一种计及线路强迫停运的两阶段检修-运行鲁棒优化方法与流程

1.本发明属于电网优化调度领域，具体涉及一种计及线路强迫停运的两阶段检修-运行鲁棒优化方法。


背景技术：

2.由于环境问题以及能源问题的日益突出，寻找可再生能源替代化石能源的需求也日益迫切。但包括风能在内的可再生能源往往都具有随机性和波动性的特点，如何应对这种不确定性是发电侧、需求侧和电网环节都必须考虑的问题。发电侧响应的重要方式就是考虑风电等新能源的不确定性，合理安排机组检修和运行计划，以提高电力系统运行中的风电渗透率。目前用于考虑风电接入的检修-运行优化的建模方法主要有基于场景的随机优化和鲁棒优化两类，其中基于场景的随机优化需要在给定的风电出力的基础上进行大规模采样，获取典型场景及概率，优化问题的规模随场景的增加呈指数增长，求解效率较低。而且风电的概率分布未必能准确获取。鲁棒优化通过不确定集的构建来描述风电出力的不确定性，无需利用概率信息并且可以保证最恶劣场景下系统约束仍得到满足，因而得到了广泛应用。然而目前有关检修-运行鲁棒优化的方法大都未考虑线路强迫停运对电网调度运行的影响。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的第一方面的的目的是提出了一种计及线路强迫停运的两阶段检修-运行鲁棒优化方法。具体包括以下步骤：
4.步骤s1：基于风电预测出力，最小化系统检修费用、机组开停机费用、燃料费用以及弃风、弃负荷功率，确定机组检修计划、机组组合和机组出力；
5.步骤s2：基于给出的检修-运行计划，考虑风电出力与线路强迫停运不确定性，寻找最恶劣风险场景，进一步调整机组出力，最小化系统弃风、弃负荷数值；
6.步骤s3：基于c&cg算法对两阶段问题进行迭代求解，得到最终的检修-运行计划。
7.进一步，所述步骤s1中，包括目标函数式(1)如下：
8.9.式(1)中，c1、c2、c3、c4、c5分别为检修费用、机组开停机费用、燃料费用、弃风惩罚、弃负荷惩罚；c
r1
、c
r2
为对应的惩罚因子；和分别表示机组i在时刻t的检修费用，x
i,t
和y
j,t
是机组i和线路j在时刻t的检修状态指示符，为0-1变量，值为0表示机组或线路处于检修状态，为1表示未处于检修状态；和为机组i在时刻t的开机和停机费用；i
i,t
是机组i在时刻t的运行状态指示符，为0-1变量，值为1表示机组处于开机状态，为0表示处于停机状态；为机组i在时刻t的出力；f(
·
)为机组燃料费用函数；和分别为风电场w在时刻t的预测出力和实际并网功率；为负荷节点d在时刻t的弃负荷功率；n
t
、ng、nw、nd、mg、m
l
分别为考虑的时刻数、常规发电机数、风电场数、负荷节点数、待检修机组集合、待检修线路集合；上标“0”表示第一阶段变量。
10.进一步，所述步骤s1中，还包括约束条件(2)-(10)，分别为检修状态约束，检修时长约束，检修连续性约束，检修资源约束，开停机状态约束，最小开停机时间约束，电网拓扑约束，机组出力约束，机组爬坡约束，风电场出力约束，弃负荷约束，电力平衡约束，直流潮流方程约束，线路潮流约束以及检修运行耦合约束：
[0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017]
[0018][0019][0020]
式(2)中，为机组开始(结束)检修指示符，其为0-1变量，1变量，表示机组i在时刻t开始(结束)检修；为线路开始(结束)检修指示符，其为0-1变量，表示线路j在时刻t开始(结束)检修；
[0021]
式(3)-(10)中，t
mgi
、t
mlj
分别表示机组i、线路j检修要求总时长，分别表示时刻t可检修的机组、线路数目上限；分别表示机组i在时刻t已持续的开机、停机时间；t
iu
、t
id
分别表示机组i的最小持续开机、停机时间；为线路j在时刻t的运行状态，其为0-1变量，0表示线路停运；p
imin
、p
imax
分别为机组i的出力下限和上限；分别为机组i出力的最大下调速率和最大上调速率；和分别表示节点k通过与其相连线路输出和注入的功率，i∈k、w∈k、d∈k分别表示与节点k关联的机组、风电场、负荷，为t时刻线路j的潮流；bj为线路j的电纳，和分别为线路j首末节点电压相角，m为潮流方程松弛因子；为线路j的最大传输容量。
[0022]
进一步，所述步骤s2中，不确定集为式(11)，目标函数为式(12)，分别如下所示：
[0023]
[0024][0025]
进一步，所述步骤s2中，还包括约束条件为式(13)-(14)：
