CN109713737B - 一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及***，将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；采用内点法求解风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量；其中，风光抽联合运行优化模型包括基于所述受电区域的消纳极限定义的供电区域的约束条件和目标函数。
Description
技术领域
本发明属于电力***自动化领域，具体涉及一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及***。
背景技术
随着能源结构的调整，新能源的开发规模逐渐加大。世界各地对新能源的应用日益广泛，截止2016年底，中国风电和太阳能并网装机容量分别达到1.47亿千瓦和7800万千瓦。然而传统技术在新能源规模化接入电力***时面临了许多现实问题。因此，具备快速灵活的可控性、高度的紧凑性及优良的环境适应性的柔性直流输电技术在汇集新能源的并网中得到广泛应用。风电与光伏出力的波动性和间歇性给电力***的安全稳定运行带来了挑战，利用储能***与风电场、光伏电厂配合运行是改善风光出力特性，提升能源利用率的有效途径。其中，抽水蓄能以其成本低、容量大、寿命长等优势备受关注，成为最为成熟的储能技术之一。研究风电、光伏、抽水蓄能联合运行***的供电能力如何，怎样协同调度风光抽出力才能获得联合***平稳出力，并最大限度利用风光能量，对推进风电、光伏大规模并网有重要意义。
现阶段对新能源电站与抽水蓄能联合运行***的研究主要集中在两个方向：电站容量规划与运行优化调度。其中，对于联合***运行调度的研究主要集中在提升***运行的经济性，或是优化联合***功率输出特性以提升***稳定性，没有针对***运行汇集新能源外送能力的分析研究，所提优化调度方法在对跨区外送新能源、提高清洁能源利用率的效果上缺乏一定说服力。目前针对柔性直流电网汇集风电、光伏、抽蓄发电等新能源最大外送极限缺少相关分析计算的方法。而且现有技术缺少针对风电光伏新能源与抽水蓄能联合运行***供电能力的研究。
发明内容
为了弥补现有技术的缺陷，本发明提出一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及***，针对经由多端柔性直流电网连接的风光抽联合供电***的供电能力展开研究，在柔直电网外送端汇入新能源最大供电量，通过风光抽联合运行优化调度提升风光能量利用率，从而得到风光抽联合运行的最大外送能力。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法，所述方法包括：
将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
采用内点法求解风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量；其中，
所述风光抽联合运行优化模型包括基于所述受电区域的消纳极限定义的供电区域的约束条件和目标函数。
优选的，所述将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域包括：
将风电场、光伏电站、抽水蓄能电站与柔性直流***并网，构成交直流混合***；
所述交直流混合***包括：联合供电***和交直流***；
将所述交直流***定义为受电区域，将所述联合供电***定义为供电区域；其中，所述
联合供电***包括：通过柔性直流线路相互连接风电场、光伏电站和抽水蓄能电站。
优选的，基于受电区域的消纳极限，定义供电区域的约束条件和目标函数包括：
以单日内联合供电***最大外送电量为供电区域的目标函数，并基于供电区域的影响因素方程添加柔性直流***不等式约束、抽水蓄能电站不等式约束、风电场与光伏电站实际出力不等式约束和联合供电***外送功率不等式约束，作为供电区域的约束条件；其中，
所述柔性直流***不等式约束包括：直流节点电压约束、换流器交流侧电压约束、调制比约束、VSC热容量约束和直流线路最大允许电流约束；
所述抽水蓄能电站不等式约束包括：上下库容约束、日出日末库容约束和抽水蓄能电站功率约束。
进一步地，所述供电区域的影响因素方程包括：直流网络方程、VSC换流器方程和抽水蓄能电站库容变化量方程；其中，
所述直流网络方程如下式：
式中，Pdv、Udv分别为直流节点v的节点注入功率与节点电压，Nd为直流节点集合，Ydvk为柔性直流网络节点导纳矩阵Yd的第v行、k列元素；
所述VSC换流器方程如下式：
Pc＝Pd
