精编-电力系统规划与辅助决策软件GOPT简介

• 建立火电机组检修计划优化模型， 优化目标为系统全年各日系统备 用率尽可能平均，约束条件包括 各机组检修时间约束、检修班组 约束等、多区域备用率均衡约束 等。
• 检修计划的结果确定了日运行模 拟中机组的状态。
考虑跨流域梯级水电的时序运行模拟
梯
级重 调复 度利
用 水 能
跨
流 域
增
跨区域之间，相互协调
•按三段式出力的水电中长期模拟
• 考虑水电三段式出力（平均出力、预想出力 以及保证出力）。
• 根据水库调节能力，根据日负荷跨日优化水 电电量。
• 优化得到的水电电量将作为日运行模拟边界 条件
•抽水蓄能机组
• 运行方式： • 优先做备用 • 优先抽水发电 • 模型优化出力
• 调峰方式： • 拿出一部分库容进行周优化 • 基于周优化结果进行日优化
➢ 火电机组启停约束 ➢ 火电机组爬坡约束 ➢ 最小开机时间、关机时间约束
•各类机组的处理方式
•容量小于等于200MW机 组日内可启停，运行约 束包括连续开机停机时 间、跟踪负荷能力、最
小出力下限等
根据燃机实际运行情况按 月确定燃机最小发电量，
燃机日内可启停调峰
•火电
•燃机
•核电
除检修时段外按额定容量 运行
将新能源模拟出力作为新 能源的最大出力，当系统 因为调峰、水电等因素无 法接纳新能源时，考虑切
除部分新能源
•新能源
•水电
•抽水蓄能
考虑50%库容进行周调节， 日运行优化中考虑抽水蓄能 电量平衡、抽水负荷约束、
抽水蓄能转换效率等
按月给出水电预想处理、 平均出力与强迫出力，根 据月内各日负荷情况安排 水电机组各日电量，在日 优化模型中考虑电量约束，
[1]T
D0

ru [1]T
D00≤[1]T
Pc max Ic
[1]T
Pf
max I
0 f
[1]T
Pw0max
[1]T
Dd0
(UC0 5)
[1]T
Pc min Ic
[1]T
Pf
min
I
0 f
[1]T
Dd0≤[1]T
D0

rd [1]T
D00
(UC0 6)
-Fmax WD0≤WAngc Pc0 WAngf Pf0 WAngwPw0 WDd0≤Fmax WD0 (UC0 7)
•负荷1风1 •低谷时刻
•负荷1风2 •高峰时刻
•负荷1风2 •低谷时刻
系统运行约束
➢为切负荷添加成本：
COPE = (1+i) y (CGyEN +CSyTA +CCyUT ) yY
➢：典型日系统正负备用约束：



nN

kOW
(
(U
y , s ,d A,n,k
[1]T Pc0 [1]T Pf0 [1]T Pw0 [1]T Dd0 [1]T D0
(UC0 1)
Pcmin Ic≤Pc0≤Pc max Ic
(UC0 2)
Pf
min
I
0 f
≤Pf0≤Pf
max
I
0 f
(UC0 3)
Pw0 Pw0d Pw0max
(UC0 4)
• 机组运行约束： • 考虑抽蓄转换效率的日内电量 约束 • 抽水发电的状态互斥约束 • 抽水时出力不可调整
周抽水发电平衡
日发电量- 效率*日抽水电量=K
•日运行模拟模型
• 边界条件
根据装机进度表、机组检修计划确定 该日可运行机组
– 日负荷曲线 – 电源参数（机组出力上下限，最小开停机时间
，机组检修状态，新能源模拟出力，水电机组 日电量）
•含风电电源 •规划模型
•电量平衡约束 •线路潮流约束 •调频爬坡约束
•目标 函数
•投资 决策
•年可用容量
变量
•负荷1风1 高峰时刻
•负荷1风1 •低谷时刻
•负荷1风2 •高峰时刻
•负荷1风2 •低谷时刻
•年度运行模拟约束 •（各年形式相同）
•典型系统近期规划： 百余离散变量 万余连续变量
•负荷1风1 高峰时刻
电力规划决策支持系统GOPT平台
• 功能设计
➢ 规划决策与评估
• 电力负荷预测 • 电源规划 • 电网规划 • 电力系统运行模拟 • 电力系统风险评估
➢ 专题分析 • 风电专题分析 • 光伏发电专题分析 • 低碳专题分析
决策与评估
专题规划
软件界面及计算结果示例
电力系统运行仿真模块
电力系统时序运行模拟的概念
模拟
典型运行 方式分析
间歇性能源时序运行模拟
• 模拟结果：单个风电场
– 模拟出的风电出力的出力特性与已知的实际数据基本吻合
•模拟数据
•实际数据
•机组检修计划安排
• 首先根据新能源模拟出力以及联 络线计划修正负荷曲线。
• 根据水电预想出力、强迫出力以 及平均出力的信息安排水电发电 计划，修正负荷曲线。
– 电网参数（网络拓扑，线路/断面潮流极限）
安排外来协议送
电、核电及其固定 或指定出力机组
修正 后的
安排随机生成的新
多区
可再生能源出力
域负 荷曲
机
安排抽水蓄能及其
线
组
常规水电
优
• 目标函数
确定人工指定状态机组
化
运
– 系统运行成本最优，三公调度、节能发电调度 原始负荷曲线
每个时段系
行
、购电成本最优等多种调度目标
kU'ny,,ks,d ,t
U y,s,d ,t k n,k

