CN103107533B - 适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，属电力***及其自动化技术领域。本发明根据规划年的大规模间隙式能源发电装机容量及其出力概率模型、规划年的负荷预测数据，计算***的静态安全风险指标和各可扩展线路的效益指标，确定每一步需要扩展的线路并逐步迭代直到实际扩展线路集满足***静态安全风险指标要求或候选扩展线路集所有线路均已被扩展为止则得到最终输电网规划方案。该方法满足大规模间隙式能源发电充分消纳的需求，在不考虑变电站扩展及常规能源发电厂扩展的前提下，计及短期负荷增长因素及大规模间隙式能源发电出力不确定性因素，有益于满足电网短期内可靠、经济运行及支撑新能源快速发展的需求。

Description

适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法

技术领域

本发明属电力***及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法。

背景技术

随着人们对环境保护和可持续发展的日益重视，新能源在世界各国正得到广泛的开发和利用。截止2015年，我国风电开发总规模将达到1亿千瓦。新能源发电的随机性、间歇性及不确定性对电力***的规划和运行带来了挑战。

随着大规模间歇式能源接入容量持续增长，电网建设已成为其装机容量进一步增长的瓶颈，某些运行方式下的输电阻塞使得风电出力受限而造成能源浪费及经济损失，亟需加强输电网规划和建设以满足大规模间歇式能源发电接入对电网可靠性和强壮性的要求。

大规模间歇式能源接入的输电网规划研究起步较晚，研究成果相对较少，且大部分集中于电网中长期规划研究。我国大规模间歇式能源迅猛发展及跨区消纳的特点决定了需要针对新能源发电形势，在不考虑变电站扩展前提下，首先研究短期加强方案以满足已经建成或即将建成的新能源基地电力送出的需求。

然而，虽然目前已有的采用的基于数学优化的方法或灵活规划的方法求解输电网扩展规划问题的成果具有逻辑严密、结果较优的特点，但对于输电网短期规划对于网络扩展规模不大的情况，其求解仍显得过于复杂，且工程实用性不强。

发明内容

本发明的目的是：针对现有大规模间歇式能源接入的输电网规划研究的不足，在满足大规模间歇式能源发电充分消纳的需求以及不考虑变电站扩展及常规能源发电厂扩展的前提下，计及短期负荷增长因素及大规模间歇式能源发电出力不确定性因素，给出一种工程实用化的基于***静态安全风险指标和效益指标及最优潮流程序的适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法。

具体地说，本发明是采取以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

(1)确定规划年的大规模间歇式能源发电装机容量；确定规划年的负荷预测数据；确定候选扩展线路集及各可扩展线路的投资费用，并将实际扩展线路集的初始值设定为空。

(2)根据规划年的大规模间歇式能源发电装机容量以及规划年的大规模间歇式能源发电出力概率模型，计算规划年的大规模间歇式能源发电出力期望值。大规模间歇式能源的类型不同，其发电出力概率密度函数也不同。对本文而言，大规模间歇式能源发电出力概率密度函数为已有输入，且并不局限于某一具体的形式。

(3)分别将各可扩展线路各自试探加入当前网架，分别得到各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式。

(4)根据规划年的负荷预测数据以及规划年的大规模间歇式能源发电出力期望值，计算在各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式下各可扩展线路各自加入后的以***网损最小为目标函数的最优潮流。

(5)根据最优潮流结果得到在规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值，其中越限支路是指实际电流超出其额定值的支路。

(6)根据在规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值，分别计算各可扩展线路各自加入后的***静态安全风险指标，可扩展线路加入后的***静态安全风险指标计算方法如下：

${\mathrm{PI}}_k=\frac{P_0}{L_0}\·\underset{i=1}{\overset{L_0}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci}}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}+\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_j}{L_j}\·\left(\underset{i=1}{\overset{L_j}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci},j}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}\right)---\left(1\right)$

其中，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标；P₀为可扩展线路加入后经过归一化的全接线方式的概率；I_ci为支路i的实际电流，I_ri为支路i的额定电流；L₀为全接线方式下的越限支路数；M为计及的预想故障数，P_j为可扩展线路加入后经过归一化的预想故障发生概率且I_ci,j为第j个预想故障方式下支路i的实际电流；L_j为第j个预想故障方式下越限支路数；α应大于1，其值反映了对于越限严重的支路的惩罚程度，具体值可由规划者决定，并体现了规划者的偏好，一般情况下可取值为2。

从公式(1)可以看出，全接线方式及预想故障方式下的越限支路数越多，导致支路越限的全接线方式或预想故障方式发生概率就越大，***静态安全风险指标也越大；如α取值越大，***静态安全风险指标值也越大。

(7)根据各可扩展线路各自加入后的***静态安全风险指标和各可扩展线路的投资费用分别计算各可扩展线路的效益指标，可扩展线路的效益指标计算方法如下：

PN_k＝PI_k·(IV_k)^β      (2)