式中，R表示相电阻，X表示相电感，Us为VSC换流器交流侧电压幅值，Uc为阀侧电压幅值，δsc为阀侧电压与VSC换流器交流侧电压的角度差，Ps为VSC换流器交流侧注入有功功率，Qs为VSC换流器交流侧注入无功功率，Pc为VSC换流器阀侧流出有功功率，Pd为VSC换流器注入直流线路的有功功率；Is为交流***流入VSC换流变的电流，Ud为VSC换流器直流侧单极电压，M为调制度，μ为直流电压利用率；
所述抽水蓄能电站库容变化量方程包括：
抽水蓄能电站发电时，上、下水库库容变化方程：
抽水蓄能电站抽水时，上、下水库库容变化方程：
式中，上角标t表示时刻，Vu为上水库库容，Vd为下水库库容，Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率，η1、η2分别为抽水蓄能电站的发电功率、抽水功率与库容之间的折算系数。
进一步地，通过下式确定供电区域的目标函数：
式中，
为t时刻下节点i、j之间传输的有功功率，A为供电区域，B为受电区域；N为一天中采样点的个数，Δt为采样时间间隔。
进一步地，通过下式确定所述柔性直流***不等式约束：
式中，Udv为第v个直流节点电压，Nd为直流节点个数，
和
分别为第k个直流节点电压上、下限，
和
分别为第i个VSC换流器的交流侧电压上、下限，Uci、Ici分别为第i个VSC换流器的交流侧电压和热容量，Mc为VSC换流器的调制比，
分别为VSC换流器的调制比最大、最小值，
为第i个VSC换流器的热容量上限，Nc为VSC换流器合集，Ikv'为第v’条柔性直流线路最大允许电流，
为第v’条柔性直流线路的额定电流，k为柔性直流线路条数。
进一步地，通过下式确定上下库容约束：
通过下式确定日出日末库容约束：
通过下式确定功率约束：
式中，Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率，Vt u和Vt d分别为t时刻上水库库容和下水库库容，
和
分别为上水库的最大、最小库容，
和
分别为下水库的最大、最小库容，
和
分别为日初、日末上水库库容；
和
分别为日初、日末下水库库容，μ为1天内允许的最大库容变动系数；Pomax和Pomin分别为抽水蓄能电站的最大、最小发电出力；Pimax和Pimin分别为抽水蓄能电站的最大、最小抽水出力。
进一步地，通过下式确定风电场与光伏电站实际出力不等式约束：
0≤Pf≤P′f
0≤Pg≤P′g
式中，Pf和Pg分别风电场与光伏电站的实际出力，P′f和P′g分别风电场与光伏电站的最大出力。
进一步地，通过下式确定联合供电***外送功率不等式约束：
式中，
为t时刻联合供电***的外送功率，
为t时刻受电区域消纳极限。
优选的，所述采用内点法求解模型，获得供电区域最大外送电量包括：
获取典型日各个采样点对应的风电场与光伏电站的最大出力之和；
计算所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值；
若当前采样点对应的差值与下一时刻采样点对应的差值均大于0或者均小于0，则将两个采样点归为同一时间段；
依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换。
进一步地，通过下式确定所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值：
式中，Nt为典型日采样点总个数，
为t时刻受电区域的消纳极限，
表示t时刻风电场的最大出力变量，
表示t时刻光伏电站的最大出力变量。
优选的，所述依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换包括：
更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力；
获取基于单日内各时刻的受电区域的消纳极限绘制的受电区域的消纳极限曲线；根据所述时间段将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线；
更新风光抽联合运行优化模型和抽水蓄能电站不等式约束；
采用内点法求解更新后的风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量。
进一步地，通过下式更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力：
式中，P″f、P″g分别为单位时间段内，风电场与光伏电站的最大出力平均值；Tm为第m段的时长；NTm为第m时段中包含的采样点个数。
进一步地，通过下式将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线：
式中，a、b为采样点编号，m为分段后的时段编号。
进一步地，通过下式更新风光抽联合运行优化模型：
式中，
为m时段节点i、j之间传输的有功功率，A表示供电区域，B表示受电区域，NT为m时段的采样点个数。
进一步地，通过下式更新抽水蓄能电站不等式约束：
式中，P'h为抽水蓄能电站发出的有功功率，Ps为供电区域的最大外送电量。
