CN104751236A - 一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输送容量以及风火打捆输电优化方法，尤其是涉及输送容量以及风火打捆输电优化方法。本发明首先建立了考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系。然后对这些指标进行量化，建立了多目标函数的数学模型，采用多目标优化算法进行计算。在求解过程中，对多个目标函数同时求解，计算得到满足约束条件的备选解，进而利用熵权函数法确定最优折中解。本发明考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系，评价指标便于计算和定量分析，可以综合反映输电线路输电容量以及送端风火打捆比例对受端电网的影响。

Description

一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法

技术领域

本发明涉及一种输送容量以及风火打捆输电优化方法，尤其是涉及输送容量以及风火打捆输电优化方法。

背景技术

为解决我国能源分布不均问题，大规模“西电东送”、“北电南送”的电力流格局。大容量长距离输电需要通过特高压专用通道远距离输送至东、中部负荷中心随着电网大范围资源优化配置作用的不断增强，我国跨区电力流及跨区电力交易逐步扩大，我国将大力推进长距离特高压交流通道的建设。

建设特高压输电系统的目的是为了实现远距离、有效地输送大量电力，加强电网的互联，改进系统稳定性和降低短路电流。在特高压输电线路形成和建设初期过程中，由于受稳定极限的限制，线路的输电能力与自然具备的能力间将有较大的差距。特高压输电线路的实际输电能力不仅与其设备自身的能力(热容量以及自然功率)有关，还与特高压输电线路与下一电压等级系统的协调发展及输电线路落点在系统中所处位置有关，只有依赖沿途超高压电网支撑才能实现远距离大容量送电。因此必须采取线路加装串联电容补偿，中间分段落点建1000kV特高压变电站与当地500kV系统联网，获得支撑电源，提高输送容量。随着特高压电网的发展、下一级500kV电网的完善以及特高压与500kV电磁环网的解开，特高压输电通道静态及 暂态稳定水平才能够充分发挥作用，满足未来电网发展需求。目前，特高压输电通道的系统决策理论方法的相关研究尚未见相关报道。输电通道的优选主要从受端电网的的电力电量需求、电力系统技术要求和工程投资等角度进行综合评价，而1000kV特高压输电通道的输送容量及其成分由静态安全指标、暂态稳定性指标、电压稳定裕度指标、电力电量需求指标和经济性指标多目标共同决定，各目标间的性质和量纲不同而无法统一比较，甚至存在矛盾性，因此特高压通道的经济输送容量及风火打捆比例需要综合考虑各方面的因素，属于典型的多目标决策问题。

输电通道布局是电网建设规划工作中的一个重要环节，其输电容量和风火打捆比例布局对电网结构、供电质量和供电可靠性意义重大。输电通道的优选工作分为3个阶段，本专利主要为第一阶段提供理论支撑，即以负荷预测结果为基础，建立考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系。该阶段属于典型的多因素相互作用下的多属性优选问题，指标体系如何建立直接影响到输电通道的布局情况。本专利建立考虑受端电网的可靠性、稳定性和经济性指标，以确立输电通道输电容量和风火打捆比例。

为合理调整风电火电打捆比例以及输电容量，提出一种规划方法。首先建立了考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系。然后对这些指标进行量化，建立了多目标函数的数学模型，采用多目标优化算法进行计算。在求解过程中，对多个目标函数同时求解，计算得到满足约束条件的备选解，进而利用熵权函数法确定最优折中解。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系，评价指标便于计算和定量分析，可以综合反映输电线路输电容量以及送端风火打捆比例对受端电网的影响的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，定义该优化方法基于一个多目标优化函数以及一个若干不等式约束条件和等式约束条件，其中，

多目标优化函数定义如下：

minF＝(f₁,f₂,f₃,f₄,f₅)

不等式约束条件定义如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{trans}}^{\min }\≤P_{\mathrm{trans}}\≤P_{\mathrm{trans}}^{\max }\\ W^{\min }\≤W\≤W^{\max }\\ 0.15W\≤W_{\mathrm{actual}}\≤0.5W\\ 0.48C\≤C_{\mathrm{actual}}\≤0.8C\end{array}\right.$

等式约束条件定义如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi}}-P_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})\\ Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right.;$

式中，

$f1=I_{\mathrm{LO},j}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{LO}}\left(l_r\right)$

