含风电-光伏-光热电站电力系统N-k安全优化调度模型

news2024/11/16 20:35:24

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主要内容

该程序参考《光热电站促进风电消纳的电力系统优化调度》光热电站模型,主要做的是考虑N-k安全约束的含义风电-光伏-光热电站的电力系统优化调度模型,从而体现光热电站在调度灵活性以及经济性方面的优势。同时代码还考虑了光热电站对风光消纳的作用,对比了含义光热电站和不含光热电站下的弃风弃光问题,同时还对比了考虑N-k约束下的调度策略区别。以14节点和118节点算例为例,对模型进行了系统性的测试,复现效果良好,是学习N-k约束以及光热电站调度的必备程序!程序采用matlab+cplex(mosek/gurobi)进行求解,可以选择已经安装的求解器进行求解。

  • 程序算例

程序对于118节点系统采用了四个算例进行对比,14节点系统有3种算例对比,并增加了弃风量的对比程序。

  • 程序模型

  • 程序亮点
  1. 采用光热电站模型,也是最近研究比较热的一个方向。
  2. 采用转移分布因子矩阵处理潮流问题,这也是很多文献中都采用的方法。​

部分程序

clc; clear; close all; % 关闭所有已打开的绘图窗口
%% 参数设定
NT = 24; % 时间范围
CoeffReseve_load = 0.03; 
CoeffReserve_VRE = 0.05; 
yita_TES = 0.98;  
yita_PB = 0.415;  
% 文章里Table 2的数据
Capacity_TES_CSP = 0; 
initial_TES_t0 = 0.5;  
initial_TES_t1 = 0.78;
TES_initial = 0.5;         
beta_Load = 3*10e3;  
    mpc = case14_1; % 载入数据 matpower 数据格式
%% 有功负荷 24h所有节点总的
%    mpc.load = [
%        2842.42  3020.2  3296.96  3444.44  3607.07  3891.91  4070.7  4295.95  4476.76  4661.61  4859.59  5077.77  ...
%        4717.17  4519.19  4301.01  3995.95  3703.03  3806.06  4037.37  4063.63  3721.21  3245.45  3097.97  2827.27
%    ]/6.3; 
​
   mpc.load = [
       683.42  792.2  896.96  1044.44  1087.07  1121.91  1200.7  1235.95  1326.76  1461.61  1489.59  1577.77  ...
       1417.17  1219.19  1101.01  1075.95  903.03  1186.06  1237.37  1463.63  1221.21  1005.45  827.97  807.27
    ]/2; 
​
​
    mpc.P_RE = [0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   15.76   43.17   82.35   109.44   122.55   146.10   ...% PV
                126.66   86.05   60.05   52.82   25.78   4.28   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00  
                100.26   133.95   147.28   134.11   170.52   159.44   138.55   72.83   58.83   73.37   79.90   80.54 ...  % Wind
                91.96   101.68   121.49   122.93   133.11   162.44   130.95   133.25   151.26   139.33   120.60   90.33
                ]*1; % 可再生能源 24小时数据(实际发电量)
%% 电网相关名称
    baseMVA = mpc.baseMVA;
    bus = mpc.bus;
    gen = mpc.gen;
    branch = mpc.branch;
    gencost = mpc.gencost;
