專利名稱：：基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電力調度與電力市場
技術領域：
，特別是涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法。
背景技術：
：在開放的電力市場環(huán)境下，合理有效的電力價格對保證電力系統(tǒng)安全、經濟地運行至關重要。實時電價理論最早應用于有功定價，優(yōu)化潮流收斂時對應于有功平衡約束的拉格朗日乘子即為有功的實時電價，這種方法一般以生產成本最小或社會效益最大化為目標函數。在傳統(tǒng)的電力工業(yè)中，由于發(fā)、輸、配等環(huán)節(jié)隸屬于同一家電力公司，因而無功配置與調度決策往往采用集中優(yōu)化方式統(tǒng)一確定，然而隨著近年來電力工業(yè)市場化改革的不斷深入，傳統(tǒng)的無功管理方法已不再適應形勢。在電力市場環(huán)境下，需要采取新的無功管理方法來引導無功投資，同時更有效的進行無功調度。為此，文獻[l]所記載的技術將實時電價理論推廣到無功領域，與有功類似，最優(yōu)潮流收斂時對應于無功平衡約束的拉格朗日乘子即為無功的實時電價，但該文沒有考慮無功功率的生產成本。文獻[2]引入了無功生產費用函數，并討論了預防性控制對無功價格的影響。文獻[3]提出基于解耦優(yōu)化潮流的有功、無功實時定價方法。無功價格由以有功網損為目標函數的無功子問題確定，并考慮了電壓水平對無功價格的影響。文獻[4]從Schw印pe的原始概念出發(fā)，應用了解耦的有功無功經濟調度模型和二次規(guī)劃算法，提出了與文獻[2]相似的模型，并通過無功費用進一步考慮了有功、無功的耦合關系。文獻[5]提出了一種基于最優(yōu)潮流的實時電價計算方法，并可以將有功、無功的實時電價分解到各種輔助服務中。由于在最優(yōu)潮流問題中穩(wěn)定約束難以計及，因此目前關于定價方面的文獻在約束條件的處理上大都局限于靜態(tài)安全約束。另一方面，隨著電力市場新的競爭環(huán)境的出現，電力系統(tǒng)不再運行在保守方式，考慮各種穩(wěn)定約束的最優(yōu)潮流變得尤為重要。超多面體形式的實用安全域的研究成果，為一大類電力系統(tǒng)最優(yōu)化問題中計及穩(wěn)定性約束提供了強有力的工具(文獻[6])。文獻[7]提出了一種基于安全域的安全性定價方法，除常規(guī)的靜態(tài)安全約束外，還考慮了暫態(tài)穩(wěn)定約束和靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束，但其中僅探討了有功安全性定價。文獻[8]提出了一種對電力系統(tǒng)有功及無功潮流同時進行優(yōu)化的模型與算法。模型中使用了三種電力系統(tǒng)安全域的概念與方法，它們分別是滿足系統(tǒng)潮流約束即母線電壓約束、支路熱穩(wěn)定極限以及發(fā)電機出力限制的"靜態(tài)安全域"、"靜態(tài)電壓穩(wěn)定域"以及保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的"動態(tài)安全域"，通過二次規(guī)劃來求解有功與無功解耦的優(yōu)化潮流。這一工作為綜合進行有功和無功電價的研究做了很好的準備，但文獻[8]的目標函數和約束的表達式采用了支路角作為優(yōu)化變量，不僅不便于計及預想事故集，而且致使表達式物理意義直觀上不夠清晰，同時也未對安全性電價進行研究。文獻[l]M.L.Baughman，S.N.Siddiqi.Real-timepricingofreactive:theoryandcasestudyresults[J].IEEETransPowerSystems1991，6(1):23-29.文獻[2]DandachiN，RawlinesM，Alsac0，etal.OPFforreactivepowerpricingstudiesontheNGCsystem[J].IEEETransonPowerSystems,1996,11(1):11-17.文獻[3]El-KeibAA，MaX.Calculatingofshort-runmarginalcostsofactiveandreactivepowerproduction[J].IEEETransonPowerSystem,1997，12(2):559-565.文獻[4]常寶波，孫洪波，周家啟，等.新的實時有功無功電價模型和算法[J].電網技術，1997,21(10):62-65.文獻[5]謝開，宋永華，于爾鏗，劉廣一.基于最優(yōu)潮流的實時電價分解模型及其內點法實現一兼論最優(yōu)潮流中乘子的經濟意義[J].電力系統(tǒng)自動化，1999，23(2):5-10.文獻[6]余貽鑫.電力系統(tǒng)安全域方法研究述評.天津大學學報已錄用(2008，41(6)).文獻[7]YixinYu.Securityregionbasedsecuritypricing[C]//TheProceedingsofICEE-2005(InternationalConferenceonElectricalEngineering2005)byCD，PN1-02ICEE-C0800,Kunming,China.文獻[8]哈比比，余貽鑫，孫剛.基于安全域的電力系統(tǒng)有功和無功優(yōu)化[J].中國電機工程學報，2006,26(12):1-10.