一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估***，包括：
区域划分模块，用于将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
构建模块，用于构建包括基于所述受电区域的消纳极限定义供电区域的约束条件和目标函数的风光抽联合运行优化模型；
分析模块，用于采用内点法求解模型，获得供电区域最大外送电量。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明涉及一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及***，重点考虑如何通过风光抽联合运行优化调度提升风光能量利用率。将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域，并采用内点法求解风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量。在柔直电网外送端汇入新能源最大供电量，从而评估风光抽联合运行的外送能力，为后续调度员制定调度计划和实时决策提供有力依据。
其中，风光抽联合运行优化模型包括基于受电区域的消纳极限定义的供电区域的约束条件和目标函数；采用目标函数可弥补传统优化模型迭代潮流导致计算缓慢的缺陷，减少了模型优化变量数目，提升模型求解速度。在风光资源不足的情况下，可避免为满足库容要求在日末大量抽水，进而获得更多的外送电量，同时使联合***的外送功率曲线更加平稳。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法流程图；
图2是本发明实施例中提供的分段示意图；
其中，图2(a)为抽水蓄能电站的工作状态示意图，图2(b)为分段后风光发满功率曲线图，图2(c)为联合供电***日最大供电量小于外送功率情况示意图，图2(d)为联合供电***日最大供电量大于外送功率情况示意图；
图3是本发明实施例中提供的消纳极限情况案例示意图；
其中，图3(a)为消纳曲线图，图3(b)为分段法跟踪消纳曲线示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
为了克服现有技术对风电、光伏和抽水蓄能电站联合运行***多考虑运行的经济性、立足规划设计，没有实时调度层面的输电能力计算方法，缺少经过柔性直流电网汇集供电能力计算方法，没有考虑抽水蓄能的日出日末库容约束、利用传统重复潮流法计算速度较慢等缺点。本发明提出一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法及***，能够有效用于含风电、光伏、抽水蓄能电站的多端柔性直流电网汇集外送计算分析。通过对风电光伏进行24小时的分段建模，得到每个时段风光最大出力和的曲线。采用每日发电量最大为目标函数，同时考虑抽水蓄能的日出日末库容约束，建立抽水蓄能电站的数学模型，采用风光抽发电量为自变量，利用改进的连续潮流计算方法计算得到柔性直流电网最大汇集新能源外送能力分析结果，得到风光抽各自的出力功率和最大外送功率，便于后续调度员制定调度计划和实时决策。
如图1所示的一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法，包括：
S1将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
S2采用内点法求解风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量；其中，
所述风光抽联合运行优化模型包括基于所述受电区域的消纳极限定义的供电区域的约束条件和目标函数。
步骤S1中，将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域包括：
将风电场、光伏电站、抽水蓄能电站与柔性直流***并网，构成交直流混合***；
所述交直流混合***包括：联合供电***和交直流***；
将所述交直流***定义为受电区域，将所述联合供电***定义为供电区域；其中，所述
联合供电***包括：通过柔性直流线路相互连接风电场、光伏电站和抽水蓄能电站。
步骤S2中的受电区域的消纳极限是预先以单日内各时刻为单位分段建模，并通过潮流计算获得的各个时刻对应的受电区域的消纳极限，以绘制受电区域的消纳极限曲线。在此基础上，步骤S2基于受电区域的消纳极限，定义供电区域的约束条件和目标函数包括：以单日内联合供电***最大外送电量为供电区域的目标函数，并基于供电区域的影响因素方程添加柔性直流***不等式约束、抽水蓄能电站不等式约束、风电场与光伏电站实际出力不等式约束和联合供电***外送功率不等式约束，作为供电区域的约束条件；
其中，柔性直流***不等式约束包括：直流节点电压约束、换流器交流侧电压约束、调制比约束、VSC热容量约束和直流线路最大允许电流约束；