    RE = mpc.RE;
    CSP = mpc.CSP;
    P_RE = mpc.P_RE;
​
N = length(bus(:,1));      % 网络中所有节点数
N_Br = length(branch(:,1));% 线路数
N_Gen = length(gen(:,1));  % 火电发电机组数
N_RE = length(RE(:,1));    % 可再生能源节点机组数
N_CSP = length(CSP(:,1));  % CSP发电站数
​
% 常规机组相关数据提取, 取数据矩阵中的列向量 和功率有功的项,均需标幺值化,以便运算和求解
P_Gen_max = gen(:,9)/baseMVA; 
P_Gen_min = gen(:,10)/baseMVA; 
type_Gen = gen(:,22); 
P_Gen_up = gen(:,23) /baseMVA;  
P_Gen_down = gen(:,24) /baseMVA;
T_Gen_min_on = gen(:,25); 
T_Gen_min_off = gen(:,26); 
c_ST_g = gen(:,28);
c_G_g = gen(:,30); 
​
% CSP机组相关数据提取
P_CSP_max = CSP(:,9)/baseMVA; 
P_CSP_min = CSP(:,10)/baseMVA; 
P_CSP_up = CSP(:,23)/baseMVA;   
P_CSP_down = CSP(:,24)/baseMVA; 
T_CSP_min_on = CSP(:,25); 
T_CSP_min_off = CSP(:,26);
c_CSP_g = CSP(:,30);       
​
PtCSP_fore = [ % 可用的太阳能热功率向量 
    0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   190.57   390.57   790.57 990.57   1390.57   1891.03 ...
    2111.64   2200.92   2202.36   2118.26   1895.37   1408.35   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00   0.00 ]/20;
PtCSP_fore = PtCSP_fore/baseMVA; 
P_RE = P_RE/baseMVA; % 可再生能源PV WT机组出力
​
beta_Load = beta_Load*baseMVA^2; % $/MWh -> $/p.u.
​
M_bus_G = zeros(N,N_Gen); % 发电机机组-索引矩阵
for row = 1:N
    if abs(find(mpc.gen(:,1) == row)) > 0  % 发电机节点号 与 行号对应
        M_bus_G(row,find(mpc.gen(:,1) == row)) = 1; % M_bus_G相应处置1
    end
end
​
M_bus_RE = zeros(N,N_RE); % 可再生能源机组-索引矩阵
for row = 1:N
    if abs(find(mpc.RE(:,1) == row))>0
        M_bus_RE(row,find(mpc.RE(:,1) == row)) = 1;
    end
end
​
M_bus_CSP = zeros(N,N_CSP); % CSP机组-索引矩阵
for row = 1:N
    if abs(find(mpc.CSP(:,1) == row))>0
        M_bus_CSP(row,find(mpc.CSP(:,1) == row)) = 1;
    end
end
GSDF = makePTDF(mpc); % 发电转移分布因子矩阵,表征节点注入功率在全网络的分布
​
%% 负荷矩阵数据,按照 算例数据mpc.bus(:,3) 中各节点负荷的比例分配
    PD = bus(:,3)/baseMVA; 
    P_factor = PD/sum(PD);
    P_sum = mpc.load/baseMVA; 
    PD = P_factor*P_sum;      
​
%% 决策变量命名
    PG_G = sdpvar(N_Gen,NT,'full');  
    PG_RE = sdpvar(N_RE,NT,'full');   % (风光并网量)
    PG_CSP = sdpvar(N_CSP,NT,'full'); 
    PC_Load = sdpvar(N,NT,'full');   
    