其中，PN_k为可扩展线路的效益指标，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标，IV_k为该可扩展线路的投资费用；β应大于0小于2，其值反映了经济与技术的权衡，具体值也由规划者决定，也体现了规划者的偏好，一般情况下可取值为1；

(8)比较各可扩展线路的效益指标，将效益指标最小者从候选扩展线路集中剔除，计入到当前网架并更新当前网架，将该可扩展线路加入到实际扩展线路集中；

(9)判断候选扩展线路集是否为空；若是，则本方法结束，实际扩展线路集就是最终的输电网扩展方案；否则进入步骤(10)；

(10)判断当前网架下***静态安全风险指标是否小于预先给定的门槛值，其中该门槛值应大于0；若是，则本方法结束，实际扩展线路集就是最终的输电网扩展方案；否则返回步骤(3)。这里的门槛值反映了能够接受的规划结果下全接线方式及预想故障方式下的越限支路数及其越限程度的综合情况；其值不局限于某个严格的固定范围，而是根据规划者对规划的满意度决定，反映了对规划投资与规划效果程度的控制。若对规划结果下静态安全要求较高，可令其为较小的数；反之，则可令为较大的数。例如，若扩展规划的网络较小，可令其为5。

本发明方法进一步的特征在于，步骤3)中需要的基础数据为从电网规划或运行部分获取的规划年的典型运行方式，包括网架结构、发电及负荷预测数据。

本发明方法进一步的特征在于，步骤4)中最优潮流计算时，采计及规划年的大规模间歇式能源发电出力概率模型，基于最优潮流程序求得。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种大规模间歇式能源发电接入后为了满足网架的可靠性和强壮性要求的输电网短期扩展规划的方法，有益于在大规模间歇式能源迅猛发展背景下，满足电网短期内可靠、经济运行及支撑新能源快速发展的需求，从电网短期规划层面提高大规模间歇式能源的接纳能力。本发明特别适用于从输电网短期规划角度，计及大规模间歇式能源发电不确定性因素及短期负荷增长下的输电线路的扩展规划。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

附图1中步骤1描述的是，根据大规模间歇式能源发电规划，确定规划年的大规模间歇式能源发电装机容量；确定规划年的负荷预测数据；根据电网规划机构的调研结果，确定候选扩展线路集及各可扩展线路的投资费用，并将实际扩展线路集的初始值设定为空。各可扩展线路即候选扩展线路集中的每条线路。

附图1中步骤2实现根据规划年的大规模间歇式能源发电装机容量及其概率密度函数，计算其出力期望值。其中间歇式能源包括风能、太阳能等，其概率密度函数根据特定的间歇式能源特性决定，不局限于特定某一种特定形式。

附图1中步骤3实现将分别将各可扩展线路各自试探加入当前网架，分别得到各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式。具体含义是，设候选扩展线路集共有K条可扩展线路，每条可扩展线路加入当前网架后，需计及的预想故障方式数为M，则对于K条可扩展线路，共得到K个全接线方式及M*K个预想故障方式。

附图1中步骤4描述的是，根据规划年的负荷预测数据及大规模间歇式能源发电出力期望值(步骤2已获得)，计算在各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式下的各可扩展线路各自加入后的最优潮流。该最优潮流的模型中以网损最小为目标函数，以所有发电机的出力为决策变量。计算最优潮流的目的是计及大规模间歇式能源发电接入及规划年负荷变化对***运行方式的影响，实现目标方式下的***优化运行。

附图1中步骤5描述的是，对于各可扩展线路各自加入后的每个全接线方式及预想故障方式，利用其最优潮流结果获得规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值。

附图1中步骤6描述的是，根据在规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值，分别计算各可扩展线路各自加入后的***静态安全风险指标。可扩展线路加入后的***静态安全风险指标计算方法如下：

${\mathrm{PI}}_k=\frac{P_0}{L_0}\·\underset{i=1}{\overset{L_0}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci}}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}+\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_j}{L_j}\·\left(\underset{i=1}{\overset{L_j}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci},j}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}\right)---\left(1\right)$

其中，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标；P₀为可扩展线路加入后经过归一化的全接线方式的概率；I_ci为支路i的实际电流，I_ri为支路i的额定电流；L₀为全接线方式下的越限支路数；M为计及的预想故障数，P_j为可扩展线路加入后经过归一化的预想故障发生概率且I_ci,j为第j个预想故障方式下支路i的实际电流；L_j为第j个预想故障方式下越限支路数；α应大于1，其值反映了对于越限严重的支路的惩罚程度，具体值可由规划者决定，并体现了规划者的偏好，一般情况下可取值为2。

附图1中步骤7描述的是，根据***静态安全风险指标和各可扩展线路的投资费用分别计算其效益指标。可扩展线路的效益指标计算方法如下：

PN_k＝PI_k·(IV_k)^β      (2)