抽水蓄能电站不等式约束包括：上下库容约束、日出日末库容约束和抽水蓄能电站功率约束。
供电区域的影响因素方程包括：直流网络方程、VSC换流器方程和抽水蓄能电站库容变化量方程；其中，
所述直流网络方程如下式：
式中，Pdv、Udv分别为直流节点v的节点注入功率与节点电压，Nd为直流节点集合，Ydvk为柔性直流网络节点导纳矩阵Yd的第v行、k列元素；
所述VSC换流器方程如下式：
Pc＝Pd
式中，R表示相电阻，X表示相电感，Us为VSC换流器交流侧电压幅值，Uc为阀侧电压幅值，δsc为阀侧电压与VSC换流器交流侧电压的角度差，Ps为VSC换流器交流侧注入有功功率，Qs为VSC换流器交流侧注入无功功率，Pc为VSC换流器阀侧流出有功功率，Pd为VSC换流器注入直流线路的有功功率；Is为交流***流入VSC换流变的电流，Ud为VSC换流器直流侧单极电压，M为调制度，μ为直流电压利用率；
所述抽水蓄能电站库容变化量方程包括：
抽水蓄能电站发电时，上、下水库库容变化方程：
抽水蓄能电站抽水时，上、下水库库容变化方程：
式中，上角标t表示时刻，Vu为上水库库容，Vd为下水库库容，Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率，η1、η2分别为抽水蓄能电站的发电功率、抽水功率与库容之间的折算系数。
其中，通过下式确定供电区域的目标函数：
式中，
为t时刻下节点i、j之间传输的有功功率，A为供电区域，B为受电区域；N为一天中采样点的个数，Δt为采样时间间隔。
通过下式确定所述柔性直流***不等式约束：
式中，Ukd为第d个直流节点电压，k为直流节点个数，
和
分别为第d个直流节点电压上、下限，
和
分别为第c个VSC换流器的交流侧电压上、下限，Unc、Mn、Inc分别为第c个VSC换流器的交流侧电压、调制比和热容量，
和
分别第c个VSC换流器的调制比最大、最小值和热容量上限，n为VSC换流器合集，Ikv为第v条柔性直流线路最大允许电流，
为第v条柔性直流线路的额定电流，z为柔性直流线路条数。
通过下式确定上下库容约束：
通过下式确定日出日末库容约束：
通过下式确定功率约束：
式中，Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率，Vt u和Vt d分别为t时刻上水库库容和下水库库容，
和
分别为上水库的最大、最小库容，
和
分别为下水库的最大、最小库容，
和
分别为日初、日末上水库库容；
和
分别为日初、日末下水库库容，μ为1天内允许的最大库容变动系数；Pomax和Pomin分别为抽水蓄能电站的最大、最小发电出力；Pimax和Pimin分别为抽水蓄能电站的最大、最小抽水出力。
通过下式确定风电场与光伏电站实际出力不等式约束：
0≤Pf≤P′f
0≤Pg≤P′g
式中，Pf和Pg分别风电场与光伏电站的实际出力，P′f和P′g分别风电场与光伏电站的最大出力。
通过下式确定联合供电***外送功率不等式约束：
式中，
为t时刻联合供电***的外送功率，
为t时刻受电区域消纳极限。
步骤S2，采用内点法求解模型，获得供电区域最大外送电量包括：
a)获取典型日各个采样点对应的风电场与光伏电站的最大出力之和；
b)计算所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值；
c)若当前采样点对应的差值与下一时刻采样点对应的差值均大于0或者均小于0，则将两个采样点归为同一时间段；
d)依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换。
上述步骤b)中，通过下式确定所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值：
式中，Nt为典型日采样点总个数，
为t时刻受电区域的消纳极限，
表示t时刻风电场的最大出力变量，
表示t时刻光伏电站的最大出力变量。
步骤d)中，依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换包括：
更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力；
获取基于单日内各时刻的受电区域的消纳极限绘制的受电区域的消纳极限曲线；根据所述时间段将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线；
更新风光抽联合运行优化模型和抽水蓄能电站不等式约束；
采用内点法求解更新后的风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量。
其中，通过下式更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力：