$f3=\mathrm{\ΔU}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\Σ}}}\left|\frac{U_i-U_i^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|$

f4＝I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C

f5＝I_dde＝P_trans/P_allL

其中，f1、f2、f3、f4和f5分别是多目标优化函数的五个优化指标；等式约束条件即潮流约束方程，其中Pi和Qi分别是节点i的有功功率和无功功率注入量；Ui和Uj分别是节点i和j的电压幅值；Gij和Bij分别是导纳矩阵第i行、第j列元素的实部和虚部；θ_ij是节点i和j之间的电压相角差；不等式约束条件中，和分别是输电容量的上限和下限值；W^min和W^max分别是风电装机容量上下限；W_actual和C_actual分别是风电和火电实际出力。

在上述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，所述f1为线路过负荷静态安全指标，该指标反映了支路开断等故障后线路的过载程度；大规模风火打捆电量集中从某一落点接入受端电网后，线路发生N-1故障导致部分线路功率超过其热稳定极限，存在静态安全风险；输电容量选择应尽量减少静态安全风险，满足N-1安全稳定准则；为了将线路重载及过载程度量化成可以比较的指标，定义在N-1故障情况下线路l_r的过负荷指标I_LL(lr)为

$I_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_r<0.8P_{\max ,r}\\ P_r/P_{\max ,r},& P_r\&GreaterEqual;0.8P_{\max ,r}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，P_r为风火打捆容量接入后第r条考核线路的传输功率；P_max,r为第r条考核线路的热稳定极限功率；考核线路总数为n_LO；风火打捆容量接入后受端电网线路过负荷指标I_LO,j定义为

$I_{\mathrm{LO}}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)---\left(2\right).$

在上述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，所述f2为暂态稳定指标，具体解释是：在给定系统运行点的情况下，暂态稳定表达为柯西问题：

$\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dt}}=f\left(y\right),& y\left(0\right)=y_c---\left(3\right)\end{array}$

应用梯形积分原理，将微分方程式(3)差分化，就可以将暂态稳定问题转化为一般的非线性规划问题；具体地，首先将无限时间约束式(4)转化为如下有限时间代数约束：

$\begin{array}{cc}y\left(t\right)\&le;\stackrel{\&OverBar;}{y},& t\&Element;[0,T]\end{array}---\left(4\right)$

如果T足够大，只要对转子角度加以限制(比如最大相对摇摆角小于150°)就可以保证暂态稳定；微分方程式(3)可以转化为如下差分方程：

$y_{n+1}-y_n-\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{2}[f(u,x,y_{n+1})+f(u,x,y_n)]=0---\left(5\right)$

式中n＝1,2,...,T/(Δt)，Δt为差分时间间隔；这样，有限时间无穷维约束式(4)就完全转化为有穷维代数约束y_n≤y；

${\mathrm{\&delta;}}_n^{\mathrm{COI}}=\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j\&times;{\mathrm{\&delta;}}_n^j)\right]/\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_j\right]---\left(8\right)$

式六中，F2的具体意义为：预想故障集发生后，在考察时间范围内所有时刻，机组偏离系统惯性中心的振幅越限的惩罚量之和；其中，Ψ表示所考查的时间范围；E表示预想故障集合；δ_n ⁱ表示n时刻机组i的功角，n遍历Г范围内的所有时刻；λ为越限惩罚系数；表示功角最大允许振幅，若机组相对惯性中心的振幅超过该值，则认为该机组与系统失去同步；表示系统在n时刻的惯性中心，由各机组功角加权得到^[8,9]，Tj为第j台机组的惯性时间常数；m为机组总数。

在上述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，所述f3为电压稳定指标；具体解释是：节点电压值是检验系统安全性和电能质量的重要指标之一；在以往电压稳定计算中，往往是把电压幅值当作约束条件；这样做通常会使优化后电压幅值靠近其上限值，因此，选择电压与指定电压的偏差作为电压稳定指标，使电压保持在满意的水平上，表示为如式九

$\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\frac{U_i-U_i^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|---\left(9\right)$