發(fā)明內容為解決上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，建立基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價模型，該模型同時考慮了靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，并以總生產成本為目標函數，其中無功生產成本采用機會成本。在此模型的基礎上，利用短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功和無功分別定價，并求得與各種約束相關的分量電價。所得的分量電價可以反映不同節(jié)點的功率注入對每一種安全約束的影響，從而可以通過實時電價這一杠桿激勵市場參與者主動與輸電網調度合作，積極維護系統(tǒng)安全。本發(fā)明提供一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其步驟如下第一步從電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)采集所需要的數據，確定預想事故集；第二步針對預想事故集，求取注入功率空間上的實用動態(tài)安全域的臨界超平面系數和割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數；第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實用動態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價中的約束表達式；第四步將目標函數設定為使全網有功生產成本和無功生產成本總和最小，并將目標函數和約束表達式中的全部變量均轉換為事故前注入功率空間上的量，預想事故集中的不同預想事故反映在約束表達式中系數的變化；第五步進行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價，得到計及節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或實時電價，和/或與節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應的分量電價。其中第三步中的靜態(tài)安全約束是指線路潮流約束、發(fā)電機出力約束及節(jié)點電壓約束。其中第四步中所述事故前注入功率空間上的量是指電力系統(tǒng)可調度的量。其中所述電力系統(tǒng)可調度的量包括發(fā)電功率和負荷功率。其中第五步中，根據短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件,對有功生產成本和無功生產成本采用解耦優(yōu)化-迭代的處理方法，得到實時電價，和/或與節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應的分量電價。與現有技術相比，本發(fā)明利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實用動態(tài)安全域分別表示電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進而給出了可計及電力系統(tǒng)所有安全約束的綜合安全約束集；并且，本發(fā)明的目標函數和約束表達式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的電力系統(tǒng)可調度的量，即發(fā)電功率與負荷功率，可計及預想事故集中大量的預想事故，不同預想事故的計及均是通過約束表達式的系數反應的；基于上述兩個要點進行有功潮流和無功潮流的聯合優(yōu)化和/或有功和無功實時定價，得到與各種安全約束相關的分量電價。所得到的有功和無功優(yōu)化潮流可供傳統(tǒng)電力系統(tǒng)調度使用；所得的實時電價和分量電價可以反映不同節(jié)點的功率注入對每一種安全約束的影響，從而可以通過實時電價這一杠桿激勵市場參與者主動與輸電網調度合作，積極維護系統(tǒng)安全。圖1是優(yōu)化潮流和實時定價流程圖；圖2是IEEE39節(jié)點系統(tǒng)結構圖；圖3是P-Q解耦優(yōu)化一迭代流程圖；表1是實用動態(tài)安全域的臨界邊界超平面系數；表2是靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界邊界超平面系數；表3是負荷節(jié)點的有功電價及其電價分量；表4是發(fā)電機節(jié)點的有功電價及其電價分量；表5是負荷節(jié)點的無功電價及其電價分量；表6是發(fā)電機節(jié)點的無功電價及其電價分量。具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明作詳細說明，該發(fā)明的流程如圖l所示。第一步從EMS采集所需要的數據，并確定預想事故集；以IEEE39節(jié)點系統(tǒng)為實施例，該節(jié)點系統(tǒng)結構如圖2所示。