式中，P″f、P″g分别为单位时间段内，风电场与光伏电站的最大出力平均值；Tm为第m段的时长；NTm为第m时段中包含的采样点个数。
通过下式将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线：
式中，a、b为采样点编号，m为分段后的时段编号。
通过下式更新风光抽联合运行优化模型：
式中，
为m时段节点i、j之间传输的有功功率，A表示供电区域，B表示受电区域，NT为m时段的采样点个数。
通过下式更新抽水蓄能电站不等式约束：
式中，P'h为抽水蓄能电站发出的有功功率，Ps为供电区域的最大外送电量。
实施例：
对于风光抽联合运行***，若仅计算一个时间点的断面传输功率极限，只需令抽水蓄能电站在在各种安全约束下尽可能多发电(或少抽水)即可。这样无法体现出抽蓄在时间概念上消峰填谷的作用，也无法全面反映抽蓄工作特性以及它对库容的要求。对于两区域互联***，供、受电区域间截面上的最大输电功率，应等于供电区域最大供电功率与受电区域最大消纳功率中的较小值。即有式(1)：
PTTC＝min(PSmax,PRmax) (1)
式中：PSmax为供电区域外送极限，PRmax为受电区域消纳极限。
基于以上思路，针对风光抽经柔直***并网的交直流混合***，提出风光抽联合运行***最大供电能力计算方法。具体步骤如下。
1：对混合***进行分区。将风电、光伏、抽水蓄能电站与柔直电网构成的联合供电***划分为供电区域，其余部分划分为受电区域。
2：计算受电区域最大消纳极限。在受电区的负荷分布及其变化曲线已知情况下，将混合***中的供电区简化为一个无限大电源，针对变换后的***建立受电区域消纳极限的数学模型，得到受电区各个时刻的消纳极限。
3：计算供电区域最大外送电量。综合考虑受电区域消纳极限、风光出力曲线、抽水蓄能库容、VSC约束等因素，以外送电量最大为目标建立优化调度模型，并用内点法求解模型，进而得到一段时间(1天)内风光抽经柔直***并网的混合***最大输电量，以及相应调度方案。
风光抽联合运行优化模型
目标函数：利用抽水蓄能电站削峰填谷的功能，可以实现风光能量的时空转移。因此，在研究风光抽联合运行***的输电能力时应引入时间段的概念。根据预测所得风光发电功率，为充分利用风、光、蓄(抽水蓄能电站)发电基地的电能能量、突显抽蓄功效输送到远处的负荷中心，以一段时间(1天)内联合供电***的外送电量最大为目标函数，即式(2)所示：
式中：
为t时刻下节点i、j之间传输的有功功率；A为供电区，即风光抽联合供电***；B表示受电区域；N为一天中采样点的个数；Δt为采样时间间隔。
抽水蓄能电站抽水与发电之间存在损耗，抽水越多损失的风光能量与外送电量越多。因此，以联合***供电量最大为目标函数，其物理含义中便包含两点要求：1、少弃风、少弃光；2、抽水蓄能电站少抽水。且目标函数将全天每个小时的风光抽出力综合到一次优化中，时时考虑库容约束。
综上，采用目标函数可弥补传统优化模型的上述缺陷，在风光资源不足的情况下，可避免为满足库容要求在日末大量抽水，进而获得更多的外送电量，同时使联合***的外送功率曲线更加平稳。
等式约束
针对风光抽经由柔性直流***并网的交直流混合***进行研究，对该***的供电区域(风电-光伏-抽水蓄能通过柔直线路相互连接形成的联合供电***)建立优化模型，等式约束包括以下三个方面。
(1)直流网络方程如式(3)所示：
式中：Pdv、Udv分别为直流节点v的节点注入功率与节点电压，Nd为直流节点集合，Ydvk为直流子网络节点导纳矩阵Yd的第v行、k列元素。
(2)VSC换流器方程为式(4)～(7)所示：
Pc＝Pd (4)
(3)抽水蓄能电站库容变化量方程
抽水蓄能电站发电时，上、下水库库容变化满足式(8)：
抽水蓄能电站抽水时，上、下水库库容变化满足式9：
式中：t表示t时刻，Vu为上水库库容；Vd为下水库库容；Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率；η1、η2分别为抽水蓄能电站的发电功率、抽水功率与库容之间的折算系数，且η1/η2＝0.75。
不等式约束
柔直***不等式约束包括：直流节点电压约束、换流器交流侧电压约束、调制比约束、VSC热容量约束和直流线路最大允许电流约束，即式10所示：
式中：下标“n”为VSC编号，NC为***中所有VSC的集合。
抽水蓄能电站不等式约束采用2.3节抽水蓄能发电数学模型：上下库容约束(公式11)、日出日末库容约束式(12)与功率约束式(13)。
式中：
和
分别为上水库的最大、最小库容；
和
分别为下水库的最大、最小库容。
式中：
和
分别为日初、日末上水库库容；
和
分别为日初、日末下水库库容；μ为1天内允许的最大库容变动系数，本文取0.05。
式中：Pomax和Pomin分别为抽蓄发电时最大最小出力；Pimax和Pimin分别为抽蓄抽水时最大最小出力。
风电、光伏实际出力不等式约束如下式(14)所示：