其中，PN_k为可扩展线路的效益指标，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标，IV_k为该可扩展线路的投资费用；β应大于0小于2，其值反映了经济与技术的权衡，具体值也由规划者决定，也体现了规划者的偏好，一般情况下可取值为1。

附图1中步骤8描述的是，比较各可扩展线路的效益指标，将效益指标最小者从候选扩展线路集中剔除，计入到当前网架并更新当前网架，将该可扩展线路加入到实际扩展线路集。

附图1中步骤9描述的是，判断候选扩展线路集是否为空，若为空，说明所有候选扩展线路集已经加入到实际扩展线路集，此时仍然不能满足***对网架的扩展要求，但已有线路可扩展，此时将实际扩展线路集(此时的实际扩展线路集包括候选扩展线路集的所有线路)作为最终输电网扩展规划方案。若不为空，说明候选扩展线路集仍有可扩展线路，则转入下一步。

附图1中步骤10描述的是，判断当前网架下***静态安全风险指标是否小于预先给定的门槛值；若是，则表明目前的实际扩展线路集已满足***扩展要求，结束迭代搜索流程。否则转入步骤(3)，进一步在候选扩展线路集寻找下一个最优的可扩展线路。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (5)

1.适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)确定规划年的大规模间歇式能源发电装机容量；确定规划年的负荷预测数据；确定候选扩展线路集及各可扩展线路的投资费用，并将实际扩展线路集的初始值设定为空；

(2)根据规划年的大规模间歇式能源发电装机容量以及规划年的大规模间歇式能源发电出力概率模型，计算规划年的大规模间歇式能源发电出力期望值；

(3)分别将各可扩展线路各自试探加入当前网架，分别得到各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式；

(4)根据规划年的负荷预测数据以及规划年的大规模间歇式能源发电出力期望值，计算在各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式下各可扩展线路各自加入后的以***网损最小为目标函数的最优潮流；

(5)根据最优潮流结果得到在规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值，其中越限支路是指实际电流超出其额定值的支路；

(6)根据在规划年的大规模间歇式能源出力概率模型下各可扩展线路各自加入后的越限支路及其潮流期望值，分别计算各可扩展线路各自加入后的***静态安全风险指标，可扩展线路加入后的***静态安全风险指标计算方法如下：

${\mathrm{PI}}_k=\frac{P_0}{L_0}\·\underset{i=1}{\overset{L_0}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci}}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}+\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{P_j}{L_j}\·\left(\underset{i=1}{\overset{L_j}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{I_{\mathrm{ci},j}}{I_{\mathrm{ri}}}\right)}^{\mathrm{\α}}\right)---\left(1\right)$

其中，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标，P₀为可扩展线路加入后经过归一化的全接线方式的概率；I_ci为支路i的实际电流，I_ri为支路i的额定电流；L₀为全接线方式下的越限支路数；M为计及的预想故障数，P_j为可扩展线路加入后经过归一化的预想故障发生概率且I_ci,j为第j个预想故障方式下支路i的实际电流；L_j为第j个预想故障方式下越限支路数；α大于1，为反映对于越限严重的支路的惩罚程度的参数；

(7)根据各可扩展线路各自加入后的***静态安全风险指标和各可扩展线路的投资费用分别计算各可扩展线路的效益指标，可扩展线路的效益指标计算方法如下：

PN_k＝PI_k·(IV_k)^β          (2)

其中，PN_k为可扩展线路的效益指标，PI_k为可扩展线路加入后的***静态安全风险指标，IV_k为该可扩展线路的投资费用；β大于0小于2，为反映经济与技术的权衡的参数；

(8)比较各可扩展线路的效益指标，将效益指标最小者从候选扩展线路集中剔除，计入到当前网架并更新当前网架，将该可扩展线路加入到实际扩展线路集中；

(9)判断候选扩展线路集是否为空；若是，则本方法结束，实际扩展线路集就是最终的输电网扩展方案；否则进入步骤(10)；

(10)判断当前网架下***静态安全风险指标是否小于预先给定的门槛值，其中该门槛值大于0；若是，则本方法结束，实际扩展线路集就是最终的输电网扩展方案；否则返回步骤(3)。

2.根据权利要求1所述的适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，其特征在于，所述步骤3)中得到各可扩展线路各自加入后的各自全接线方式及预想故障方式时，所需基础数据为从电网规划或运行部分获取的规划年的典型运行方式，包括网架结构、发电及负荷预测数据。

3.根据权利要求1所述的适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，其特征在于，所述步骤4)中计算在各可扩展线路各自加入后的全接线方式及预想故障方式下各可扩展线路各自加入后的以***网损最小为目标函数的最优潮流时，计及规划年的大规模间歇式能源发电出力概率模型，基于最优潮流程序求得。

4.根据权利要求1、2、3任一所述的适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，其特征在于，所述步骤6)中的α的值为2。

5.根据权利要求1、2、3任一所述的适应大规模间歇式能源接入的输电网短期扩展规划方法，其特征在于，所述步骤7)中的β的值为1。