式中：U_i为节点i的电压幅值；为节点i的指定电压幅值，通常 U_i min和U_i max分别为节点i的最大允许电压和最小允许电压；N_L为系统的负荷节点数。

在上述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，所述f4为经济性指标；具体解释是：在特高压通道输电容量年利用小时数以 及风电、火电年利用小时数笃定后，输电容量与配套火电装机容量以及风电装机容量三者满足以下关系式

$C=P_{\mathrm{trans}}\frac{T_{\mathrm{AC}}}{T_C}-W\frac{T_W}{T_C}---\left(10\right)$

式中：C、T_C，W、T_W为火电、风电装机容量及其年发电利用小时数；P_trans、T_AC为特高压输电通道输电功率及其年利用小时数；

为平衡风电弃风措施和火电降出力运行，制定出风电火电打捆送出策略：优先考虑风电送出，当风电与火电的总发电功率超出输电容量时，火电机组降出力运行，若火电机组以最小技术出力运行时的风火电的总功率仍超出输电容量，则考虑风电场弃风以使得总的外送功率控制在输电容量之内；此外，在计算中风电功率预测偏差按不大于20％考虑，风电功率变化范围为0.15-0.5W；

弃风电量计算方法如下，考虑低谷时段风电厂群出力0.5W,考虑预测最大20％偏差；火电机组检修容量按装机容量20％考虑，调峰深度按火电机组额定容量的60％考虑；低谷时段风电火电总出力减去特高压通道额定输电容量即为最大弃风电量，计算如式(11)

P_Wloss＝w₁W+w₂C-P_trans        (11) 

式中w1、w2分别是低谷时段弃风量计算系数；

火电降出力运行时，机组负荷率下降，单位供电煤耗增加，总而导致火电机组运行成本增加；一年之中火电机组由于降出力运行导致最大煤耗增加量如(12)式，

M＝[m(η)-m₀]ηP_CT_C         (12) 

式中，M表示火电机组每年因降出力导致的煤耗增加量；η表示低谷时刻机组负荷率；m(η)表示机组负荷率为η时的单位供电煤耗；η可由式(17)计算得到

$\mathrm{\&eta;}=\frac{P_{\mathrm{trans}}-{P_W}^{\&prime;}}{P_C}---\left(13\right)$

式中，PW’为考虑弃风后风电场实际出力；

综合考虑输电项目建设成本、风电场群弃风损失以及打捆送出对火电机组的不利影响，计算输电总成本，公式为

I_t＝L_C+L_W+L_M            (14) 

L_C＝c_lP_transL+2c_sP_trans            (15) 

L_W＝p_wP_WlossT_Wloss            (16) 

L_M＝p_MMT_S            (17) 

式中，P_trans表示单位送电量综合成本；C(P_T)表示输变电项目建设成本；L_W(P_T)表示输电项目回收期内因弃风导致的风电场群收益损失；L_M(P_T)表示输变电项目回收期内火电机组由于降出力运行导致的成本增加；式十五中，c_l表示单位容量、单位长度的输电线路造价；c_s表示单位容量变电设备造价；式(16)中，p_w表示风电上网电价；T_Wloss为弃风小时数；TS表示输变电项目的静态回收期；式十七中，p_M表示煤价；

考虑风火打捆输电的经济性，将设置不同输电容量以及不同风火打捆比例进行计算，选取优势输电容量以及组合比例，计算可得输电总成本，公式如下

I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C            (19)。

在上述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，所述f5为电力电量需求指标，具体解释是：该指标反映地区电网电源与负荷状况，以及地区电网是否需要大型电源支撑，协调地区电源分布和负荷发展的状况；本发明将电力电量需求定义为输电容量网内重要负荷总量之比，如公式(20)

I_dde＝P_trans/P_allL            (20) 

式中，P_allL是受端网络负荷总量。

因此，本发明具有如下优点：考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系，评价指标便于计算和定量分析，可以综合反映输电线路输电容量以及送端风火打捆比例对受端电网的影响。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本专利建立考虑受端电网电力电量需求、静态安全指标、暂态稳定指标、经济性指标以及输电电价的指标体系。

1.1线路过负荷静态安全指标

线路过负荷指标作为重要的静态安全分析指标，反映了支路开断等故障后线路的过载程度。大规模风火打捆电量集中从某一落点接入受端电网后，线路发生“N-1”故障可能导致部分线路功率超过其热稳定极限，存在静态安全风险。输电容量选择应尽量减少静态安全风险，满足“N-1”安 全稳定准则。为了将线路重载及过载程度量化成可以比较的指标，本发明定义在“N-1”故障情况下线路l_r的过负荷指标I_LL(lr)如公式(1)