對于本實施例，可以直接輸入IEEE39節(jié)點系統(tǒng)的數據，對于實際電力系統(tǒng)需要連接電網控制中心中的能量管理系統(tǒng)即EMS系統(tǒng)以獲取必要的數據。在該實施例中預想事故集包含6個預想事故，分別為線路4-14，5-6，16-21，17-18，23-24和26-29在送端(4，5，16，17，23，26母線側)發(fā)生三相短路接地故障，故障持續(xù)0.1秒后故障線路被清除。每一個預想事故后系統(tǒng)都有一個臨界割集，保證靜態(tài)電壓穩(wěn)定的約束由6個割集組成。第二步基于采集到的數據和預想事故集中的每個預想事故，求取動態(tài)安全域的臨界超平面系數和靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數，如表1和表2所示；表l與系數相關的故障線路(故障側)26-29(26)16-21(16)17-18(17)23-25(23)4-14(4)5-6(5)尸G20扁2-0.0015-0細7-0.0004-0.1043-0.2534%2-0.03310.02960.04530.02610.87501.6976Ai30扁5-0.0025-0細8-0細4-0.0773-0.1236"G3-0.02070.03520.05100.10790.97711.4466Aj40雄0-0.0077-0.0015-0.0054-O扁l-0.0016"G4-0扁70細70.05100.14060,08190.0663尸G50.0009-0.0468-0.0018-0.0067-0.0038-0.0020t/G5-0.02070.91820.50740.14060.08190.0413尸G60扁7-0.0342-0.0017-0.0678-0.0035-0.0015"G6-0.02070.29190.06350.89320.09760.06630細8-0.0319-0.0020-0.0935-0.0041-0.0018f/G7-0.02070.21380.04530.50050.03470.0413尸G8-0.00210.0004-0.00080週0-0.00080扁5"G8-0.0827-0.00940,03160.00970.01900.0413尸G9-0.1275-0.0020-0馬3-0細3-0.0023-0.0012"G92,01740.03520,26510.00970.08190.04130扁50.0009-0細30.00220,00410.0058—0.0827-0.00940.00550.00970.01900.0413尸c0.00000扁70.00150.0017-0扁40.0026&o細o0扁8-0.00570週00.04560.0616尸/4一0細4-0篇20細50.00110.0161-0.00320細5-0.0017-0.0015-0.0037-0,0073—0.0197尸,70細00.00100.00210.00240細40.00350.0000-0.0020-0篇7-0扁2-0.0197-0.0371&—0細40細40細40.0011-0.0009—0.01130細5-0.0016-0.0014-0.0020—0.0183—0.02770.00000.02650細10.06590.12140.16950細0-0.0020-0.0022-0.0040-0.0224-0.0439-0.00060細70.00200篇80扁70,0045仏50細6-0.0026-0.0023-0.0087—0.0106-0.0142-0.00060.00720.00270.00170適70細40.0000—0.0027-0.0029-0扁9-0.0027-0.00320細00.0014-0.00030.00350.00420.00910.0028-0.0020—0.0005一0細8-0.0029-0扁4尸。00細00.00500.00270.00430.00530.00482/200.0000-0.0030—0,0015—0.0034-0.0020-0,0016尸/210.00000.02030扁70.02240.00780.01202/210細7-0細5-0.0025-0.0230-0.0049-0.00580細00.02250.01470.05060.01020.0132e。30扁0-0.0099-0.0020-0.0187-0.0029-0.0020o扁o0細60.0029-0.00080.00690,0047e。40.0000-0.0054-0.0036-0.0113一0.0080-0.0098/250.00120.00100.00300觀50.00460扁40250.0017-0.0013-0扁7-0細5-0.00100.0018^'260.01210.00160.00480據00.00740.0104&60.00410週4-0.0047—0.00140.00410.0050尸/27-0.00160細80.00190.00200扁70.00512/270.0039-0.0023-0.0028-0.0047-0扁3—0細7尸。80.03960篇10扁50.00270.0050O.O謂2。