    onoff_gen = binvar(N_Gen,NT,'full');
    onoff_CSP = binvar(N_CSP,NT,'full'); 
    
    Branch = sdpvar(N_Br,NT,'full');   
    Cost_StartUp  = sdpvar(N_Gen,NT-1,'full');
    
    Pt_TES_charge = sdpvar(N_CSP,NT,'full');  
    Pt_TES_discharge= sdpvar(N_CSP,NT,'full');
    Et_TES = sdpvar(N_CSP,NT,'full');         
    
%% 约束条件列写   
    Cons = [];
    for t = 1:NT
        if t >= 2 % type(1-水电, 2-火电机组)
            for i = 1:N_Gen % 火电机组-最小启/停时间约束 式(8-9)
                if (type_Gen(i,1)==2) || (type_Gen(i,1)==5) 
                    for tao = t + 1:min(t+T_Gen_min_on(i,1)-1,NT)   
                        Cons = [Cons, onoff_gen(i,t)-onoff_gen(i,t-1) <= onoff_gen(i,tao)];
                    end
                    for tao = t + 1:min(t+T_Gen_min_off(i,1)-1,NT) 
                        Cons = [Cons, onoff_gen(i,t-1)-onoff_gen(i,t) <= 1-onoff_gen(i,tao)];
                    end
                end
            end
            for i = 1:N_CSP  
                for tao = t+1:min(t+T_CSP_min_on(i,1)-1,NT)
                    Cons = [Cons, onoff_CSP(i,t)-onoff_CSP(i,t-1) <= onoff_CSP(i,tao)]; % CSP机组最小启/停时间约束
                end
                for tao = t+1:min(t+T_CSP_min_off(i,1)-1,NT)
                    Cons = [Cons, onoff_CSP(i,t-1)-onoff_CSP(i,t) <= 1-onoff_CSP(i,tao)];
                end
            end
        end 
        if t >= 2 % 火电机组 爬坡约束 式(6-7)
            Cons = [Cons,  PG_G(:,t) - PG_G(:,t-1) <= ...
                     onoff_gen(:,t-1).* P_Gen_up*60 + ... 
                    (onoff_gen(:,t)-onoff_gen(:,t-1)) .* P_Gen_min + ... 
                    (1-onoff_gen(:,t)) .* P_Gen_max];  
            Cons = [Cons, -PG_G(:,t) + PG_G(:,t-1) <= ...
                    onoff_gen(:,t) .* P_Gen_down*60 + ...
                   (onoff_gen(:,t-1)-onoff_gen(:,t)) .* P_Gen_min + ...  
                   (1-onoff_gen(:,t-1)) .* P_Gen_max];
               
            % CSP 机组 爬坡约束 式(6-7)
            Cons = [Cons,  PG_CSP(:,t) - PG_CSP(:,t-1) <= ...
                     onoff_CSP(:,t-1).* P_CSP_up*60 + ... %  
                     (onoff_CSP(:,t)-onoff_CSP(:,t-1)) .* P_CSP_min + ...
                     (1-onoff_CSP(:,t)) .* P_CSP_max]; 
            Cons = [Cons, -PG_CSP(:,t) + PG_CSP(:,t-1) <= onoff_CSP(:,t) .* P_CSP_down*60 + ...  
                    (onoff_CSP(:,t-1)-onoff_CSP(:,t)) .* P_CSP_min + ...  
                    (1-onoff_CSP(:,t-1)) .* P_CSP_max];
        end
    end
    % 机组出力的上下边界约束-式(3) % t(1-水电,2-火电, 5-燃气发电机组 6-CSP)
  Ind_2_5 = union(find(type_Gen(:,1) == 2),find(type_Gen(:,1) == 5)); 
   Cons = [Cons, onoff_gen(Ind_2_5,:) .* (P_Gen_min(Ind_2_5,1) * ones(1,NT)) ...    
           <= PG_G(Ind_2_5,:) <= ...
          onoff_gen(Ind_2_5,:) .* (P_Gen_max(Ind_2_5,1) * ones(1,NT))];  
        
   
        
    Cons = [Cons, onoff_CSP.*(P_CSP_min*ones(1,NT)) <= PG_CSP <= onoff_CSP.*(P_CSP_max*ones(1,NT))]; % CSP机组出力-边界约束
%     Cons = [Cons, onoff_CSP == ones(1,24)]; % CSP机组 
  
    Cons = [Cons, sum(PG_G,1) + sum(PG_RE,1) + sum(PG_CSP,1) == sum(PD - PC_Load,1)]; % 式(2)
   
    Cons = [Cons, Branch == GSDF*(M_bus_G*PG_G + M_bus_RE*PG_RE + M_bus_CSP*PG_CSP - (PD-PC_Load))]; % 
%     Cons = [Cons, -branch(:,6)*ones(1,NT) <= GSDF*(M_bus_G*PG_G+M_bus_RE*PG_RE+M_bus_CSP*PG_CSP-(PD- PC_Load)) <= branch(:,6)*ones(1,NT)]; % 
    Cons = [Cons, -999*ones(N_Br,NT) <= GSDF*(M_bus_G*PG_G+M_bus_RE*PG_RE+M_bus_CSP*PG_CSP-(PD-PC_Load)) <= 999*ones(N_Br,NT)]; % 118系统有186条线路
   