$I_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_r<0.8P_{\max ,r}\\ P_r/P_{\max ,r},& P_r\&GreaterEqual;0.8P_{\max ,r}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，P_r为风火打捆容量接入后第r条考核线路的传输功率；P_max,r为第r条考核线路的热稳定极限功率。考核线路总数为n_LO。风火打捆容量接入后受端电网线路过负荷指标I_LO,j定义为公式(2)

$I_{\mathrm{LO}}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)---\left(2\right)$

1.2暂态稳定指标 

在给定系统运行点的情况下，暂态稳定可以表达为柯西问题：

$\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dt}}=f\left(y\right),& y\left(0\right)=y_c---\left(3\right)\end{array}$

根据文献[7]方法的基本思想，应用梯形积分原理，将微分方程式(3)差分化，就可以将暂态稳定问题转化为一般的非线性规划问题。具体地，首先将无限时间约束式(4)转化为如下有限时间代数约束：

$\begin{array}{cc}y\left(t\right)\&le;\stackrel{\&OverBar;}{y},& t\&Element;[0,T]\end{array}---\left(4\right)$

如果T足够大，只要对转子角度加以限制(比如最大相对摇摆角小于150°)就可以保证暂态稳定。微分方程式(3)可以转化为如下差分方程：

$y_{n+1}-y_n-\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{2}[f(u,x,y_{n+1})+f(u,x,y_n)]=0---\left(5\right)$

式中n＝1,2,...,T/(Δt)，Δt为差分时间间隔。这样，有限时间无穷维约束式(4)就完全转化为有穷维代数约束y_n≤y。

${\mathrm{\&delta;}}_n^{\mathrm{COI}}=\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j\&times;{\mathrm{\&delta;}}_n^j)\right]/\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_j\right]---\left(8\right)$

式(6)中，F2的具体意义为：预想故障集发生后，在考察时间范围内所有时刻，机组偏离系统惯性中心的振幅越限的惩罚量之和。其中，Ψ表示所考查的时间范围；E表示预想故障集合；δ_n ⁱ表示n时刻机组i的功角，n遍历Г范围内的所有时刻；λ为越限惩罚系数，本发明取100；表示功角最大允许振幅，若机组相对惯性中心的振幅超过该值，则认为该机组与系统失去同步，一般取100～150°^[8]。表示系统在n时刻的惯性中心，由各机组功角加权得到^[8,9]，Tj为第j台机组的惯性时间常数；m为机组总数。

1.3电压稳定指标 

节点电压值是检验系统安全性和电能质量的重要指标之一。在以往电压稳定计算中，往往是把电压幅值当作约束条件。这样做通常会使优化后电压幅值靠近其上限值，因此，本发明选择电压与指定电压的偏差作为电压稳定指标，力求使电压保持在满意的水平上，可表示为如式(9)

$\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\frac{U_i-U_i^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|---\left(9\right)$

式中U_i为节点i的电压幅值；为节点i的指定电压幅值，通常U_i min和U_i max分别为节点i的最大允许电压和最小允许电压；N_L为系统的负荷节点数。

1.4经济性指标 

在特高压通道输电容量年利用小时数以及风电、火电年利用小时数笃定后，输电容量与配套火电装机容量以及风电装机容量三者满足以下关系式

$C=P_{\mathrm{trans}}\frac{T_{\mathrm{AC}}}{T_C}-W\frac{T_W}{T_C}---\left(10\right)$

式中C、T_C，W、T_W为火电、风电装机容量及其年发电利用小时数；P_trans、T_AC为特高压输电通道输电功率及其年利用小时数。

为平衡风电弃风措施和火电降出力运行，制定出风电火电打捆送出策略：优先考虑风电送出，当风电与火电的总发电功率超出输电容量时，火电机组降出力运行，若火电机组以最小技术出力运行时的风火电的总功率仍超出输电容量，则考虑风电场弃风以使得总的外送功率控制在输电容量之内。此外，在计算中风电功率预测偏差按不大于20％考虑，风电功率变化范围为0.15-0.5W。