8-0.0289-0.0022-0.0050-0.00090.00250扁10.07020.00170.00820.00200.00760.0116&9一0扁80.0009-0.00520.00210.00260.0032尸丄310.00000.00020.00000扁50細90.0013&310.00000扁1—0細10細20.00030細6戶L390細00.02450細10細90.23280.3559込390細00.0051—0.00540.01250.01530.0185表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>7招亞而玄粉0.003156090.002442910.00017530超卞囬樂奴0.00025072-0.00019696-O,00013182割集3中的支路17-2714-15招巫而玄粉0.001855350.00099887跑卞LMJ爾劃-0.00034446-0.00053585割集4中的支路21-22招巫而玄救-0.00088716超卞囬承劃-0.00001331割集5中的支路25-2617-186-11紹巫而玄粉0.002140750.00072867-0.00032330超卞LMJ承梨-O.00000165-0.000151380.00069386割集6中的支路6-713-14紹蘋7ST玄救0.000266160.00038295々0.000281000.00018971第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實用動態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價中的安全約束表達式；第四步將目標函數設定為使全網有功生產成本和無功生產成本總和最小，并將目標函數和約束表達式中的全部變量均轉換為事故前注入功率空間上的量，預想事故集中的不同預想事故反映在約束表達式中系數的變化；第五步進行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價，有功成本和無功成本采用解耦優(yōu)化-迭代處理方法，根據短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，求得計及節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或實時電價，和/或與節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應的分量電價。上述第三步、第四步和第五步所涉及的內容詳細介紹如下1基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價模型設系統(tǒng)網絡由w+l個節(jié)點，化條線路組成，其中節(jié)點0為松弛節(jié)點，用G:二{1,2,表示發(fā)電機節(jié)點的集合；用Z^(+1,…,^表示負荷節(jié)點的集合；用iV表示全部節(jié)點的集合，即iV-Gui:uO;用萬表示全部線路的集合。假設l:在運行方式未重新調整的時段內，節(jié)點注入功率在事故前、后保持不變。1.1潮流方程電力系統(tǒng)的潮流方程如下-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中Gy+y^為節(jié)點導納矩陣的第々'元素。電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時，因為l&l足夠小，通常假設sin《《《-《和co《*1。對于高壓輸電網絡，可假設Gy0，潮流方程可寫成如下形式i<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>當f/,al(V/eiV)和忽略對地分支電納時，由式(3)可簡化出如下的直流潮流模型="(5)其中，e和戶e;R肝1，at=b—、a二E丄v/e7v;&=—丄v/，yew,/-7。戶'式(4)可用如下的矩陣形式表示t/=i)g(6)其中，f^Q0eR"+1，"二diag(iV..,Z)")，D,=^~^-V/eW。力e,注1:式(3)和式(4)用于優(yōu)化和定價模型中等式約束條件的描述；式(5)和式(6)僅用于支路潮流約束簡化表達式的推導中。1.2安全約束1.2.l線路潮流約束發(fā)熱條件限制了流過輸電線和變壓器的工作電流。由于在合理的運行方式下，輸電線路主要傳輸有功功率，而且線路電流約束是柔性的，所以這種約束可以近似表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，f二(/^，…,A,，《)，if為支路/的最大容許傳輸功率-若支路/兩端節(jié)點為a和6，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(8)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(9)參照節(jié)1.1的假設條件可得-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(10)妙GW<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(11)式中，r,..，。，Kx。4—a)v^iv，z、(^，)rr、。