式中：P′f和P′g分别表示不弃风不弃光情况下的风电场与光伏电站满发出力值，该出力值分别由风电场和光伏电站出力分析得到。
联合***外送功率约束为式(15)：
式中：
为t时刻风光抽联合运行***的外送功率，
为t时刻受电区域消纳极限，该消纳极限由受电区域新能源消纳极限的计算方法计算得到。
分段法求解模型
若以风光抽发电***日输电量最大为目标函数，一天中各个时段的风、光与抽水蓄能发电功率作为自变量，那么该问题是一个动态优化问题。在一天中若采样间隔为1个小时，则整个动态优化中要求取3×24＝72组变量，优化变量数目众多，寻优求解速度缓慢。因此采用分段的方法减少优化变量数目，进而缩短模型求解时间。
分段法的具体模型及详细步骤如下：
1)对典型日的时间分段
为了获得联合***最大的供电量，希望抽水蓄能电站在风光满发功率之和(P′f±P′g)大于受电区域消纳极限(Pr)时能尽量多抽水，反之则少抽水多出力，因此可以通过(P′f±P′g)与Pr的大小关系(如图2(a)所示)大致划分抽水蓄能电站的工作状态，并以此为依据对典型日的时间(图2横轴)进行分段。分段的具体方法如下：
计算典型日各个采样点对应的风光满发之和与受电区域消纳极限的差值ΔPc，为式(16)所示。
式中：上标t为采样点编号，Nt为典型日采样点总个数。
从一天中第一个采样点(t＝1)开始，依次判断
与
是否均大于0(或均小于0)，若两者同号便将这两个采样点归入同一时段，若不同号便从靠后的一采样点开始进入下一时段，随后令t＝t+1，以此类推。采用此方法，可在图2(a)两线L1和L2，L1表示风光最大出力，即风光满发功率，L2表示受电区域消纳极限。交点处对该典型日的时间分段，分段后得到图2(b)所示ab、bc、cd三个时段。
2)模型变换与自变量个数的缩减
因为优化模型中的对象目标函数是供电量，所以这里以一段时间内变换前与变换后的风光满发电量相等为原则，对风光满发功率曲线进行等效变换，使得变换后的风光满发功率在一段内为一个保持不变的常量。图2(b)中的阶梯型虚线为等效后的风光满发功率曲线，以cd时段为例，等效后线段ab与横轴cd所围成的矩形面积应与阴影区域面积相等。
相应的，需要重新设置原优化模型中的风、光出力上限，将公式(14)中的风电、光伏满发功率P′f和P′g分别替换为一段中风电、光伏满发值的平均值P″f、P″g，即式(17)：
式中：Tm为第m段的时长；NTm为第m段中包含的采样点集合。
同时，将受电区域消纳极限曲线也变为阶梯型折线，段内的消纳极限保持不变，其数值取为该段中消纳极限的最小值，如图2(b)中粗虚线所示。变更公式(15)为18。
经过以上两种等效处理变换，可以认为分段后的每个时段一段内风电、光伏、抽蓄出力均保持不变，那么一段中设置一套风光抽出力变量即可。也就是说，分段后整个优化模型中需求解的优化变量数目将缩减为：“3×时段数”组。相应变更目标函数公式(2)为公式(19)。
为保证分段后计算的最大供电量的可靠性，需要对实际的抽蓄出力进行正确约束。然而，受以上模型变换的影响，自变量中的抽蓄出力Ph已偏离实际值。因此，这里在忽略网损的前提下，以尽可能多的使用风光能量为原则，推导出实际抽蓄应发功率Ph′替换原抽蓄功率约束公式(11)、(12)、(13)中的Ph，如式(20)所示
式中：Ps为风光抽联合***外送总功率。该公式可作为3)反推风光抽实际调度方案的依据。
采用内点法求解以上变换后的优化模型，得到风光抽联合***日最大供电量，以及相应的外送功率曲线；如图2(c)所示，其中曲线L3为联合***外送功率曲线，细虚线表示等效风光发满功率之和，粗虚线代表变换后的消纳极限。
3)反推风光抽实际出力
根据优化求解后得到的联合***外送功率，反推风、光、抽出力(忽略了网损)，给出实际的调度方案(如图2(cd)所示)。
当风光满发功率小于外送功率时(如图2(cd)中ae、cd两段)，令风光满发；当满发功率大于外送功率时(如图2(cd)中eb和bc段)，需判断它们的差值是否超过了抽水蓄能电站允许的最大功率，未超过则令风电、光伏满发，超过只得弃风、弃光。综上，图2所示典型日中风电、光伏应沿圆点所在曲线L2出力，该曲线与外送功率曲线L3的差值为抽水蓄能电站实际应发功率，由图2(cd)中阴影部分表示。
应用分段法还应注意以下两点：
(1)分段法对优化模型求解速度的提升效果主要取决于分段后的段数。分段后的时段数量越少，优化变量数目越少，提速效果越明显。那么，如果风电光伏满发曲线在受电区域消纳极限曲线附近波动频繁，将使得分段后时段数目较多，进而使得采用分段法只能少量缩短，甚至无法缩短优化求解所用时间。例如图3所示的受电区域消纳极限案例，图3(a)中L1表示风光最大出力，即风光满发功率，L2表示受电区域消纳极限。若以小时为间隔采样，任意
与
均不同号，分段后得到24时段，仍要求解3×24＝72组变量，那么分段法并不能提升该典型日最大供电量计算模型的求解速度。