弃风电量计算方法如下，考虑低谷时段风电厂群出力0.5W,考虑预测最大20％偏差；火电机组检修容量按装机容量20％考虑，调峰深度按火电机组额定容量的60％考虑。低谷时段风电火电总出力减去特高压通道额定输电容量即为最大弃风电量，计算如式(11)

P_Wloss＝w₁W+w₂C-P_trans            (11) 

式中w1、w2分别是低谷时段弃风量计算系数。

火电降出力运行时，机组负荷率下降，单位供电煤耗增加，总而导致 火电机组运行成本增加。一年之中火电机组由于降出力运行导致最大煤耗增加量如式(12)，

M＝[m(η)-m₀]ηP_CT_C            (12) 

式中，M表示火电机组每年因降出力导致的煤耗增加量；η表示低谷时刻机组负荷率；m(η)表示机组负荷率为η时的单位供电煤耗。η可由式(13)计算得到

$\mathrm{\&eta;}=\frac{P_{\mathrm{trans}}-{P_W}^{\&prime;}}{P_C}---\left(13\right)$

式中，P_W’为考虑弃风后风电场实际出力。

综合考虑输电项目建设成本、风电场群弃风损失以及打捆送出对火电机组的不利影响，计算输电总成本，公式为

I_t＝L_C+L_W+L_M            (14) 

L_C＝c_lP_transL+2c_sP_trans            (15) 

L_W＝p_wP_WlossT_Wloss            (16) 

L_M＝p_MMT_S            (17) 

式中，P _trans 表示单位送电量综合成本；C(P_T)表示输变电项目建设成本；L_W(P_T)表示输电项目回收期内因弃风导致的风电场群收益损失；L_M(P_T)表示输变电项目回收期内火电机组由于降出力运行导致的成本增加。式(15)中，c_l表示单位容量、单位长度的输电线路造价；c_s表示单位容量变电设备造价。式(16)中，p_w表示风电上网电价；T_Wloss为弃风小时数；TS表示输变电项目的静态回收期。式(17)中，p_M表示煤价。

本发明考虑风火打捆输电的经济性，将设置不同输电容量以及不同风 火打捆比例进行计算，选取优势输电容量以及组合比例，计算可得输电总成本，如公式(19)

I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C            (19) 

式中，p_C是传输电价。 

1.5电力电量需求指标

电力电量需求指标可以反映地区电网电源与负荷状况，以及地区电网是否需要大型电源支撑，协调地区电源分布和负荷发展的状况。本发明将电力电量需求定义为输电容量网内重要负荷总量之比，如公式(20)

I_dde＝P_trans/P_allL            (20) 

式中，P_allL是受端网络负荷总量。

本发明建立的多目标优化模型如下

minF＝(f₁,f₂,f₃,f₄,f₅)            (21) 

$f1=I_{\mathrm{LO},j}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{LO}}\left(l_r\right)---\left(22\right)$

$f3=\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\frac{U_i-U_i^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|---\left(24\right)$

f4＝I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C            (25) 

f5＝I_dde＝P_trans/P_allL            (26) 

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi}}-P_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})\\ Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right.---\left(27\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{trans}}^{\min }\&le;P_{\mathrm{trans}}\&le;P_{\mathrm{trans}}^{\max }---\left(28\right)\\ W^{\min }\&le;W\&le;W^{\max }---\left(29\right)\\ 0.15W\&le;W_{\mathrm{actual}}\&le;0.5W---\left(30\right)\\ 0.48C\&le;C_{\mathrm{actual}}\&le;0.8C---\left(31\right)\end{array}\right.$

模型中需要优化的目标f1、f2、f3、f4和f5分别是上文指标体系中的五个指标；式二十七为等式约束，即潮流约束方程，其中Pi和Qi分别是节点i的有功功率和无功功率注入量；Ui和Uj分别是节点i和j的电压幅值；Gij和Bij分别是导纳矩阵第i行、第j列元素的实部和虚部；θ_ij是节点i和j之间的电压相角差；式二十八至三十一为不等式约束，和分别是输电容量的上限和下限值；W^min和W^max分别是风电装机容量上下限；W_actual和C_actual分别是风电和火电实际出力。

本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，定义该优化方法基于一个多目标优化函数以及一个若干不等式约束条件和等式约束条件，其中，

