分層分區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度

分層分區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度

0基于目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析的分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度cdrd

分層互聯(lián)運(yùn)營是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)。對(duì)于如此復(fù)雜的大規(guī)模系統(tǒng)，難以采用唯一的

電力調(diào)度中心進(jìn)行集中式優(yōu)化調(diào)度與控制

風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度（risk-baseddispatch,RD）是對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和安全約束調(diào)度的進(jìn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍內(nèi)

木文的主要貢獻(xiàn)是:面向具有多級(jí)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(biāo)級(jí)聯(lián)分析的分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度（coordinateddecentralizedrisk-baseddispatch,

CDRD）方法。各下級(jí)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(jī)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)各區(qū)域電

網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的分散自治調(diào)控;通過上級(jí)聯(lián)合調(diào)度中心對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化可保證整

個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1基本總結(jié)

1.1運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)式

在電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估I',針對(duì)預(yù)想事故后系統(tǒng)在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)下不同側(cè)面的安全水平，

可以定義多種類的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

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(jī)組運(yùn)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(yùn)行信息，并可通過

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等軟件模塊評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)水平。本文探討的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度為計(jì)及預(yù)想故障的預(yù)

防型風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度，可根據(jù)文獻(xiàn)［6-7,9］建立集中式預(yù)防型風(fēng)險(xiǎn)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(gè)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(yù)想故障狀態(tài)下的安全約束（預(yù)防調(diào)度發(fā)電機(jī)使得故障后潮流不越過線路緊急限

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

內(nèi)。

相較傳統(tǒng)SCD,CRD的顯著優(yōu)勢(shì)是：1）由于計(jì)及了事故發(fā)生概率，CRD可動(dòng)態(tài)跟蹤事故風(fēng)險(xiǎn)

并對(duì)機(jī)組有功出力做出調(diào)整

CRD模型是耦合預(yù)想故障集和復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)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(gè)規(guī)模較小的子問題后進(jìn)行迭代優(yōu)化。

2區(qū)域分解機(jī)制密合式處理單元上下級(jí)的協(xié)調(diào)合作

本文所提出的分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度方法面向的對(duì)象是具有多級(jí)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(fēng)險(xiǎn)調(diào)度的架構(gòu)，在該調(diào)度架構(gòu)下，各下級(jí)電力調(diào)度中心僅負(fù)

責(zé)調(diào)控區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備：由上級(jí)聯(lián)合調(diào)度中心來負(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)多區(qū)互聯(lián)系統(tǒng)的全局經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，卜級(jí)和上

級(jí)調(diào)度中心之間必需建立雙向通訊網(wǎng)絡(luò)，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(gòu)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(duì)其所管轄區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的所有發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)度，并負(fù)責(zé)調(diào)控該區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)

險(xiǎn)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(yīng)當(dāng)相互合作安排調(diào)度計(jì)劃以保證

整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，可以通過上級(jí)聯(lián)合電力調(diào)度中心來完成協(xié)調(diào)工作。

實(shí)現(xiàn)分散協(xié)調(diào)優(yōu)化的關(guān)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(jī)制，將聯(lián)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)備的優(yōu)化模型和算法

3.1目標(biāo)級(jí)聯(lián)分析

目標(biāo)級(jí)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(gè)區(qū)域電網(wǎng)在求解其自身調(diào)度方案時(shí)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(duì)第L2節(jié)所介紹的集中式風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度模型做適當(dāng)調(diào)整,

更改后的下級(jí)調(diào)度中心s對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)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(jié)構(gòu)，可采用Benders分解算法

當(dāng)下級(jí)調(diào)度中心s求得調(diào)度方案時(shí)，需上傳其求解得到的聯(lián)絡(luò)線有功值P

3.3聯(lián)絡(luò)線功率相關(guān)問題

上級(jí)電力調(diào)度中心為整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的協(xié)調(diào)者，負(fù)責(zé)對(duì)各下級(jí)電力調(diào)度中心所求得

聯(lián)絡(luò)線功率的偏差進(jìn)行最小化優(yōu)化。當(dāng)上級(jí)電力調(diào)度中心接收到所有下級(jí)電力調(diào)度中心上

傳的聯(lián)絡(luò)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(luò)線功率絕對(duì)值應(yīng)當(dāng)相等。

算法2:該問題是一個(gè)僅含等式約束的二次規(guī)劃問題，可采用Lagrange方法求解。構(gòu)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(jí)調(diào)度中心乘子更新公式