(2)由于公式(18)降低了联合***日最大供电量上限，即使该典型日中的风光能量足够充裕，也无法再利用到例如图2(b)中带有圆点的阴影区域所示的消纳极限。那么当受电区域消纳极限曲线波动幅值较大时，阴影区域面积扩大(如图3(b)所示)，此时分段法计算精度较差，计算结果很可能远小于联合***实际的最大供电量。
针对这种情况，可对上述分段法进行调整，在2)模型变换与自变量个数的缩减的过程中，仅等效风光满发功率曲线，不再变换消纳极限曲线，仍采用公式(15)约束外送功率。相应的，不再要求抽蓄出力在段内保持不变，即在设置自变量时每个采样点设置一组抽蓄出力变量，每段设置一组风电出力自变量与一组光伏出力自变量。调整后的分段方法对消纳曲线的跟踪能力变强，但相对于调整前可缩减的自变量数目变少，所以计算速度也相对较慢。另外，如果风光抽容量在规划阶段配置得当，一般情况下，相对于风光出力的剧烈波动，受电区域消纳极限的变化是较为平缓的。本文不对如图3(b)所示受电区域消纳极端情况进行详细研究。
基于同一发明构思，本申请还提出一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估***，包括：
区域划分模块，用于将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
构建模块，用于构建包括基于所述受电区域的消纳极限定义供电区域的约束条件和目标函数的风光抽联合运行优化模型；
分析模块，用于采用内点法求解模型，获得供电区域最大外送电量。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法，其特征在于，所述方法包括：
将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
采用内点法求解风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量；其中，
所述风光抽联合运行优化模型包括基于所述受电区域的消纳极限定义的供电区域的约束条件和目标函数；
所述基于受电区域的消纳极限，定义供电区域的约束条件和目标函数包括：
以单日内联合供电***最大外送电量为供电区域的目标函数，并基于供电区域的影响因素方程添加柔性直流***不等式约束、抽水蓄能电站不等式约束、风电场与光伏电站实际出力不等式约束和联合供电***外送功率不等式约束，作为供电区域的约束条件；其中，
所述柔性直流***不等式约束包括：直流节点电压约束、换流器交流侧电压约束、调制比约束、VSC热容量约束和直流线路最大允许电流约束；
所述抽水蓄能电站不等式约束包括：上下库容约束、日出日末库容约束和抽水蓄能电站功率约束；
所述供电区域的影响因素方程包括：直流网络方程、VSC换流器方程和抽水蓄能电站库容变化量方程；其中，
所述直流网络方程如下式：
式中，Pdv、Udv分别为直流节点v的节点注入功率与节点电压，Nd为直流节点集合，Ydvk为柔性直流网络节点导纳矩阵Yd的第v行、k列元素；
所述VSC换流器方程如下式：
Pc＝Pd
式中，R表示相电阻，X表示相电感，Us为VSC换流器交流侧电压幅值，Uc为阀侧电压幅值，δsc为阀侧电压与VSC换流器交流侧电压的角度差，Ps为VSC换流器交流侧注入有功功率，Qs为VSC换流器交流侧注入无功功率，Pc为VSC换流器阀侧流出有功功率，Pd为VSC换流器注入直流线路的有功功率；Is为交流***流入VSC换流器的电流，Ud为VSC换流器直流侧单极电压，M为调制度，μ为直流电压利用率；
所述抽水蓄能电站库容变化量方程包括：
抽水蓄能电站发电时，上、下水库库容变化方程：
抽水蓄能电站抽水时，上、下水库库容变化方程：
式中，t表示时刻，
为t+1时刻上水库库容；
为t+1时刻下水库库容；Vt u为t时刻上水库库容；Vt d为t时刻下水库库容；
为t时刻抽水蓄能电站发出的有功功率；η1、η2分别为抽水蓄能电站的发电功率、抽水功率与库容之间的折算系数；
所述采用内点法求解模型，获得供电区域最大外送电量包括：
获取典型日各个采样点对应的风电场与光伏电站的最大出力之和；
计算所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值；
若当前采样点对应的差值与下一时刻采样点对应的差值均大于0或者均小于0，则将两个采样点归为同一时间段；
依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换；
通过下式确定所述风电场与光伏电站的最大出力之和与受电区域的消纳极限的差值：
式中，Nt为典型日采样点总个数，
为t时刻受电区域的消纳极限，
表示t时刻风电场的最大出力变量，
表示t时刻光伏电站的最大出力变量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域包括：
将风电场、光伏电站、抽水蓄能电站与柔性直流***并网，构成交直流混合***；
所述交直流混合***包括：联合供电***和交直流***；