FSy,n
nN kO
nN kW
➢分区动态爬坡约束： Rn,k T U'ny,,ks,d ,t U'ny,,ks,d ,t 1 Rn,k T
3/12/2020 Page 33
含大规模风电的多区域电源规划 模型研究与实证分析
+U'Ay,,sn,,dk
J
kU
y,s,d A,n,k

)
(1+RUy )(DMy,As,Xd
D y,s,d ,t C,n
nN
WU
y,s,d A,n,k
)
(1

RDy
)(DMy,IsN,d

)
DCy
, s ,d ,n
,t
)
nN kOW
kW
nN
➢分区独立调频、负荷跟踪约束：
-Frsmax AslWD0≤AslWAngc Pc0 AslWAngf Pf0 AslWAngwPw0 AslWDd0
≤Fsmax AslWD0
(UC0 8)
2020/3/12
•第2小时约 束
•第N小时约 束
•多时段协调约束
• 大规模混合整数规划（MILP）模型
•直流线路建模
• 机组发电成本/系统煤耗/系统排放最低 • 火电机组启停成本 • 排放惩罚 • 切负荷成本+新能源切除成本+火电出力平滑限值项
约束条件
➢ 各类机组出力上下限 ➢ 系统正负备用约束 ➢ 交流线路潮流与断面潮流约束 ➢ 直流线路潮流约束 ➢ 抽蓄机组抽水发电平衡约束 ➢ 水电电量约束 ➢ 负荷平衡约束
正负备用率
统需要正负 备用
• 约束条件
分时报价或成本、启停费用
– 系统约束（备用约束、负荷平衡约束）
机组、网络等安全约束
– 电源参数约束（运行特性、出力上下限）
运行模式及其其他参数
– 线路潮流约束
•关键：大规模/随机性/混合整数规划：高效的求解技术
•日运行模拟模型
机组组合 经济调度
模型
目标函数：
• 根据负荷曲线协调不 同日的用水量
Text Text
• 水库库容与水头 • 水库季节来水量与
蒸发量 • 水电转换函数 • 上下游用水耦合 • 每日用水量约束
跨流域梯级水电中短期运行模拟
• 系统整体调度运行成 本最低
Text Text
• 水库每日水量约束 • 水库库容与水头 • 水电转换函数 • 上下游水库流达时间 • 水电机组出力约束
正
常
天 气
ad
w
F Pad
灾害天气故障 百分比
•设备因外部
环境而失效的 平均失效率：
w
灾
害
天
气
no

w
1 F 1 Pad
灾害天气出现 概率
考虑线路外部环境的建模
28
电力系统中短期系统状态 失效评估模型
• 目标函数：
– 所有节点切负荷成本最小
• 约束条件：
– 节点负荷平衡方程 – 潮流方程 – 最大切负荷约束 – 机组最大最小出力约束 – 线路潮流约束 – 断面约束
输电网规划优化决策模块
•考虑网损与线路建设约束的电网规划---模型介绍
•电网规划 模型
目标函数：
Y
Y Sy
min E
(CyLine )T U y
(C Gen i,s, y
)T
Pi,s, y
y 1
i{h,n,c} y1 s1
Y Sy
Y
Y Sy

