基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法与流程

1.本发明属于电能提升技术领域，具体涉及一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法。


背景技术：

2.新能源装机快速增长并逐步占据主导地位。新能源的低可控性以及反调峰特性进一步降低了传统能源对电网主体的灵活支撑能力，而输电通道的双向性阻塞、间隙性阻塞与长期利用率低矛盾交织也成为了制约新能源大规模接入的主要因素。提升输电能力主要是根据输电线路的实际功率潮流情况，选择合适的控制方法增加送往某个供电区域的功率潮流，同时保证系统中的其他输电线路不发生过负荷。因此，在新型电力系统的背景下，研究满足电网安全约束的输电能力提升策略对于保障电力可靠供应、提升清洁能源消纳空间具有重要意义。
3.专利cn110556824a提供一种基于母线分裂的输电能力提升方法，增加母线分裂作为调控手段，确定母线最优分裂方案，实现输电能力提升。此方法仅考虑对单一约束断面的消除，对于存在多个断面约束的供电区域，单纯提升某一断面的输电能力反而对其他通道产生了限制。多个断面送入的区域，输电能力可能会受到多个断面的断面约束限制。如果某一断面较早达到极限，而其他断面负载率仍较低，裕度较大，说明其他断面并没有得到充分利用，输电能力仍有较大的提升空间。从而无法实现对目标区域的总体输电能力最大。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，该方法建立多段母线分裂模型，将传统的双母线分裂模型推广至一般形式的多段母线分裂模型，通过构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型，实现对目标区域的总体输电能力最大化。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，提出扫描出的多个可能影响输电能力的断面后，对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束，并将多断面负载率最小加权后加入目标函数中构建多段母线最优分裂模型。具体方案如下：
6.一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，步骤如下：
7.s1:向目标区域输送大于预设值的功率；
8.s2:当最大输电能力不满足要求，采用ac潮流进行n-1安全扫描，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型；所述构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型加入约束如下：
9.s201：加入将严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束；
10.s202：加入母线分裂的约束；
11.s203：加入对断面中每个跳闸线路的潮流约束；
12.s204：加入目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数；
13.s3:再次采用ac潮流进行n-1安全扫描：若系统安全，最大输电能力满足要求，则计算结束；
14.若系统安全，最大输电能力不满足要求，则更新待分裂母线，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求；
15.若系统不安全，则更新严重故障断面，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求。
16.进一步地，所述严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束如下：
[0017]-p
h,max
≤lodf
h,k
pk+ph≤p
h,max
,(h,k)∈ψ，
[0018]
其中，ψ表示预想故障断面集合；lodf
h,k
为线路停运转移因子。
[0019]
进一步地，所述lodf
h,k
线路停运转移因子求解过程如下：
[0020][0021][0022]
其中，引入反映节点s到r间功率转移和支路h的功率变化之间关系的功率转移分布因子ptdf
s,r,h
，xh表示支路h的电抗，x
is
、x
ir
、x
js
、x
jr
为节点电抗矩阵x中的元素；i、j为支路h的首端、末端节点编号，u、v为支路k的首端、末端节点编号。
[0023]
进一步地，所述母线分裂的约束如下：多段母线由母线分裂而成，由m1,m2,
…
,mk-1，mk表示，
[0024]
机组i连接母线的约束条件为：
[0025]
0≤p
gik
≤η
gik
p
gmaxi
，
[0026][0027][0028]
其中，p
gik
表示为机组i注入母线mk的发电功率，p
gi
为机组i的发电功率，p
gmaxi
为机组i的最大发电功率；η
gik
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示机组i连接母线的情况：η
gik
＝0表示机组i未连接于母线mk，η
gik
＝1表示机组i连接于母线mk；
[0029]
负荷j连接母线的约束条件为：
[0030]
0≤p
djk
≤η
djk
p
dmaxj
，
[0031][0032][0033]
其中，p
djk
为负荷j连于母线mk的功率；p
dj
为负荷j的大小，p
dmaxj
为负荷j的最大值；η
djk
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示负荷j连接母线的情况：η
djk
＝0表示负荷j未连接于m-k母
线，η
djk
＝1表示负荷j连接于m-k母线；
[0034]
连接于母线和母线之间的支路l与母线约束条件为：
[0035]-η
slk
p
maxl
≤p
slk
≤η