    Cons = [Cons, 0 <= PG_RE <= P_RE]; % 可再生出力
 
    Cons = [Cons, [60;50;100;80;40]/baseMVA * ones(1,24) <= PG_G ];
  
    Cons = [Cons, 0 <= PC_Load <= PD]; % 式(22)    
  
    Cons = [Cons, sum(onoff_gen .* (P_Gen_max*ones(1,NT)) - PG_G,1) + ...
            sum(onoff_CSP .* (P_CSP_max*ones(1,NT)) - PG_CSP,1) >= ...
            sum(CoeffReseve_load*PD,1) + sum(CoeffReserve_VRE*PG_RE,1) ];
   
    Cons = [Cons, Cost_StartUp >= (onoff_gen(:,2:NT) - onoff_gen(:,1:NT-1)) .* (c_ST_g*ones(1,NT-1))]; % 传统机组启动成本
    Cons = [Cons, Cost_StartUp >= 0];
    
%%%%%% CSP电站运转内部约束 %%%%%%
    E_TES_max = Capacity_TES_CSP * P_CSP_max; 
   
    Cons = [Cons, PG_CSP/yita_PB + Pt_TES_charge - Pt_TES_discharge <= PtCSP_fore]; % CSP输出电功率与TES充/放热功率,预测光热功率关系
  
    Cons = [Cons, Et_TES(:,2:NT) == Et_TES(:,1:NT-1) + Pt_TES_charge(:,1:NT-1)*yita_TES - Pt_TES_discharge(:,1:NT-1)/yita_TES];
  Cons = [Cons, Et_TES(:,1) == TES_initial * E_TES_max]; 
    Cons = [Cons, Et_TES(:,1) == Et_TES(:,NT)];          
   
    Cons = [Cons, 0 <= Pt_TES_charge    <= Capacity_TES_CSP*ones(N_CSP,NT)]; 
    Cons = [Cons, 0 <= Pt_TES_discharge <= Capacity_TES_CSP*ones(N_CSP,NT)];
  
    Cons = [Cons, 0 <= Et_TES <= E_TES_max * ones(1,NT)];
​
%% 目标函数 
    obj = sum(c_G_g'*PG_G) + sum(c_CSP_g'*PG_CSP) + sum(sum(Cost_StartUp) + beta_Load*sum(sum(PC_Load)) ); 
    % 机组的边际发电成本 + 启动成本 + 负荷削减成本
    
    % 运行调度 
    ops = sdpsettings('solver','cplex'); %  gurobi
    ans = optimize(Cons,obj,ops)
    
%% 求解成功后取值
  PG_G = value(PG_G)  ; 
    PG_RE = value(PG_RE) ;  
    PG_CSP = value(PG_CSP) ; 
    PC_Load = value(PC_Load) ;   
    onoff_gen = value(onoff_gen) ; 
    onoff_CSP = value(onoff_CSP) ; 
    Branch = value(Branch) ;   
    Cost_StartUp  = value(Cost_StartUp);
    obj = value(obj); % 总成本
    Pt_TES_charge = value(Pt_TES_charge);   
    Pt_TES_discharge = value(Pt_TES_discharge); 
    Et_TES = value(Et_TES);                 
    
disp(['IEEE14 不考虑N-k的和无CSP的经济调度情况,运行成本为 ', num2str(obj)])
%% 绘图 
% 已知的相关输入数据
    figure
    subplot(3,1,1)
    plot(PtCSP_fore * baseMVA,'m-o');
  title('CSP预测功率值')
  xlabel('时间(h)');
    ylabel('功率(MW)');
    
    subplot(3,1,2)
    plot(P_RE(1,:) * baseMVA,'m-o'); hold on
    plot(P_RE(2,:) * baseMVA,'b-s');
  title('可再生能源预测出力值')
  xlabel('时间(h)');
    ylabel('功率(MW)');
    legend('光伏','风电')
    
    subplot(3,1,3)
    plot(sum(PD) * baseMVA,'r-v');
  title('24h负荷值')
  xlabel('时间(h)');
    ylabel('功率(MW)');
    