1.2.2發(fā)電機出力約束若用《和i^表示發(fā)電機/容許的有功出力上、下限，用^f和化表示發(fā)電機/容許的無功出力上、下限，則發(fā)電機有功和無功出力約束可分別表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(12)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(13)式中，^和2e為發(fā)電機出力向量。1.2.3節(jié)點電壓約束若用t/,和[/,m分別表示節(jié)點/電壓的上下限時，則節(jié)點電壓幅值約束可定義為式中，Q,:={t/GeR|^《C/G,《，V/eG}，fV)—t^R"-"'l^^^《V/"}。1.2.4靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束對于既定的網絡結構，在臨界割集功率空間上，保持靜態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界點所形成的安全域，簡稱割集靜態(tài)電壓穩(wěn)定域，并用cvsr表示，其邊界可用一個如下的超平面近似描述<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(15)式中，/t是臨界割集CS中的支路，a和A是超平面系數，《和a分別是支路a:送端的有功和無功潮流。每個預想事故后網絡都有相應的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域。在一些系統(tǒng)或情況下，特別是當一條或若干條線路停運時，'系統(tǒng)的弱節(jié)點可能分布在不同區(qū)域，這時就需要多個臨界割集，于是，系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域可定義如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(16)其中，CS是系統(tǒng)臨界割集的集合；CS(/)表示GS的第/元素，即割集"下標/t表示第yt支路所對應的系數或變量，如A和込分別是支路A送端的有功和無功功率。注2:需要強調的是式(16)中的系數和變量都是對應于一個既定的網絡的。1.2.5暫態(tài)穩(wěn)定約束暫態(tài)穩(wěn)定約束用動態(tài)安全域的方法來處理。對于既定的事故前、事故后的網絡結構和既定事故，在注入功率空間上保證系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的實用動態(tài)安全域的臨界面，可用一個或極少數幾個如下形式的超平面近似表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(17)式中，a,和A是超平面系數，f和g分別是節(jié)點/的注入功率。若發(fā)電機節(jié)點的無功功率用端電壓t^表示時，動態(tài)安全域可用下式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(18)其中，巧和込分別為負荷節(jié)點的有功功率和無功功率；電壓、有功功率和無功功率都是事故前的變量；a,，e,，7,和4是超平面系數，當既定的事故前、事故中和事故后的網絡圖形確定之后，它們就唯一確定了。注3:為了簡單起見式(17)中只用一個超平面近似模擬動態(tài)安全域的臨界面，在許多情況下其精度是可接受的。注4:上述約束，當考慮預想事故集0^中的全部預憩事故時，結果的安全域應是各預想事故所對應的安全域的交集。于是系統(tǒng)的綜合暫態(tài)穩(wěn)定約束和綜合電壓穩(wěn)定約束可表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(20)其中，和分別為預想事故《所對應的動態(tài)安全域和事故后系統(tǒng)的臨界割集電壓穩(wěn)定域。1.3優(yōu)化潮流和實時定價及分解模型本發(fā)明的實時定價模型是基于最優(yōu)潮流的，其最優(yōu)化問題的目標函數是使全網有功和無功功率發(fā)電總成本C:Z[C;,0^)+C。,(&,)]最小。其中&為發(fā)電機/輸出的有功功V,eG一率，Cp,(Pe,)為發(fā)電機/的有功生產成本，g^為發(fā)電機z'輸出的無功功率，(^,(2&)為發(fā)電機/的無功生產成本，G為發(fā)電機節(jié)點的集合。因為在輸電網絡中，有功潮流功率主要由節(jié)點電壓相角決定，而無功潮流主要由電壓幅值決定，故將有功成本優(yōu)化和無功成本優(yōu)化作解耦處理。1.3.1有功功率優(yōu)化和定價及電價分解模型目標函數為使二次函數形式的有功生產成本最小，同時滿足式(3)給出的節(jié)點功率平衡約束，和由式(7)、(12)、(19)及(20)所定義的綜合安全約束集Rp:=QP,oQG/)oRdsoRra。注5:發(fā)電機無功出力約束(13)和節(jié)點電壓約束(14)將在無功定價的優(yōu)化過程中滿足，這里不再計及。以發(fā)電機節(jié)點上的有功注入作為優(yōu)化變量的優(yōu)化模型可表示如下(21)minC尸=1,好",/P尸g:w《《《,《Vz.eiV(22)V/eG(23)V/eSWeOSuO(24)v&cre(25)VfeCra(26)其中，cre表示預想事故集，Gsw是網絡結構,的臨界割集的集合，csx《/)表示cs(/)的第/個割集；下標A:表示第A:支路所對應的變量和系數，O為當前的網絡結構。