slk
p
maxl
，
[0036][0037][0038]-(1-η
slk
)m≤δ
sl-δ
mk
≤(1-η
slk
)m，
[0039]
p
sl
＝(δ
sl-δ
rl
)/x
l
，
[0040]-η
mij
m≤p
mij
≤η
mij
m，
[0041]-(1-η
mij
)m≤δ
mi-δ
mj
≤(1-η
mij
)m，
[0042]
其中，η
slk
表示线路l与分裂母线的连接情况，η
slk
＝0表示支路l未连接于母线，η
slk
＝1表示支路l连接于母线；p
slk
表示支路l连接于母线的功率；p
sl
表示支路l连接母线的总功率；p
maxl
表示支路l的最大传输功率；δ
sl
、δ
rl
分别表示支路l送端、受端相角；δ
mi
、δ
mj
分别表示不同分裂母线的相角；η
mij
表示分裂母线之间是否有连接，η
mij
＝1表示连接，η
mij
＝0表示无连接；p
mij
表示母线之间的功率；x
l
表示支路l的电抗值；m表示一个较大的正数。
[0043]
进一步地，所述对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束如下：
[0044][0045]
n＝1,
…
,n
bus
；nω，
[0046][0047]-p
maxl
≤p
scl
≤p
maxl
，
[0048]-p
maxl
≤p
rcl
≤p
maxl
，
[0049]
其中，断面c＝0,1,
…
,nc，c＝0表示基准状态；ω表示待分裂节点集合；p
sclk
、p
rclk
分别为送端、受端连接于分裂节点mk的支路有功；p
nc
为断面总功率；p
scl
、p
rcl
分别为送端、受端连接于非分裂节点的支路有功；fn、tn分别为送端、受端接于节点n的支路集合，fm、tm分别为送端、受端接于节点m的支路集合；n
bus
为系统节点数。
[0050]
进一步地，所述目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数如下：
[0051][0052]
其中，γ表示目标区域节点负荷增长比例；p
hc
表示故障c对应的重载线路功率，p
hmaxc
表示重载线路的最大传输功率，nc表示考虑的重要断面数。
[0053]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0054]
建立多段母线分裂模型，将传统的双母线分裂模型推广至一般形式的多段母线分裂模型。在多段母线分裂模型的基础上，提出扫描出的多个可能影响输电能力的断面后，对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束，并将多断面负载率最小加权后加入目标函数中，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型，实现对目标区域的总体输电能力最大化。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1为本发明实施例中基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法的流程图；
[0057]
图2为本发明实施例中的多段母线分裂结构示意图。
具体实施方式
[0058]
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
[0059]
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0060]
实施例
[0061]
如附图1所示，一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，步骤如下：
[0062]
s1:向目标区域输送大于预设值的功率；
[0063]
s2:当最大输电能力不满足要求，采用ac潮流进行n-1安全扫描，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型；所述构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型加入约束如下：
[0064]
s201：加入将严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束；
[0065]
s202：加入母线分裂的约束；
[0066]
s203：加入对断面中每个跳闸线路的潮流约束；
[0067]
s204：加入目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数；
[0068]
s3：再次采用ac潮流进行n-1安全扫描：若系统安全，最大输电能力满足要求，则计算结束；
[0069]
若系统安全，最大输电能力不满足要求，则更新待分裂母线，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求；
[0070]
若系统不安全，则更新严重故障断面，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求。
[0071]
本发明建立多段母线分裂模型，将传统的双母线分裂模型推广至一般形式的多段母线分裂模型。在多段母线分裂模型的基础上，提出扫描出的多个可能影响输电能力的断面后，对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束，并将多断面负载率最小加权后加入目标函数中，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型，实现对目标区域的总体输电能力最大化。
[0072]
严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束如下：
[0073]-p
h,max
≤lodf
h,k
pk+ph≤p