分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度算法的收斂條件為

式(23)檢查在t次迭代中，上級(jí)調(diào)度中心下發(fā)的聯(lián)絡(luò)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(jí)調(diào)度中心應(yīng)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(jí)調(diào)度中心進(jìn)行下

一次迭代計(jì)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(jí)電力調(diào)度中心優(yōu)化問題的步驟

上下級(jí)電力調(diào)度中心的優(yōu)化問題必須交替迭代計(jì)算，通過協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)線潮流，以達(dá)到調(diào)控各

區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)且獲取系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行成本的目的?；贏TC的分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)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(gè)下級(jí)電力調(diào)度中心設(shè)定其管轄電網(wǎng)的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值K

步驟2:各下級(jí)電力調(diào)度中心調(diào)用算法1求解區(qū)域電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度子問題，得到滿足R

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

主問題，對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率偏差進(jìn)行最小化優(yōu)化。

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

求得結(jié)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)感知和調(diào)控能力的誡度方式。由于CDSD模型中沒有計(jì)

及預(yù)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的變化，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整各區(qū)域電網(wǎng)機(jī)組的出力方案。在6種故

障概率場(chǎng)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(dāng)故隙概率增加時(shí)（如設(shè)備老化、自然災(zāi)害等原因引起），系統(tǒng)總的過

載風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加，為了維持各區(qū)域電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)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(jī)組1的出力以及聯(lián)絡(luò)線功率，同時(shí)提高區(qū)域電網(wǎng)2內(nèi)機(jī)組2的出力，其控

制效果是使得區(qū)域電網(wǎng)1的風(fēng)險(xiǎn)維持在風(fēng)險(xiǎn)限值，同時(shí)將一部分可接受風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移至風(fēng)險(xiǎn)值

較低的區(qū)域電網(wǎng)2。在高故障率場(chǎng)景時(shí)，CDRD為調(diào)控運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)將施加更多的預(yù)防控制措施,

使得發(fā)電成本有所上升。

4.3測(cè)試結(jié)果來自三個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的rts96節(jié)點(diǎn)

4.3.1cdsd的算法收斂

由于CDED不能夠保證安全和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)限制，這里僅討論CDRD與CDSD調(diào)度方式的經(jīng)濟(jì)性

與風(fēng)險(xiǎn)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(jì)算時(shí)

間為40s,CDRD耗時(shí)212s。CDRD與CDSD都能夠保證安全性（預(yù)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍內(nèi)，但其運(yùn)行成本會(huì)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在CDSD方式下區(qū)域電網(wǎng)1和2的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

值均越過了風(fēng)險(xiǎn)警戒線，而CDRD則可將各區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)都調(diào)控在風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的誤差為（1.741.72）：1.72=1.75%。

CRD的計(jì)算時(shí)間少于CDRD：這是由于本文是在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上串行執(zhí)行CDRD主子問題程序

的，若采用多機(jī)分布式計(jì)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(jié)果的精度。在實(shí)際中，對(duì)于具

有多個(gè)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(fēng)險(xiǎn)態(tài)度

以0.5為風(fēng)險(xiǎn)增量，逐步提高各區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)約束之間的關(guān)系如表7所示。若各區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度員風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度較

為保守，可將最大可容忍風(fēng)險(xiǎn)值設(shè)定在較低的水平，以降低事故后潮流過載程度。若適當(dāng)

放寬風(fēng)險(xiǎn)容忍水平，則可提高整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)各區(qū)域電網(wǎng)最大可容忍風(fēng)險(xiǎn)值設(shè)

定為3.5或以上時(shí)，CDRD模型中的風(fēng)險(xiǎn)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(jí)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(fēng)險(xiǎn)調(diào)度CDRD

方法，介紹了其分散協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)和區(qū)域分解機(jī)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(shì)：

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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控

制在可容忍范圍以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、安全與風(fēng)險(xiǎn)的協(xié)調(diào)；

2）在分散協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)下，一方面，各下級(jí)調(diào)度中心可相互獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

的自治調(diào)控;另一方面，上級(jí)調(diào)度中心可對(duì)聯(lián)絡(luò)功率進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化以保證整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。相較集中式的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度，降低了計(jì)算規(guī)模和數(shù)據(jù)通信負(fù)擔(dān)。

應(yīng)當(dāng)指出，本文所提出分散協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度的優(yōu)化模型和算法尚需進(jìn)一步在實(shí)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(cè)試和驗(yàn)證，并結(jié)合我國電力調(diào)度體制的實(shí)際

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

負(fù)荷波動(dòng)