式(21)中/;和及p分別為有功生產成本的一次項和二次項系數矩陣，,eR^^^R"^;式(22)為節(jié)點有功功率平衡約束；式(23)為發(fā)電機有功出力約束；式(24)為線路潮流約束；式(25)為靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束，《表示事故后的網絡結構；式(26)為暫態(tài)穩(wěn)定約束，f限定了事故中和事故后的網絡結構，，,)是發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點有功注入的超平面系數。注6:因為節(jié)點注入功率即發(fā)電功率和負荷功率是控制變量，且如假設l所述在運行方式未重新調整的時段內，這些節(jié)點注入功率在事故前、后是保持不變的。所以不僅目標函數中的優(yōu)化變量采用節(jié)點注入功率，而且約束條件表達式中的事故后網絡支路上的功率變量也需轉化為節(jié)點注入功率。有功功率定價的Lagrangian函數為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>是相應約束的拉格朗日乘子'根據短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，可求得如下所示的發(fā)電機節(jié)點有功功率電價/V,和負荷節(jié)點有功功率電價/^，表示如下(27)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(28)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>29)式(28)表明，發(fā)電機節(jié)點的有功電價包含5個分量發(fā)電成本分量、發(fā)電機出力約束分量、線路熱穩(wěn)定約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束分量。式(29)表明負荷節(jié)點有功電價由功率平衡約束分量、線路熱穩(wěn)定約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束4個分量組成。1.3.2無功功率優(yōu)化和定價及電價分解模型采用無功機會成本作為目標函數。機會成本的大小不僅與發(fā)電機的物理特性有關，而且在很大程度上還取決于電力市場的結構與規(guī)則以及系統(tǒng)的調度方式。發(fā)電機的無功機會成本可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(30)式中，q^)為發(fā)電機q提供無功服務時所產生的機會成本，^^為發(fā)電機允許的最大視在功率輸出，為發(fā)電機有功服務成本，^為發(fā)電廠的利潤率，一般為5%10%。依公式(30)可以計算出發(fā)電機無功功率與發(fā)電成本之間的對應數據(利潤率*取為5%)，進而采用最小二乘法擬合得到包含一次項和二次項的無功發(fā)電成本的近似函數表達式。本發(fā)明無功定價模型的目標函數是無功生產成本最小，約束條件是由式(4)定義的節(jié)點的無功平衡約束，和由式(13)、(14)、(19)及(20)所定義的無功定價綜合安全約束集I^:^n^nR^n1^。此時，線路熱穩(wěn)定約束由有功定價來滿足。以發(fā)電機節(jié)點上的無功注入作為優(yōu)化變量的優(yōu)化模型可表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>式(31)中/。和好e分別為無功生產成本的一次項和二次項系數矩陣，/eeR，％eK!^。式(32)為節(jié)點無功功率平衡約束；式(33)為發(fā)電機無功出力約束；式(34)為節(jié)點電壓約束；式(35)為靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束；式(36)為暫態(tài)穩(wěn)定約束。上述無功優(yōu)化模型中約束表達式進行了注6所述的處理，即把所有變量均轉化成節(jié)點注入功率?；诖四Ｐ涂蓪С鋈缦聼o功功率定價的Lagrangian函數<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式中，)V(。，L(w，y^(")，Mw，]^,(。分別為相應約束的拉格朗日乘子，其中的支路潮流按式(11)由節(jié)點無功注入表示。根據短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，所求得發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點的無功功率電價分別為如下所示的/^,和/^,:_3C。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>式(38)表明，發(fā)電機節(jié)點的無功電價包含5個分量發(fā)電成本分量、發(fā)電機無功出力約束分量、電壓幅值約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束分量。