分層分區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度

分層分區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度

0基于目標級聯(lián)分析的分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度cdrd

分層互聯(lián)運營是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的顯著特點。對于如此復雜的大規(guī)模系統(tǒng)，難以采用唯一的

電力調(diào)度中心進行集中式優(yōu)化調(diào)度與控制

風險調(diào)度（risk-baseddispatch,RD）是對傳統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度和安全約束調(diào)度的進一步發(fā)展，

其所制定的調(diào)度方案不僅要求滿足系統(tǒng)安全約束還需將運行風險控制在可接受范圍內(nèi)

木文的主要貢獻是:面向具有多級電力調(diào)度中心的分層分區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)，提出一種基于

目標級聯(lián)分析的分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度（coordinateddecentralizedrisk-baseddispatch,

CDRD）方法。各下級調(diào)度中心可并行自主地調(diào)度管轄電網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電機組，實現(xiàn)對各區(qū)域電

網(wǎng)運行風險的分散自治調(diào)控;通過上級聯(lián)合調(diào)度中心對聯(lián)絡線功率進行協(xié)調(diào)優(yōu)化可保證整

個互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。

1基本總結

1.1運行風險的指標式

在電力系統(tǒng)運行風險評估I',針對預想事故后系統(tǒng)在靜態(tài)與動態(tài)下不同側面的安全水平，

可以定義多種類的運行風險指標

式中:N

圖中1表示正常狀態(tài)下的潮流上限;s

1.2基于crd的機組運行安全約束

在集中式調(diào)度體系下，調(diào)度中心通過SCADA等系統(tǒng)采集所管轄電網(wǎng)的運行信息，并可通過

風險評估等軟件模塊評估系統(tǒng)的運行風險水平。本文探討的風險調(diào)度為計及預想故障的預

防型風險調(diào)度，可根據(jù)文獻［6-7,9］建立集中式預防型風險調(diào)度（centralizedrisk-

baseddispatch,CRD）的優(yōu)化模型：

式中：0、k分別代表基態(tài)和第k個故障狀態(tài);N

等式約束式（4）代表系統(tǒng)有功平衡;式（5）為正常狀態(tài)卜的安全（線路潮流）約束;式

（6）為預想故障狀態(tài)下的安全約束（預防調(diào)度發(fā)電機使得故障后潮流不越過線路緊急限

值）；式（7）為機組出力的上下限約束;通過約束式（8）保障系統(tǒng)過載風險在可接受范圍

內(nèi)。

相較傳統(tǒng)SCD,CRD的顯著優(yōu)勢是：1）由于計及了事故發(fā)生概率，CRD可動態(tài)跟蹤事故風險

并對機組有功出力做出調(diào)整

CRD模型是耦合預想故障集和復雜風險約束式（8）的大規(guī)模優(yōu)化問題，一般難以直接求解,

需采用Benders等分解算法將原問題拆分為多個規(guī)模較小的子問題后進行迭代優(yōu)化。

2區(qū)域分解機制密合式處理單元上下級的協(xié)調(diào)合作

本文所提出的分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度方法面向的對象是具有多級電力調(diào)度中心的多區(qū)互聯(lián)電力

系統(tǒng)。圖2給出了分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度的架構，在該調(diào)度架構下，各下級電力調(diào)度中心僅負

責調(diào)控區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的設備：由上級聯(lián)合調(diào)度中心來負責區(qū)域電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)工作。各區(qū)域

調(diào)度中心之間無需交互任何信息，然而，為實現(xiàn)多區(qū)互聯(lián)系統(tǒng)的全局經(jīng)濟優(yōu)化，卜級和上

級調(diào)度中心之間必需建立雙向通訊網(wǎng)絡，以傳遞必要的算法協(xié)調(diào)信息。

“分散”和“協(xié)調(diào)”是該調(diào)度架構的核心：“分散”意味著各區(qū)域調(diào)度中心都具備自治能

力，可對其所管轄區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的所有發(fā)電機組進行調(diào)度，并負責調(diào)控該區(qū)域電網(wǎng)的運行風

險在其可接受范圍內(nèi)?！皡f(xié)調(diào)”則要求各區(qū)域調(diào)度中心應當相互合作安排調(diào)度計劃以保證

整個互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，可以通過上級聯(lián)合電力調(diào)度中心來完成協(xié)調(diào)工作。

實現(xiàn)分散協(xié)調(diào)優(yōu)化的關鍵是找到合適的區(qū)域耦合（一致性）約束，本文采用圖3所示的區(qū)

域分解機制，將聯(lián)絡線有功功率作為共享和協(xié)調(diào)變量。相較傳統(tǒng)方法

式中:P

3分散風險準備的優(yōu)化模型和算法

3.1目標級聯(lián)分析

目標級聯(lián)分析法（analyticaltargetcascading,ATC）

3.2的數(shù)之間的協(xié)調(diào)

在ATC算法框架下，每一個區(qū)域電網(wǎng)在求解其自身調(diào)度方案時需要考慮與上層調(diào)度中心卜.