[0026][0027][0028]
进一步，所述步骤s3中，c&cg方法求解步骤包括：
[0029]
(1)初始化：迭代次数i＝1、目标函数上界ub＝ ∞、下界lb＝-∞、收敛判据e＝0.001；
[0030]
(2)主问题求解：求解主问题，得到主问题目标函数值vi，控制变量更新下界，lb＝vi；
[0031]
(3)子问题求解：在主问题求解结果的基础上求解子问题，得到其目标函数值ji以及最恶劣运行场景值和将新的约束式返回到主问题中，并更新上界，
[0032]
(4)收敛性判断：如果|(u
b-lb)/lb|≤e，表明上下界足够接近，迭代收敛，目标函数值为ub；否则i＝i 1，返回步骤
②
，继续迭代。
[0033]
本发明的第二方面的目的是提出了一种计算机装置，包括存储器、处理器及储存在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前所述的方法。
[0034]
本发明的第三方面的目的是提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法
[0035]
本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明的方法建立了两阶段三层机组检修-运行鲁棒优化模型。第一阶段采用确定性调度，在风电预测出力下，最小化系统检修费用、机组开停机费用、燃料费用以及弃风、弃负荷功率，确定机组检修计划、机组组合和机组出力。第二阶段针对风电出力与线路强迫停运不确定集合，寻找最恶劣风险场景，进一步调整机组出力，最小化系统弃风、弃负荷数值；本发明通过在检修-运行优化的过程中考虑线路强迫停运以及风电不确定性，可显著增强检修-运行计划的鲁棒性，提升
电力系统应对不确定性因素的能力，对于保障电网安全稳定运行具有重要意义。
[0036]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
[0038]
图1是利用c&cg算法来求解本发明所提出的两阶段检修-运行鲁棒优化模型的流程图。
具体实施方式
[0039]
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。本发明提供一种计及线路强迫停运的两阶段检修-运行鲁棒优化方法，如图1所示包括以下步骤：
[0040]
步骤s1：基于风电预测出力，最小化系统检修费用、机组开停机费用、燃料费用以及弃风、弃负荷功率，确定机组检修计划、机组组合和机组出力；
[0041]
步骤s2：基于给出的检修-运行计划，考虑风电出力与线路强迫停运不确定性，寻找最恶劣风险场景，进一步调整机组出力，最小化系统弃风、弃负荷数值；
[0042]
步骤s3：基于c&cg算法对两阶段问题进行迭代求解，得到最终的检修-运行计划。
[0043]
所述步骤s1中的具体目标函数和约束条件包括目标函数式(1)以及约束条件(2)-(10)，分别为检修状态约束，检修时长约束，检修连续性约束，检修资源约束，开停机状态约束，最小开停机时间约束，电网拓扑约束，机组出力约束，机组爬坡约束，风电场出力约束，弃负荷约束，电力平衡约束，直流潮流方程约束，线路潮流约束以及检修运行耦合约束。
[0044]
[0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051][0052][0053][0054]
式(1)中，c1、c2、c3、c4、c5分别为检修费用、机组开停机费用、燃料费用、弃风惩罚、
弃负荷惩罚；c
r1
、c
r2
为对应的惩罚因子；和分别表示机组i在时刻t的检修费用，x
i,t
和y
j,t
是机组i和线路j在时刻t的检修状态指示符，为0-1变量，值为0表示机组或线路处于检修状态，为1表示未处于检修状态；和为机组i在时刻t的开机和停机费用；i
i,t
是机组i在时刻t的运行状态指示符，为0-1变量，值为1表示机组处于开机状态，为0表示处于停机状态；为机组i在时刻t的出力；f(
·
)为机组燃料费用函数；和分别为风电场w在时刻t的预测出力和实际并网功率；为负荷节点d在时刻t的弃负荷功率；n
t
、ng、nw、nd、mg、m
l
分别为考虑的时刻数、常规发电机数、风电场数、负荷节点数、待检修机组集合、待检修线路集合；上标“0”表示第一阶段变量。
[0055]
式(2)中，为机组开始(结束)检修指示符，其为0-1变量，1变量，表示机组i在时刻t开始(结束)检修；为线路开始(结束)检修指示符，其为0-1变量，表示线路j在时刻t开始(结束)检修。
