電力系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行的電壓安全成本研究.pdf

1、電壓安全成本(Voltage Security Cost)一詞源于加拿大的Rosehart等人對電壓穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流的研究。該研究將電壓穩(wěn)定指標(biāo)與傳統(tǒng)最優(yōu)潮流相結(jié)合，提出了幾種基于不同方法的電壓穩(wěn)定約束最優(yōu)潮流模型，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定與優(yōu)化運(yùn)行同時進(jìn)行研究的目的。但由于所提模型對權(quán)重系數(shù)的依賴性，該研究僅給出了不同權(quán)重系數(shù)取值下由不同方法獲得的系統(tǒng)綜合運(yùn)行成本，并沒有對優(yōu)化得到的系統(tǒng)電壓安全成本進(jìn)行深入分析與討論。電力市場化改革使系統(tǒng)

2、的安全穩(wěn)定運(yùn)行由系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐越?jīng)濟(jì)利益驅(qū)動各市場主體積極參與維護(hù)，因此，對安全成本的評估、為安全定價成為市場化進(jìn)程中一個非常重要的問題。電壓安全成本作為維持系統(tǒng)電壓安全、穩(wěn)定需要額外付出的經(jīng)濟(jì)代價，成為市場環(huán)境下成本分析與研究中的一個重要內(nèi)容。 本文針對已有電壓安全成本估計(jì)方法所存在的不足，對考慮電壓安全裕度指標(biāo)的優(yōu)化問題進(jìn)行了深入研究，提出三種優(yōu)化問題模型以估計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的電壓安全成本，并對各種優(yōu)化方法得到的系

3、統(tǒng)電壓安全成本進(jìn)行了詳細(xì)分析與討論。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)市場環(huán)境下各市場主體的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)特性，分析了電力市場下的電壓安全成本構(gòu)成問題。本文主要的研究成果如下： (1)在基于目標(biāo)規(guī)劃的多目標(biāo)最優(yōu)潮流模型基礎(chǔ)上，提出一種計(jì)及理想負(fù)荷裕度指標(biāo)的多目標(biāo)最優(yōu)潮流通用模型。所提模型將負(fù)荷裕度偏差的平方加入目標(biāo)函數(shù)，以盡量減少權(quán)重系數(shù)造成的結(jié)果不確定性，同時達(dá)到實(shí)際負(fù)荷裕度偏離理想負(fù)荷裕度越大、目標(biāo)函數(shù)中對該指標(biāo)的懲罰度越大的目的。該模型的提出不

4、僅簡化了優(yōu)化問題模型，而且使得系統(tǒng)偏離理想負(fù)荷裕度運(yùn)行時，對實(shí)際負(fù)荷裕度的偏移量具有二次懲罰作用，更加有利于最小化系統(tǒng)總發(fā)電成本并確保系統(tǒng)電壓安全裕度的目的。在此模型基礎(chǔ)上，提出一種確定電力系統(tǒng)最優(yōu)安全運(yùn)行點(diǎn)的新方法。該方法不僅能根據(jù)給定的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)參數(shù)確定當(dāng)前負(fù)荷條件下的系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略，而且能夠跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷增長過程，通過對所提模型的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果與單目標(biāo)最優(yōu)潮流優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果的縱向比較，確定系統(tǒng)的理想負(fù)荷運(yùn)行點(diǎn)，為系統(tǒng)運(yùn)行人員和

5、市場參與者提供重要的安全、經(jīng)濟(jì)信息。 (2)針對理想負(fù)荷裕度指標(biāo)的局限性和難以確定等問題，考慮系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷的隨機(jī)變化特性，提出一種新的電壓安全裕度指標(biāo)——理想負(fù)荷裕度范圍。該指標(biāo)既考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的電壓安全性，同時還顧及到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，而且指標(biāo)的確定簡單易行，且適用于所有的負(fù)荷變化情況?；谠撝笜?biāo)，利用模糊建模方法對多目標(biāo)規(guī)劃問題及可松弛約束的有效處理，提出了一種計(jì)及理想負(fù)荷裕度范圍的模糊多目標(biāo)最優(yōu)潮流模型以估計(jì)系統(tǒng)

6、的電壓安全成本。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。 (3)從實(shí)用化角度，提出了一種計(jì)及最小電壓安全裕度指標(biāo)的模糊最優(yōu)潮流模型。仿真結(jié)果表明：該優(yōu)化方法得到的系統(tǒng)電壓安全成本與計(jì)及理想負(fù)荷裕度范圍的模糊優(yōu)化方法得到的系統(tǒng)電壓安全成本，既存在一致性又有一定區(qū)別。一致性表明了兩種優(yōu)化方法的正確性和合理性。區(qū)別在于當(dāng)前負(fù)荷水平較低的情況下，系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的實(shí)際負(fù)荷裕度大于最小電壓安全裕度或理想負(fù)荷裕度下限時，兩種優(yōu)化方法獲得的系統(tǒng)電壓

7、安全成本明顯不同，計(jì)及最小電壓安全裕度指標(biāo)的模糊優(yōu)化方法獲得的系統(tǒng)電壓安全成本幾乎為0，符合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中對經(jīng)濟(jì)性與安全性的共同需求，而計(jì)及理想負(fù)荷裕度范圍的模糊優(yōu)化方法獲得的系統(tǒng)電壓安全成本比較大，即以該方法獲得的系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略背離系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)性要求。因此，鑒于電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需要，計(jì)及最小電壓安全裕度指標(biāo)的模糊優(yōu)化方法更加適用于電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的電壓安全成本估計(jì)。 (4)將電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的電壓安全成本研究拓展到

8、市場環(huán)境下的電壓安全成本構(gòu)成分析。根據(jù)電力市場下各市場主體之間的供求關(guān)系與相互之間的物理聯(lián)系緊密性，結(jié)合優(yōu)化仿真結(jié)果分析，探討了各市場主體為維持和提高系統(tǒng)電壓安全水平需要付出的代價，并給出了各市場主體參與維持系統(tǒng)電壓安全而應(yīng)該獲得回報(bào)的計(jì)算模型。致力于激勵市場參與者積極協(xié)作并能實(shí)現(xiàn)市場充分競爭、各市場主體利益均衡的目標(biāo)，提出了幾條建設(shè)性的意見，以經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動各市場主體自愿提高系統(tǒng)的電壓安全水平，并在互利的基礎(chǔ)上相互協(xié)作，尋求最優(yōu)的運(yùn)營策

9、略，從而引導(dǎo)市場的健康、持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。 電壓安全成本研究是電力市場環(huán)境下成本研究與定價的重要內(nèi)容之一。系統(tǒng)的無功電壓支持由傳統(tǒng)垂直統(tǒng)一管理模式下的綜合發(fā)展轉(zhuǎn)向各市場主體以經(jīng)濟(jì)利益為出發(fā)點(diǎn)的協(xié)調(diào)發(fā)展，亟需對維持系統(tǒng)的電壓安全穩(wěn)定進(jìn)行正確的成本估計(jì)與定價，從而能在保證各市場參與者經(jīng)濟(jì)利益的前提下，提高系統(tǒng)的電壓安全水平。本文的工作為結(jié)合電壓穩(wěn)定指標(biāo)的最優(yōu)潮流開辟了新的應(yīng)用方向；為電力市場下的電壓安全成本分析與相關(guān)理論