發(fā)的共享參數(shù)之間的協(xié)調(diào),為此，需對第L2節(jié)所介紹的集中式風險調(diào)度模型做適當調(diào)整,

更改后的下級調(diào)度中心s對應的風險調(diào)度子問題的優(yōu)化模型為

式中:N

算法1：該問題與CRD模型具有相同的優(yōu)化結構，可采用Benders分解算法

當下級調(diào)度中心s求得調(diào)度方案時，需上傳其求解得到的聯(lián)絡線有功值P

3.3聯(lián)絡線功率相關問題

上級電力調(diào)度中心為整個互聯(lián)系統(tǒng)運行調(diào)度的協(xié)調(diào)者，負責對各下級電力調(diào)度中心所求得

聯(lián)絡線功率的偏差進行最小化優(yōu)化。當上級電力調(diào)度中心接收到所有下級電力調(diào)度中心上

傳的聯(lián)絡線功率數(shù)據(jù)(P

式(20)為一致性協(xié)調(diào)約束，表示兩互聯(lián)系統(tǒng)間的聯(lián)絡線功率絕對值應當相等。

算法2:該問題是一個僅含等式約束的二次規(guī)劃問題，可采用Lagrange方法求解。構建

Lagrange函數(shù)如下：

該Lagrange函數(shù)取極值的必要條件為

求解式(22),即可得到協(xié)調(diào)變量的值

3.4上級調(diào)度中心乘子更新公式

分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度算法的收斂條件為

式(23)檢查在t次迭代中，上級調(diào)度中心下發(fā)的聯(lián)絡線功率值

若在第t次迭代中，以上兩類收斂性條件不滿足或不完全滿足，則上級調(diào)度中心應根據(jù)式

(25)、(26)更新乘子系數(shù)的值，并將更新后的乘子系數(shù)下發(fā)給各下級調(diào)度中心進行下

一次迭代計算：

式中：U為常數(shù)，其值一般取1W口W3;a和8的初值一般取較小的常數(shù)

3.5上級電力調(diào)度中心優(yōu)化問題的步驟

上下級電力調(diào)度中心的優(yōu)化問題必須交替迭代計算，通過協(xié)調(diào)聯(lián)絡線潮流，以達到調(diào)控各

區(qū)域電網(wǎng)運行風險且獲取系統(tǒng)最優(yōu)運行成本的目的。基于ATC的分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度的算法

