基于实用动态安全域的电力系统安全成本优化.pdf

基于实用动态安全域的电力系统安全成本优化1 余贻鑫，赵义术，刘辉，曾沅 天津大学电气与自动化工程学院，天津（300072 ） E-mail：yixinyu@ 摘 要：基于实用动态安全域(PDSR)提出一种电力市场环境下的电力系统安全成本优化(最 优安全控制)模型及算法。该模型计及了暂态稳定性约束、事故发生概率及系统失稳损失。 独立系统运行员(ISO)依该模型能确定安全成本最低的系统安全水平，即确定系统安全性和 经济性的平衡点。安全成本由备用成本、再调度成本和期望失稳损失组成。而且所提算法计 算速度快、易于实现。另外，本文提出的模型及算法也可方便的应用于传统垂直统一管理模 式下的电力系统，只要分别用发电机备用成本曲线和边际成本曲线替换发电商向 ISO 呈报 的备用容量价格曲线和再调度功率价格曲线即可。最后以新英格兰10 机39 节点系统为例， 检验了所提模型的合理性及算法的可行性。 关键词：安全成本，电力市场，实用动态安全域，优化 1. 引 言 我国西电东送工程的迅速推进和三峡电站的投入运行，使得全国区域电网的互联大势所 趋。然而至今仍缺乏对这样复杂电力系统的运行经验。近二十几年内在世界上发生了几十次 由于稳定破坏而大停电的事故，一次事故的直接经济损失多达十几亿美元。为避免大停电事 故的发生，最经济有效的方法是电力系统的在线安全性监视、评估与控制。 安全性(security) 是指系统能够承受和挽救发电和输电停运形式的一组可能扰动(又称 做(可信的)预想事故集) 的能力。传统的电力系统安全性评估和控制是基于 Dy Liacco 构想 (1967)[1,2]的。依照该构想系统运行中安全性总是第一位的，只有在系统是安全的情况下才 考虑经济调度。如果当前系统的运行状态不能承受一个可信的预想事故，就必须采取发电机 再调度等预防性控制（又称安全性控制）措施使系统回到安全状态，即使经济上代价昂贵也 得这样做。它没有考虑每个预想事故所发生的概率，对预想事故集中的每一个事故（它们发 生的概率不同）做同等要求是不合理的，对全部负荷（不分重要程度）均要求事故后仍百分 之百地保证供电显然也是不合理的。同时，电力市场改革势在必行。厂网分开后，独立系统 运行员失去了对发电厂的所有权，从而安全性控制应该建立在成本/效益分析的基础之上， 寻求安全性和经济性的平衡。由于电力系统暂态稳定性的计算量非常之大，以至于以往的安 全控制成本/效益分析很难顾及电力系统的暂态稳定性(通常使用逐点法计及系统的暂态稳 定性，计算负担过于沉重) 。文[3]提出了一种基于危险性指标的系统安全性和经济性的折中 原则，然而这些危险性指标乃是针对若干个给定的离散运行点和预想事故而言的。对于给定 一个初始运行条件和一个的预想事故下的电力系统暂态稳定性控制，文献[4]和[5] 基于暂态 能量函数法，分别从不同的角度进行了研究。文献[4]提供了一种电力市场环境下依发电商 呈报的发电改变量报价的发电再调度方法，该法试图在维持系统暂态稳定的同时，使安全性 控制费用最小。文献[5]也提供了一种计及暂态稳定性约束的最优发电再调度的方法，但其 目标是使临界线路潮流尽可能的接近其极限值，使发电的改变量最小。事实上至今仍缺乏在 计及暂态稳定约束下寻求系统安全性与经济性之间平衡点的系统有效的优化方法。 新近关于实用动态安全域(Practical Dynamic Security Region, PDSR)的研究成果表明，有 功功率注入空间的PDSR 临界面可用超平面形式表达[6,7]，从而使与电力系统调度相关的各 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（批准号：20030056008）的资助。 - 1 - 种优化问题中暂态稳定性约束的计及变得十分简易。本文基于PDSR 提出一种电力市场环境 下考虑暂态稳定性约束、事故发生概率及系统失稳损失的安全成本优化(最优安全控制)模型