式(39)表明負荷節(jié)點無功電價由功率平衡約束分量、電壓幅值約束分量、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束分量和暫態(tài)穩(wěn)定約束4個分量組成。2.算法采用解耦優(yōu)化一迭代的處理方法，算法如圖3所示。除分別按式(21)—(26)的有功定價模型進行有功成本優(yōu)化，和按式(31)—(36)的無功定價模型進行無功成本優(yōu)化外，還采用了兩個迭代過程。其一是無功成本優(yōu)化的內部迭代；其二是有功成本優(yōu)化的內部迭代。在無功成本優(yōu)化過程中，計算式(6)中的。,=1/1^-^^)時，其中/力e'的節(jié)點電壓幅值^的初始值采用上次無功成本優(yōu)化的結果，在獲得無功成本優(yōu)化新的優(yōu)化結果后，利用""=Af/^))^)對d,=)中的節(jié)點電壓^進行修正，直至滿足收斂條件t/fSlO—4,VyeA^。在有功成本優(yōu)化過程中，節(jié)點電壓幅值采用無功優(yōu)化后的結果，而節(jié)點電壓相角的初始值釆用上次有功成本優(yōu)化的結果，在獲得有功成本優(yōu)化新的優(yōu)化結果尸W后，利用^^A7"對節(jié)點電壓相角進行修正，直至滿足收斂條件l《"-《"—"l^lO"，V/eW，從而得到有功和無功優(yōu)化潮流的最終結果。'如圖3所示。由于目標函數為二次形式，所有約束條件均為線性表達式，因此可釆用二次規(guī)劃法求解。3.算例數據與分析以10機39節(jié)點系統(tǒng)為實施例，用本發(fā)明進行優(yōu)化潮流和實時定價及電價分解。預想事故集中包括6個預想事故，分別為線路4-14，5-6，16-21，17-18，23-24和26-29在送端(4，5，16,17，23，26母線側)發(fā)生三相短路接地故障，故障持續(xù)O.l秒后故障線路被清除。每一個預想事故后系統(tǒng)都有一個臨界割集，保證靜態(tài)電壓穩(wěn)定的約束由6個割集組成。正的電價分量表明在該節(jié)點上增加發(fā)電量(負荷)，將會減輕(加劇)相應約束的違限。而負的電價分量表明在該節(jié)點上增加發(fā)電量(負荷)，將會加劇(減輕)相應約束的違限。表3為負荷節(jié)點的有功電價及其分量。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在4個電價分量中，功率平衡約束分量占主要成份，線路熱穩(wěn)定約束分量相對較小，暫態(tài)穩(wěn)定約束分量更小。由于10機39節(jié)點系統(tǒng)存在的主要是暫態(tài)穩(wěn)定問題，靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束總是滿足的，所以該電價分量為零。利用節(jié)點電價分量值的大小和正負，可識別網絡的薄弱環(huán)節(jié)和減輕輸電阻塞的潛在手段。如表3中25號節(jié)點的線路熱穩(wěn)定約束電價分量為負值，3號和18號節(jié)點的該電價分量較大，表明增加25號節(jié)點上的負荷、減小3號和18號節(jié)點上的負荷對改善線路阻塞起重要作用。21、28和29號節(jié)點暫態(tài)穩(wěn)定分量電價較高，減小這些節(jié)點上的負荷有利于維護系統(tǒng)穩(wěn)定。發(fā)電機節(jié)點的有功電價及其分量如表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>當無功負荷增加時，仿真結果表明相應節(jié)點的無功電價顯著增大。發(fā)電機節(jié)點的無功電價及其分量如表6。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>每臺發(fā)電機調整無功出力都會對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定有影響，而只有33、36、38和39號節(jié)點上的發(fā)電機調整無功出力才會對節(jié)點電壓約束有明顯影響。需要強調的是，不同約束的破壞對系統(tǒng)的影響是不同的，如事故后的熱穩(wěn)定越限和電壓水平越限所帶來的后果與暫態(tài)穩(wěn)定和靜態(tài)電壓穩(wěn)定破壞的后果不同，而且當電壓水平控制在±(5%-10%)的范圍內時，系統(tǒng)一般不會再出現靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題，所以對于電壓幅值約束所要檢驗的預想事故集可以是暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)電壓穩(wěn)定性約束檢驗的預想事故集的子集。本發(fā)明提出的一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，同時考慮了靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，以總生產成本為目標函數，無功功率生產成本采用機會成本。