h,max
,(h,k)∈ψ，
[0074]
其中，ψ表示预想故障断面集合；lodf
h,k
为线路停运转移因子。
[0075]
lodf
h,k
线路停运转移因子求解过程如下：
[0076][0077][0078]
其中，引入反映节点s到r间功率转移和支路h的功率变化之间关系的功率转移分布因子ptdf
s,r,h
，xh表示支路h的电抗，x
is
、x
ir
、x
js
、x
jr
为节点电抗矩阵x中的元素；i、j为支路h的首端、末端节点编号，u、v为支路k的首端、末端节点编号。
[0079]
如附图2所示，多段母线分裂结构示意图，多段母线由母线分裂而成，由m1,m2,
…
,mk-1，mk表示，母线分裂的约束如下：
[0080]
机组i连接母线的约束条件为：
[0081]
0≤p
gik
≤η
gik
p
gmaxi
，
[0082][0083][0084]
其中，p
gik
表示为机组i注入母线mk的发电功率，p
gi
为机组i的发电功率，p
gmaxi
为机组i的最大发电功率；η
gik
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示机组i连接母线的情况：η
gik
＝0表示机组i未连接于母线mk，η
gik
＝1表示机组i连接于母线mk；
[0085]
负荷j连接母线的约束条件为：
[0086]
0≤p
djk
≤η
djk
p
dmaxj
，
[0087][0088][0089]
其中，p
djk
为负荷j连于母线mk的功率；p
dj
为负荷j的大小，p
dmaxj
为负荷j的最大值；η
djk
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示负荷j连接母线的情况：η
djk
＝0表示负荷j未连接于m-k母
线，η
djk
＝1表示负荷j连接于m-k母线；
[0090]
连接于母线和母线之间的支路l与母线约束条件为：
[0091]-η
slk
p
maxl
≤p
slk
≤η
slk
p
maxl
，
[0092][0093][0094]-(1-η
slk
)m≤δ
sl-δ
mk
≤(1-η
slk
)m，
[0095]
p
sl
＝(δ
sl-δ
rl
)/x
l
，
[0096]-η
mij
m≤p
mij
≤η
mij
m，
[0097]-(1-η
mij
)m≤δ
mi-δ
mj
≤(1-η
mij
)m，
[0098]
其中，η
slk
表示线路l与分裂母线的连接情况，η
slk
＝0表示支路l未连接于母线，η
slk
＝1表示支路l连接于母线；p
slk
表示支路l连接于母线的功率；p
sl
表示支路l连接母线的总功率；p
maxl
表示支路l的最大传输功率；δ
sl
、δ
rl
分别表示支路l送端、受端相角；δ
mi
、δ
mj
分别表示不同分裂母线的相角；η
mij
表示分裂母线之间是否有连接，η
mij
＝1表示连接，η
mij
＝0表示无连接；p
mij
表示母线之间的功率；x
l
表示支路l的电抗值；m表示一个较大的正数。
[0099]
对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束如下：
[0100][0101]
n＝1,
…
,n
bus
；nω，
[0102][0103]-p
maxl
≤p
scl
≤p
maxl
，
[0104]-p
maxl
≤p
rcl
≤p
maxl
，
[0105]
其中，断面c＝0,1,
…
,nc，c＝0表示基准状态；ω表示待分裂节点集合；
[0106]
p
sclk
、p
rclk
分别为送端、受端连接于分裂节点mk的支路有功；p
nc
为断面总功率；p
scl
、p
rcl
分别为送端、受端连接于非分裂节点的支路有功；fn、tn分别为送端、受端接于节点n的支路集合，fm、tm分别为送端、受端接于节点m的支路集合；n
bus
为系统节点数。
[0107]
目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数如下：
[0108][0109]
其中，γ表示目标区域节点负荷增长比例；p
hc
表示故障c对应的重载线路功率，p
hmaxc
表示重载线路的最大传输功率，nc表示考虑的重要断面数。
[0110]
基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型为混合整数线性规划问题，使用通用优化求解器法求解，如cplex，gurobi。优化模型计算规模与待分裂母线的个数和
母线分裂的段数相关。对每个待分裂为k段的母线，如果在原网络中与其相连的负荷数为nd，机组数为ng，支路数为n
br
，模型增加的离散优化变量数为k*(nd+ng+n
br
)+k(k-1)/2，增加的连续优化变量数为k*(nd+ng+n
br
)+k(k-1)/2+1。增加的优化变量数仅与分裂节点个数以及与分裂节点相连的设备数、目标区域节点数有关，与电网规模无关，对于大规模电网，增加的优化变量数量可以忽略。
[0111]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
[0112]
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，步骤如下：s1：向目标区域输送大于预设值的功率；s2：当最大输电能力不满足要求，采用ac潮流进行n-1安全扫描，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型；所述构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型加入约束如下：s201：加入将严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束；s202：加入母线分裂的约束；s203：加入对断面中每个跳闸线路的潮流约束；s204：加入目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数；s3:再次采用ac潮流进行n-1安全扫描：若系统安全，最大输电能力满足要求，则计算结束；若系统安全，最大输电能力不满足要求，则更新待分裂母线，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求；若系统不安全，则更新严重故障断面，重复步骤s2，直至最大输电能力满足要求。2.根据权利要求1所述的基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，所述严重故障断面加入预想故障断面集合ψ的约束如下：-p