流程如圖5所示,其步驟如下所述：

步驟1：置迭代次數(shù)t=lo各個下級電力調(diào)度中心設定其管轄電網(wǎng)的最大可接受風險值K

步驟2:各下級電力調(diào)度中心調(diào)用算法1求解區(qū)域電網(wǎng)的風險調(diào)度子問題，得到滿足R

步驟3:上級調(diào)度中心接收到所有下級調(diào)度中心上傳的聯(lián)絡線功率數(shù)據(jù)后，調(diào)用算法2求解

主問題，對聯(lián)絡線功率偏差進行最小化優(yōu)化。

步驟4:上級調(diào)度中心檢查收斂條件式(23)、(24),若同時滿足，則終止迭代過程，所

求得結果即為最優(yōu)解;否貝J,根據(jù)式(25)、(26)更新乘子系數(shù)，置t=t+l,并返回步驟

2重新求解。

4計算與分析

4.1緊急限值與內(nèi)部約束

CDSD是一種確定性的、不具備風險感知和調(diào)控能力的誡度方式。由于CDSD模型中沒有計

及預想事故的發(fā)生概率，無論故障概率如何變化，其得到的調(diào)度方案（P

CDRD能夠跟蹤系統(tǒng)運行風險的變化，進而動態(tài)調(diào)整各區(qū)域電網(wǎng)機組的出力方案。在6種故

障概率場景下分別執(zhí)行C［冽）程序，可得到6組不同的調(diào)度方案，如表4所示。由表4最

后一列可以看出，當故隙概率增加時（如設備老化、自然災害等原因引起），系統(tǒng)總的過

載風險也相應增加，為了維持各區(qū)域電網(wǎng)的風險仍在最大限值（0.2）以內(nèi)，CDRD將調(diào)低

區(qū)域電網(wǎng)1內(nèi)機組1的出力以及聯(lián)絡線功率，同時提高區(qū)域電網(wǎng)2內(nèi)機組2的出力，其控

制效果是使得區(qū)域電網(wǎng)1的風險維持在風險限值，同時將一部分可接受風險轉(zhuǎn)移至風險值

較低的區(qū)域電網(wǎng)2。在高故障率場景時，CDRD為調(diào)控運行風險將施加更多的預防控制措施,

使得發(fā)電成本有所上升。

4.3測試結果來自三個互聯(lián)系統(tǒng)的rts96節(jié)點

4.3.1cdsd的算法收斂

由于CDED不能夠保證安全和運行風險限制，這里僅討論CDRD與CDSD調(diào)度方式的經(jīng)濟性

與風險性。由表5可知，CDSD和CDRD分別經(jīng)過16次和64次迭代而收斂，CDSD的計算時

間為40s,CDRD耗時212s。CDRD與CDSD都能夠保證安全性（預想事故后不出現(xiàn)STE越

限），但CDSD調(diào)度方式下系統(tǒng)總的運行風險值（5.83）為可容忍限值（1+1+1=3）的1.9

倍,而CDRD可將系統(tǒng)運行風險控制在可接受范圍內(nèi)，但其運行成本會有所提高。圖10比

較了2種調(diào)度方式下各區(qū)域電網(wǎng)的運行風險，在CDSD方式下區(qū)域電網(wǎng)1和2的運行風險

值均越過了風險警戒線，而CDRD則可將各區(qū)域電網(wǎng)運行風險都調(diào)控在風險警戒線以下。

4.3.2cdrd與crd的比較

表6顯示CDRD調(diào)度方案發(fā)電成本和運行風險的值非常接近但略高于CRD,發(fā)電成本的誤差

為（264775263878）：263878=0.3%,運行風險的誤差為（1.741.72）：1.72=1.75%。

CRD的計算時間少于CDRD：這是由于本文是在單臺計算機上串行執(zhí)行CDRD主子問題程序

的，若采用多機分布式計算將提高CDRD的執(zhí)行效率。需要指出的是，表6的目的不是說

明CRD更優(yōu)于CDRD,而是在RTS96系統(tǒng)上比較CDRD調(diào)度結果的精度。在實際中，對于具

有多個電力調(diào)度中心的大規(guī)模分層分區(qū)電力系統(tǒng)，采用集中式CRD并不具備可行性。

4.3.3區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度員風險態(tài)度

以0.5為風險增量，逐步提高各區(qū)域電網(wǎng)運行風險的最大容忍值，分析G聯(lián)系統(tǒng)整體發(fā)電

成木與區(qū)域電網(wǎng)可容忍風險約束之間的關系如表7所示。若各區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度員風險態(tài)度較

為保守，可將最大可容忍風險值設定在較低的水平，以降低事故后潮流過載程度。若適當

放寬風險容忍水平，則可提高整個互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。當各區(qū)域電網(wǎng)最大可容忍風險值設

定為3.5或以上時，CDRD模型中的風險約束不等式（18）失效，CDRD將退化為CDSD,并

獲得與CDSI）一致的發(fā)電成本。

5cdrd的基本原理

面向具有多級電力調(diào)度中心的多區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)，本文提出一種分散協(xié)調(diào)的風險調(diào)度CDRD

方法，介紹了其分散協(xié)調(diào)調(diào)度架構和區(qū)域分解機制，并給出了CDRD的優(yōu)化模型和算法。

得出CDRD具有以下優(yōu)勢：

1）相較傳統(tǒng)的分散式CDED與CDSD方法，CDRD既可保障安全性需求，又可將運行風險控

制在可容忍范圍以內(nèi)，實現(xiàn)了經(jīng)濟、安全與風險的協(xié)調(diào)；

2）在分散協(xié)調(diào)調(diào)度架構下，一方面，各下級調(diào)度中心可相互獨立運行，實現(xiàn)了運行風險

的自治調(diào)控;另一方面，上級調(diào)度中心可對聯(lián)絡功率進行協(xié)調(diào)優(yōu)化以保證整個互聯(lián)系統(tǒng)的

經(jīng)濟運行。相較集中式的風險調(diào)度，降低了計算規(guī)模和數(shù)據(jù)通信負擔。

應當指出，本文所提出分散協(xié)調(diào)風險調(diào)度的優(yōu)化模型和算法尚需進一步在實際大規(guī)模分層

分區(qū)系統(tǒng)（如國調(diào)/網(wǎng)調(diào)/省調(diào)）上開展工程測試和驗證，并結合我國電力調(diào)度體制的實際

情況對優(yōu)化模型作相應調(diào)整。除預想故障外，在模型中耦合其他不確定因素（如新能源和

負荷波動