容量/2)-PL(D发电机装机容量/2)]/断面3限额；

建立约束条件2安全类

约束条件2.1电压稳定性

通过电力系统综合稳定计算程序，扫描所有故障，确保各中枢节点电压符合暂态安全稳定标准。

约束条件2.2功角稳定性

通过电力系统综合稳定计算程序，扫描所有故障，确保各中枢节点电压符合暂态安全稳定标准。

建立约束条件3经济类，月度发电厂电量计划，有个上限值

(1)每天的积分(开机计划曲线)X电网价格小于给定的电厂开机最大电量分配计划电量

min(|Q

其中，

Q

Q

day_Plant(i)为任一一个给定解中对应第i个电厂的连续发电日数，alpha为调节系数，由人工设定。

第四步，基于第二步、第三步建立了具有危险解规避策略(算子)的遗传算法流程。

采用改进遗传算法建立迭代求解方法，设置初始化N个解，形成解种群，带入适应度函数中，经过选择算子、交叉算子、变异算子形成新一代种群，进行历史库规避策略处理，进行种群评价，若算法达到迭代终止条件，则结束。

建立历史可行解库与危险解库。计及方式计算仿真分析和实际电网历史运行之间的偏差型，第一步，建立历史实际解数据库，当实测WAMS数据电网振荡风险较大的解列为规避解。循环迭代中出现该解时，即便适应度优良(适应值较小)，也直接剔除。如附图2所示。

技术效果

通过以上方法，使其拓扑结构能够在存储于数据库中，同时可以在计算分析时实现计算机自动化分析，极大提高方式运行分析人员的计算工作效率，可以规避危险解，能够实现区域电网运行的一次元件检修停运计划安排与开机方式计划安排是电网调度运行生产领域的重要流水作业工作的自动化流水线作业。