h,max
≤lodf
h,k
p
k
+p
h
≤p
h,max
,(h,k)∈ψ，其中，ψ表示预想故障断面集合；lodf
h,k
为线路停运转移因子。3.根据权利要求2所述的基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，所述lodf
h,k
线路停运转移因子求解过程如下：线路停运转移因子求解过程如下：其中，引入反映节点s到r间功率转移和支路h的功率变化之间关系的功率转移分布因子ptdf
s,r,h
，x
h
表示支路h的电抗，x
is
、x
ir
、x
js
、x
jr
为节点电抗矩阵x中的元素；i、j为支路h的首端、末端节点编号，u、v为支路k的首端、末端节点编号。4.根据权利要求3所述的基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，所述母线分裂的约束如下：多段母线由母线分裂而成，由m1,m2,
…
,mk-1，mk表示；机组i连接母线的约束条件为：0≤p
gik
≤η
gik
p
gmaxi
，，
其中，p
gik
表示为机组i注入母线mk的发电功率，p
gi
为机组i的发电功率，p
gmaxi
为机组i的最大发电功率；η
gik
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示机组i连接母线的情况：η
gik
＝0表示机组i未连接于母线mk，η
gik
＝1表示机组i连接于母线mk；负荷j连接母线的约束条件为：0≤p
djk
≤η
djk
p
dmaxj
，，其中，p
djk
为负荷j连于母线mk的功率；p
dj
为负荷j的大小，p
dmaxj
为负荷j的最大值；η
djk
(k＝1,2,
…
,k)∈{0,1}表示负荷j连接母线的情况：η
djk
＝0表示负荷j未连接于m-k母线，η
djk
＝1表示负荷j连接于m-k母线；连接于母线和母线之间的支路l与母线约束条件为：-η
slk
p
maxl
≤p
slk
≤η
slk
p
maxl
，，-(1-η
slk
)m≤δ
sl-δ
mk
≤(1-η
slk
)m，p
sl
＝(δ
sl-δ
rl
)/x
l
，-η
mij
m≤p
mij
≤η
mij
m，-(1-η
mij
)m≤δ
mi-δ
mj
≤(1-η
mij
)m，其中，η
slk
表示线路l与分裂母线的连接情况，η
slk
＝0表示支路l未连接于母线，η
slk
＝1表示支路l连接于母线；p
slk
表示支路l连接于母线的功率；p
sl
表示支路l连接母线的总功率；p
maxl
表示支路l的最大传输功率；δ
sl
、δ
rl
分别表示支路l送端、受端相角；δ
mi
、δ
mj
分别表示不同分裂母线的相角；η
mij
表示分裂母线之间是否有连接，η
mij
＝1表示连接，η
mij
＝0表示无连接；p
mij
表示母线之间的功率；x
l
表示支路l的电抗值；m表示一个较大的正数。5.根据权利要求4所述的基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束如下：n＝1,
…
,n
bus
；nω，-p
maxl
≤p
scl
≤p
maxl
，
‑
p
maxl
≤p
rcl
≤p
maxl
，其中，断面c＝0,1,
…
,nc，c＝0表示基准状态；ω表示待分裂节点集合；p
sclk
、p
rclk
分别为送端、受端连接于分裂节点mk的支路有功；p
nc
为断面总功率；p
scl
、p
rcl
分别为送端、受端连接于非分裂节点的支路有功；f
n
、t
n
分别为送端、受端接于节点n的支路集合，f
m
、t
m
分别为送端、受端接于节点m的支路集合；n
bus
为系统节点数。6.根据权利要求5所述的基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，其特征在于，所述目标区域可供负荷最大及多断面负载率最小加权构成的目标函数如下：其中，γ表示目标区域节点负荷增长比例；p
hc
表示故障c对应的重载线路功率，p
hmaxc
表示重载线路的最大传输功率，nc表示考虑的重要断面数。

技术总结
本发明公开了一种基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力提升方法，当最大输电能力不满足要求，采用AC潮流进行N-1安全扫描，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型；再次采用AC潮流进行N-1安全扫描：若系统安全，最大输电能力不满足要求，则更新待分裂母线，若系统不安全，则更新严重故障断面。在多段母线分裂模型的基础上，提出扫描出的多个可能影响输电能力的断面后，对断面中每个跳闸线路构造一组潮流约束，并将多断面负载率最小加权后加入目标函数中，构建基于多段母线分裂及多断面负载均衡的输电能力模型，实现对目标区域的总体输电能力最大化。对目标区域的总体输电能力最大化。对目标区域的总体输电能力最大化。


技术研发人员：李一铭 梁振成 罗翠云 张盼 邓秋荃 李凌 李黎 孙艳 凌武能 熊莉 梁阳豆 莫东
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8