該模型目標函數和約束表達式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的量，即發(fā)電功率和負荷功率，不同預想事故的計及均是通過約束表達式的系數的變化反應的。這使得該模型不僅更便于計及預想事故集，而且表達式簡明、物理意義清晰。利用短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功和無功分別定價，并導出了與各種約束相關的分量電價。所得的節(jié)點有功和無功電價由成本費用和各種安全費用組成，在安全約束沒有被違背的情況下，生產成本費用在電價中占主要部分，反之，相應的安全費用會有很大提高。分量電價可以反映不同節(jié)點的功率注入對每一種約束的影響，從而可以通過節(jié)點電價這一杠桿激勵市場參與者主動與輸電網調度合作，實時調整其發(fā)用電行為，共同維護系統(tǒng)安全。在無功不足導致電壓越限或危及電壓穩(wěn)定性時，無功電價將大幅度提高，其應用可使發(fā)電廠的無功服務得到合理的經濟補償，同時也鼓勵用戶安裝無功補償裝置，積極維持系統(tǒng)的電壓安全性。權利要求1.一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其步驟如下第一步從電力系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)采集所需要的數據，確定預想事故集；第二步針對預想事故集，求取注入功率空間上的實用動態(tài)安全域的臨界超平面系數和割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的臨界超平面系數；第三步利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實用動態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，用以表示有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價中的約束表達式；第四步將目標函數設定為使全網有功生產成本和無功生產成本總和最小，并將目標函數和約束表達式中的全部變量均轉換為事故前注入功率空間上的量，預想事故集中的不同預想事故反映在約束表達式中系數的變化；第五步進行有功潮流和無功潮流的優(yōu)化和/或有功和無功實時定價，得到計及節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集的有功和無功優(yōu)化潮流，和/或實時電價，和/或與節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應的分量電價。2.如權利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其中第三步中的靜態(tài)安全約束是指線路潮流約束、發(fā)電機出力約束及節(jié)點電壓約束。3.如權利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其中第四步中所述事故前注入功率空間上的量是指電力系統(tǒng)可調度的量。4.如權利要求3所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其中所述電力系統(tǒng)可調度的量包括發(fā)電功率和負荷功率。5.如權利要求1所述的基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，其中第五步中，根據短期邊際成本理論和K-T優(yōu)化條件，對有功生產成本和無功生產成本采用解耦優(yōu)化-迭代的處理方法，得到實時電價，和/或與節(jié)點功率平衡約束和所述綜合安全約束集中的約束相對應的分量電價。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于超平面形式安全域邊界的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流和實時定價方法，利用割集功率空間上的靜態(tài)電壓穩(wěn)定域和注入功率空間上的實用動態(tài)安全域分別表示靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束，進而定義出包括靜態(tài)安全約束、靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束和暫態(tài)穩(wěn)定約束的綜合安全約束集，目標函數和約束表達式中的全部變量都是事故前注入功率空間上的電力系統(tǒng)可調度的量，預想事故集中不同預想事故的計及反映在約束表達式系數的變化。在求解方法中，采用對有功、無功生產成本解耦優(yōu)化—迭代的處理方法，求得節(jié)點有功和無功電價及其與不同約束相關的分量電價。所得的分量電價反映不同節(jié)點的功率注入對相應約束的影響，利用實時電價激勵市場參與者積極參與維護系統(tǒng)安全。文檔編號H02J3/00GK101281637SQ20081005308公開日2008年10月8日申請日期2008年5月9日優(yōu)先權日2008年5月9日發(fā)明者余貽鑫,王艷君申請人:天津大學