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电力系统优化运行的相关问题研究

章美丹  
【摘要】:电力工业作为一个大额输入、大额输出的生产运行过程,其中各个环节的优化运行均能创造巨大的经济效益。因此,电力系统优化运行一直是电力系统研究领域的重要课题之一。在电力系统优化运行的众多问题中,电力系统潮流分析是很多电力系统优化问题需要考虑的基础,考虑电力系统潮流的优化运行更加符合电力系统的运行实际;中长期机组组合问题是经典的短期机组组合问题的扩展,能够实现更长时间尺度内的资源优化配置;储能系统的优化运行是伴随电力系统发展尤其是智能电网发展过程中出现的较新的研究课题。本文针对电力系统优化运行做了基于上述三方面内容的研究工作,具体如下。 第一,在电力系统潮流分析方面,采用两种代数几何方法——结式法和基于Grobner基的特征值/特征向量法求解潮流方程的全部解,取得了一定成果。结式法在求解潮流时,可以得到所有待求变量各自需要满足的一元高次多项式方程,分别求解这些一元的方程即得到潮流方程中该变量的解;基于Grobner基的特征值/特征向量法将潮流求解转化为等价的矩阵特征值或特征向量的求解。相比已有的消元法求解电力系统潮流,本文所介绍的两种方法均避免了累计误差的缺点,其中特征值/特征向量法表现了更强的计算能力,能够求解消元法难以求解的规模的系统。值得注意的是,这两种方法具有完善的求解多元多项式组的理论过程,其中利用结式法能够得到两个变量之间的解析表达式,在电力系统其他研究领域有潜在的应用价值。 第二,在中长期机组组合问题的研究方面,基于电力系统实际运行中对研究周期内机组利用率的要求和求解效率考虑,建立了考虑机组利用率的中长期机组组合分步模型。该模型是基于Benders分解的思想在传统机组组合模型基础上建立起来的,过程中根据电力系统运行的特点和要求解决了若干分解所要处理的关键问题。分别采用分步模型与传统模型对中期和长期的机组组合问题进行仿真,仿真结果表明:1)分步模型的优化结果是良好的;2)求解效率和求解能力相比传统模型要优越得多,表现在以更快的速度求解得到了中期情况下的优化解,且在一个合理的时间内能得到了传统模型难以求解的长期情况时的优化解。 第三,在储能系统的优化运行研究方面,分别从离线和实时两个时间层面进行优化运行的研究。 在离线优化运行层面研究了两种情况:1)单个电池储能系统在考虑削峰填谷和兼顾优化网损时的优化运行;2)高风电接入率的配电网含有多个电池储能系统,优化运行时考虑削峰填谷并尽可能提高风电利用率减少弃风量。两种情况下电池储能系统的优化运行均采用双层优化的思想求解——外层利用遗传算法优化电池储能系统的充放电状态,是个离散变量的寻优问题;内层利用二次规划方法优化电池储能系统的充放电功率。削峰填谷目标函数用负荷曲线方差表示时,单个电池储能系统情况下内层的二次规划是一个凸二次规划,多个电池储能系统情况下并不是一个严格的凸二次规划。因此在研究多储能系统的优化运行时,用修正的负荷曲线方差来表征削峰填谷目标使得内层的二次规划呈现凸性。算例结果表明,所采用的目标函数建模方式和求解方法在两种情况下均取得了良好的优化结果。 在实时优化运行层面研究了多储能系统的分布式优化控制方法。设想利用通信网络将多个储能系统连接起来实现自动的实时控制的目的,讨论了储能系统个数较少和较多两种情况下满足“N-1”原则的分布式优化控制通信网络的拓扑特点。在所设想两种的通信网络拓扑基础上,根据电力系统的实际运行要求,分别设计了基于等功率变化率的分散自律控制算法达到实时修正离线优化运行结果的目的。算例结果表明本文所采用的分布式优化控制算法良好得达到了控制的目标,也从侧面验证了网络拓扑设想的合理性。


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