将所述交直流***定义为受电区域，将所述联合供电***定义为供电区域；其中，所述联合供电***包括：通过柔性直流线路相互连接风电场、光伏电站和抽水蓄能电站。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定供电区域的目标函数：
式中，
为t时刻下节点i、j之间传输的有功功率，A为供电区域，B为受电区域；N为一天中采样点的个数，Δt为采样时间间隔。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定所述柔性直流***不等式约束：
式中，Udv为第v个直流节点电压，Nd为直流节点个数，
和
分别为第v个直流节点电压上、下限，
和
分别为第i个VSC换流器的交流侧电压上、下限，Uci、Ici分别为第i个VSC换流器的交流侧电压和热容量，Mc为VSC换流器的调制比，
分别为VSC换流器的调制比最大、最小值，
为第i个VSC换流器的热容量上限，Nc为VSC换流器合集，Ikv'为第v’条柔性直流线路最大允许电流，
为第v’条柔性直流线路的额定电流，k为柔性直流线路条数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定上下库容约束：
通过下式确定日出日末库容约束：
通过下式确定功率约束：
式中，Ph为抽水蓄能电站发出的有功功率，Vt u和Vt d分别为t时刻上水库库容和下水库库容，
和
分别为上水库的最大、最小库容，
和
分别为下水库的最大、最小库容，V0 u和
分别为日初、日末上水库库容；V0 d和
分别为日初、日末下水库库容，μ为1天内允许的最大库容变动系数；Pomax和Pomin分别为抽水蓄能电站的最大、最小发电出力；Pimax和Pimin分别为抽水蓄能电站的最大、最小抽水出力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定风电场与光伏电站实际出力不等式约束：
0≤Pf≤P′f
0≤Pg≤P′g
式中，Pf和Pg分别风电场与光伏电站的实际出力，P′f和P′g分别风电场与光伏电站的最大出力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定联合供电***外送功率不等式约束：
Ps (t)≤Pr (t)
式中，Ps (t)为t时刻联合供电***的外送功率，Pr (t)为t时刻受电区域消纳极限。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述时间段，对风光抽联合运行优化模型进行等效变换包括：
更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力；
获取基于单日内各时刻的受电区域的消纳极限绘制的受电区域的消纳极限曲线；根据所述时间段将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线；
更新风光抽联合运行优化模型和抽水蓄能电站不等式约束；
采用内点法求解更新后的风光抽联合运行优化模型，获得供电区域最大外送电量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过下式更新所述风光抽联合运行优化模型中风电场与光伏电站的最大出力：
式中，P″f、P″g分别为单位时间段内，风电场与光伏电站的最大出力平均值；Tm为第m段的时长；NTm为第m时段中包含的采样点个数；
为t时刻风电场的最大出力；
为t时刻光伏电站的最大出力。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过下式将所述受电区域的消纳极限曲线转化为阶梯形曲线：
式中，a、b为采样点编号，m为分段后的时段编号；NTm为第m时段中包含的采样点个数。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过下式更新风光抽联合运行优化模型：
式中，
为m时段节点i、j之间传输的有功功率，A表示供电区域，B表示受电区域，NT为m时段的采样点个数。
12.根据权利要求5或8所述的方法，其特征在于，通过下式更新抽水蓄能电站不等式约束：
式中，P'h为抽水蓄能电站发出的有功功率，Ps为供电区域的最大外送电量；Pimax为抽蓄抽水时最大最小出力；P′f和P′g分别风电场与光伏电站的最大出力。
13.一种用于如权利要求1-12任一项所述接入柔性直流电网的新能源外送能力评估方法的评估***，其特征在于，包括：
区域划分模块，用于将预先建立的交直流混合***划分为供电区域和受电区域；
构建模块，用于构建包括基于所述受电区域的消纳极限定义供电区域的约束条件和目标函数的风光抽联合运行优化模型；
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