[0056]
式(3)-(10)中，t
mgi
、t
mlj
分别表示机组i、线路j检修要求总时长，分别表示时刻t可检修的机组、线路数目上限。分别表示机组i在时刻t已持续的开机、停机时间；t
iu
、t
id
分别表示机组i的最小持续开机、停机时间。为线路j在时刻t的运行状态，其为0-1变量，0表示线路停运。p
imin
、p
imax
分别为机组i的出力下限和上限。分别为机组i出力的最大下调速率和最大上调速率。和分别表示节点k通过与其相连线路输出和注入的功率，i∈k、w∈k、d∈k分别表示与节点k关联的机组、风电场、负荷，为t时刻线路j的潮流。bj为线路j的电纳，和分别为线路j首末节点电压相角，m为潮流方程松弛因子，通常赋一个很大的正值。为线路j的最大传输容量。
[0057]
所述步骤s2中的不确定集为式(11)，目标函数为式(12)，约束条件为式(13)-(14)。
[0058]
[0059][0060][0061][0062]
步骤s3所述的c&cg方法求解步骤包括：
[0063]
①
初始化：迭代次数i＝1、目标函数上界ub＝ ∞、下界lb＝-∞、收敛判据e＝0.001。
[0064]
②
主问题求解：求解主问题，得到主问题目标函数值vi，控制变量更新下界，lb＝vi。
[0065]
③
子问题求解：在主问题求解结果的基础上求解子问题，得到其目标函数值ji以及最恶劣运行场景值和将新的约束式返回到主问题中，并更新上界，
[0066]
④
收敛性判断：如果|(u
b-lb)/lb|≤e，表明上下界足够接近，迭代收敛，目标函数值为ub；否则i＝i 1，返回步骤
②
，继续迭代。
[0067]
实施结果
[0068]
为验证所提出方法的有效性，在ieee标准系统case39中，对比了4种场景下的优化结果，以及各场景在最恶劣运行工况下的弃风、弃负荷量。场景1：不考虑不确定性因素；场景2：只考虑风电不确定性；场景3：只考虑输电线路强迫停运；场景4：同时考虑风电不确定性与输电线路强迫停运。
[0069]
由表1，对比场景1和场景2、3、4，可以看出考虑了不确定性因素后，最恶劣工况下的弃风弃负荷惩罚总值会有不同程度的下降：其中综合考虑两种不确定性因素下降最多，只考虑线路强迫停运不确定性因素次之，只考虑风电不确定性因素最少。由此也可以看出综合考虑两种不确定性因素，尤其是线路强迫停运不确定性的必要性。
[0070]
进一步观察可以发现，场景2、3、4的弃风量相对场景1的变化并不一致：场景3的弃风量相对场景1有所减小，场景2、4的弃风量反而比场景1大。根本上来说，这和风电与负荷的波动趋势有关，负荷低谷时期可能恰逢风电高发时期，因此减小弃风和减小弃负荷之间
本身就存在一定的矛盾：为了减小弃负荷，需要将机组检修安排在负荷低谷，而此时却恰逢风电出力峰值，风电消纳势必受到影响，导致弃风增多。因为在本算例目标函数中，弃负荷惩罚占比更大，所以权衡之下会为了减小弃负荷而牺牲风电消纳量。
[0071]
同时，随着考虑的不确定性因素增加，模型计算时间也显著增加，其中由于考虑风电不确定性因素引入的不确定变量更多，所以对于计算时间的影响更大。进一步对比各场景所需的运行花费，由表可以看出，场景2、3、4的运行花费均比场景1要高，可见为了减小弃风弃负荷，需要牺牲一定的经济性。
[0072]
表1考虑不同不确定因素的优化结果
[0073][0074]
需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0075]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0076]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0077]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质
中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0078]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0079]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0080]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。