    
​
    
%    subplot(2,1,2)
%  bar(baseMVA*PG_RE',0.75,'stack'); hold on; % 各PV、Wind机组出力
%    legend('PV','Wind')
%    title('电网中可再生能源机组出力')
%  xlabel('时间(h)');
%    ylabel('功率(MW)');
    
%    figure
%    surf(baseMVA*PC_Load);
%    title('负荷削减量')
%  xlabel('时间(h)');
%    ylabel('功率(MW)');
​
​

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1.问题的引出 在之前的内容中以及讲了多同步旋转坐标系的五七次谐波电流的抑制。 永磁同步电机谐波抑制算法&#xff08;1&#xff09;——基于多同步旋转坐标系的五七次谐波电流抑制 - 知乎这段时间发现电机里面会存在五次谐波&#xff0c;然后学了学谐波抑制的方法。一般比…

海外公司注册推广:15种利用社交媒体的方法大揭秘-华媒舍

社交媒体在如今的全球化时代扮演着重要的角色&#xff0c;为海外公司注册推广提供了各种有效的方法。本文将介绍15种利用社交媒体的方法&#xff0c;帮助海外公司实现注册推广。 1. 制定战略 在开始利用社交媒体之前&#xff0c;海外公司需要制定一个明确的推广战略。确定目标…

BUUCTF---内涵的软件(reverse)

1.题目描述&#xff0c;下载附件&#xff0c;是一个exe文件 2.用PE查看是否有壳&#xff0c;结果无壳 3.用IDA打开&#xff0c;找到main函数 4.双击_main_0,按f5&#xff0c;页面显示如下 5.看到一串可疑的字符串 6.修改为flag{49d3c93df25caad81232130f3d2ebfad}提交&#xf…

springboot 在fegin调用中sdk集成主工程,A component required a bean of type.....

一 前景描述 1.1 总结 1.主工程启动类&#xff08;这里是FeginApp8081&#xff09;所在的路径&#xff0c;和调用sdk的类&#xff0c;这里是FeginJiekou接口类型&#xff0c;其所在目录和主工程目录启动一致。则不需要在启动加制定扫描注解。 主工程启动类路径&#xff1a;…

MFC扩展库BCGControlBar Pro v34.1 - 支持Windows 10/11字体图标

BCGControlBar库拥有500多个经过全面设计、测试和充分记录的MFC扩展类。 我们的组件可以轻松地集成到您的应用程序中&#xff0c;并为您节省数百个开发和调试时间。 BCGControlBar专业版 v34.1已正式发布了&#xff0c;这个版本包含了对Windows 10/11字体图标的支持、功能区和…

海外仓的出入库流程有什么痛点?位像素海外仓系统怎么提高出入库效率?

随着跨境电商的蓬勃发展&#xff0c;海外仓是其中不可或缺的一个关键环节。而货物的出库与入库则是海外仓管理中的一个核心业务流程&#xff0c;它的运作效率直接影响到整个跨境物流的效率和客户体验。今天&#xff0c;让我们具体来看一看关于海外仓出入库的流程&#xff0c;其…

Linux:谈谈阻塞式和非阻塞式IO

文章目录 阻塞式和非阻塞式IO 本篇总结的核心内容就是非阻塞式IO&#xff0c;直接看代码 阻塞式和非阻塞式IO 阻塞式IO 如下所示是典型的阻塞式IO #include <iostream> #include <unistd.h> using namespace std;int main() {char buff[1024];while(true){ssiz…

DevExpress WinForms中文教程 - 如何通过UI测试自动化增强应用可靠性?(一)

DevExpress WinForm拥有180组件和UI库&#xff0c;能为Windows Forms平台创建具有影响力的业务解决方案。DevExpress WinForm能完美构建流畅、美观且易于使用的应用程序&#xff0c;无论是Office风格的界面&#xff0c;还是分析处理大批量的业务数据&#xff0c;它都能轻松胜任…