协 调
加 水
电
发
电
量
同一水系，优化调度
考虑跨流域梯级水电的时序运行模拟
✓ 规划期内各流域来水量（确定性） ✓ 水库库容始末约束
中长期运行模拟
✓ 梯级水电时空约束 ✓ 每日水库库容边界
短期运行模拟
✓ 水火联合运行模拟 ✓ 考虑网络、备用约束
跨流域梯级水电中长期运行模拟
• 减少弃水 • 提高水电发电效率
4000
3000
2000
1000 0 500 1000 1500 2000 2500
地区1
•Copula函数
24
电网不确定因素建模
设备老化故障
状态相依的偶 然故障
•设备因自身老化引发 的失效
T t
f (t)dt
Pf
T
T f (t)dt
•设备因自身状况而产 生的无法预知的失效
•正常运行 •轻微异常运行 •严重异常运行
考虑水电弃水电量惩罚
•优化模型
Csys

tT

Cc (Pct ) C Cw (Pwt )
f (Pf t ) CwT Pwtd
Ch (Pht VdT
) Ddt




[1]C
T f
•第1小时 成本
•第2小时 成本 •全时段成本
•第1小时约 束
•第N小时 成本
模型中将直流线路等效为在线路整流侧节点与逆 变侧节点增加符号相反的一对负荷。同时直流线 路的潮流纳入整流测以及逆变侧的节点注入功率 平衡中。同时，引入直流线路潮流与设定潮流之 间偏差的惩罚。
•系统网损修正
模型中引入系统网损修正的环节，初始运行形态 设置为边界网损因子均为零，即不考虑网损修正 下的运行模拟优化调度方案；根据优化所得调度 方案计算各机组边界网损因子，修正目标函数， 运行模拟得修正后的调度方案；如此往复，当最 后两次调度方案计算的边界网损因子之差在设定 的误差范围内时停止修正。此时最后一次优化所 得调度方案即为考虑网损的运行模拟结果。
• 根据电力规划方案，对未来电力系统的发输电调 度方案进行长时间的时序模拟，进而得到电力规 划方案下未来电力系统运行的形态，实现从电力 系统运行的角度对电力规划方案进行全方位的评 价的目的。
• 电力系统时序运行模拟的过程：
–生成目标水平年全年时序负荷曲线； –检修计划模拟； –中长期运行方式安排； –逐日发电调度方案模拟； –运行模拟结果进行统计与评价；
电力系统风险评估模块
负荷不确定因素建模
•利用Copula理论建立多个地区的负荷概率分布模型
•联合概率分布
L1,L2 ,...,Ln : N (, ,) : C(1,1 (x),2 ,2 (x),...,n ,n (x))
•负荷边缘分布（一维概率分布）
地区2
6000
5000
电力系统时序运行模拟的流程
电力系统时序运行模拟示例
电力系统时序运行模拟的概念
可靠性VS经济性
• 时序运行模拟更偏重 系统正常状态下的运行
•时序运行模拟能够考 虑系统的调度运行方式
常态 VS 极端情况
• 时序运行模拟更偏重 对系统长时间维度运行 的累积效果的统计
电力系统 随机生产
模拟
电力系统 时序运行
EENS

(Tst

Ted
)
ˆ
EENS
S
ECLL

(Tst

Ted
)
ˆ
ECLL
S
EENS ECLL
指标计算误差随采样次数的 增加而降低，通过与预先设 定的计算精度相比较可确定 采样是否终止。
30
电源规划优化决策模块
•考虑运行多场景组合的电源规划模型
•分块矩阵+计算单元 •目标函数运行状态变量
29
电力系统中短期系统状态 采样收敛判定方法
• 利用中心极限定理判断系统状态采样收敛性
P

XN

E(X
)


N


2
2
et2 /2dt 1 Байду номын сангаас

• 在选定显著性水平 的基础上，各指标计算误差可
由下式估计：
LOLP

ˆ LOLP S
LOLP
Ph 1 eit , i 0,1, 2
外部环境相依 的偶然故障
•设备受雷电、冰灾、 污闪等自然因素影响 下的无法预知的失效
Pw 1 ejt j 0,1, 2,3
P 1 (1 Pf )(1 Ph )(1 Pw )
电网不确定因素建模
• 对暴露在恶劣的甚至是灾变性环境中的设备，虽 然这种自然条件不常出现且持续时间可能较短， 但在这期间，设备的故障率却显著增加。