考慮發電機故障與支路潮流約束的旋轉備用優化

秦鵬 寧大磊 范相冉

摘 要：旋轉備用是一種可用于應對系統負荷突然增加或發電機組故障而引起失負荷的重要資源。該文在分析和總結各種旋轉備用的決策方法后，采用成本/效益分析的方法建立了一種同時考慮發電機故障和支路潮流約束的旋轉備用優化模型，并采用IEEE-RTS測試系統驗證了旋轉備用優化模型的有效性，使旋轉備用優化問題的研究更加貼近實際。

關鍵詞：旋轉備用;成本/效益分析;直流潮流法;潮流約束

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0164-02

1 旋轉備用配置的主要方法

確定性方法是將機組停運或負荷波動造成的供需不平衡按照某一設定準則量化為旋轉備用容量，側重點可以是機組故障停運的不確定性、負荷波動的不確定性或兩者兼顧。常用的準則有N-1規則，負荷百分比規則，或前兩者相結合的規則。該方法具備簡單、易實現的優勢，被廣泛運用到電力系統運行中，保障系統的可靠性和安全性，但是該方法也存在一定的弊端，例如：系統風險不穩定，缺少對元件故障的隨機性和系統實際運行狀況的掌握，影響調度結果。

概率性方法是以概率分析為基礎的備用配置方法[3]，包括兩種：一種是將可靠性指標必須滿足給定的范圍加入優化模型，形成帶可靠性指標約束的備用優化模型;另一種是基于成本效益分析的備用優化模型。該方法保證了系統的可靠性和經濟效益最大化。

本文采用成本/效益分析的方法進行旋轉備用決策，不僅實現了系統自動匹配備用和系統安全運行，通過控制成本和用戶通電損失，也兼顧了經濟效益。

2 考慮發電機故障的旋轉備用優化

2.1 目標函數

文獻[4]中，在計及用戶停電損失的旋轉備用優化模型中，目標函數為系統的運行成本、備用成本以及用戶的停電損失期望之和最小，表示如下：

2.2 約束條件

上述目標函數需滿足以下約束：

4 算例分析

為檢驗該多步求解法的正確性與有效性，本文對IEEE-RTS系統進行了測試計算。該系統由26臺發電機組和38條線路。機組組合數據和輸出功率速率率限制由文獻[7]獲得，發電機組的啟動成本和可靠性數據由文獻[8]獲得，發電機組和負荷數據由文獻[9，10]獲得，線路參數由文獻[10]獲得。VOLL為1000$/MWh，收斂標準為0.5%，混合整數規劃的允許誤差為0.01%。

對EENS多步計算，進而對旋轉備用結果進行優化，考慮發電機故障的旋轉備用優化模型與加入支路潮流約束后的旋轉備用優化模型計算結果分別如表1和表2所示。

由表1和表2可知，第二步計算結束后，系統的備用容量即被大體確定，第三步計算結束后收斂標準滿足，優化程序停止運行，最終得到最優的旋轉備用容量。與表1相比，同時考慮發電機故障與支路潮流約束時，系統所需的旋轉備用容量要大于僅考慮發電機故障時的旋轉備用容量。當考慮支路潮流約束時，相同的發電機故障引起的缺供電量損失大于不考慮潮流約束時所造成的損失。根據優化模型，此時需要提高旋轉備用容量以降低用戶期望缺供電量損失，進而降低系統運行的總成本。進一步證明了同時考慮發電機故障與支路潮流約束的旋轉備用優化模型的有效性。

5 總結檢驗了備用模型的效用

該文通過對系統的測驗分析計算，不僅優化升級了設備備用問題，檢驗了備用模型的效用，而且優化后的情況更符合實際。基于對成本和效益的控制節約，優化后的備用模型同時兼顧了發電機故障和支路潮流約束這兩方面，建立了以運行成本和備用不足造成的用戶停電損失為機組組合目標函數的方法，并且使二者在目標函數中的相互牽制，自動實現系統的旋轉備用配置。

參考文獻

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