多目标优化函数定义如下：

minF＝(f₁,f₂,f₃,f₄,f₅)

不等式约束条件定义如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{trans}}^{\min }\&le;P_{\mathrm{trans}}\&le;P_{\mathrm{trans}}^{\max }\\ W^{\min }\&le;W\&le;W^{\max }\\ 0.15W\&le;W_{\mathrm{actual}}\&le;0.5W\\ 0.48C\&le;C_{\mathrm{actual}}\&le;0.8C\end{array}\right.$

等式约束条件定义如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi}}-P_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})\\ Q_{\mathrm{Gi}}-Q_{\mathrm{Li}}=U_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}{\sin \mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}{\cos \mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right.;$

式中，

$f1=I_{\mathrm{LO},j}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{LO}}\left(l_r\right)$

$f3=\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\frac{U_i-{U_i}^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|$

f4＝I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C

f5＝I_dde＝P_trans/P_allL

其中，f1、f2、f3、f4和f5分别是多目标优化函数的五个优化指标；等式约束条件即潮流约束方程，其中Pi和Qi分别是节点i的有功功率和无功功率注入量；Ui和Uj分别是节点i和j的电压幅值；Gij和Bij分别是导纳矩阵第i行、第j列元素的实部和虚部；θ_ij是节点i和j之间的电压相角差；不等式约束条件中，和分别是输电容量的上限和下限值；W^min和W^max分别是风电装机容量上下限；W_actual和C_actual分别是风电和火电实际出力。

2.根据权利要求1所述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，所述f1为线路过负荷静态安全指标，该指标反映了支路开断等故障后线路的过载程度；大规模风火打捆电量集中从某一落点接入受端电网后，线路发生N-1故障导致部分线路功率超过其热稳定极限，存在静态安全风险；输电容量选择应尽量减少静态安全风险，满足N-1安全稳定准则；为了将线路重载及过载程度量化成可以比较的指标，定义在N-1故障情况下线路l_r的过负荷指标I_LL(lr)为

$I_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& P_r<{0.8P}_{\max ,r}\\ P_r/P_{\max ,r},& P_r\&GreaterEqual;0.8P_{\max ,r}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，P_r为风火打捆容量接入后第r条考核线路的传输功率；P_max,r为第r条考核线路的热稳定极限功率；考核线路总数为n_LO；风火打捆容量接入后受端电网线路过负荷指标I_LO,j定义为

$I_{\mathrm{LO}}=\underset{r=1}{\overset{n_{\mathrm{LO}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{LL}}\left(l_r\right)---\left(2\right).$

3.根据权利要求1所述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，所述f2为暂态稳定指标，具体解释是：在给定系统运行点的情况下，暂态稳定表达为柯西问题：

$\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dt}}=f\left(y\right),y\left(0\right)=y_c---\left(3\right)$

应用梯形积分原理，将微分方程式(3)差分化，就可以将暂态稳定问题转化为一般的非线性规划问题；具体地，首先将无限时间约束式(4)转化为如下有限时间代数约束：

$y\left(t\right)\&le;\stackrel{\&OverBar;}{y},t\&Element;[0,T]---\left(4\right)$

如果T足够大，只要对转子角度加以限制(比如最大相对摇摆角小于150°)就可以保证暂态稳定；微分方程式(3)可以转化为如下差分方程：

$y_{n+1}-y_n-\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{2}[f(u,x,y_{n+1})+f(u,x,y_n)]=0---\left(5\right)$

式中n＝1,2,...,T/(Δt)，Δt为差分时间间隔；这样，有限时间无穷维约束式(4)就完全转化为有穷维代数约束y_n≤y；

${\mathrm{\&delta;}}_n^{\mathrm{COI}}=\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}(T_j\&times;{\mathrm{\&delta;}}_n^j)\right]/\left[\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_j\right]---\left(8\right)$

式六中，F2的具体意义为：预想故障集发生后，在考察时间范围内所有时刻，机组偏离系统惯性中心的振幅越限的惩罚量之和；其中，Ψ表示所考查的时间范围；E表示预想故障集合；δ_n ⁱ表示n时刻机组i的功角，n遍历Г范围内的所有时刻；λ为越限惩罚系数；表示功角最大允许振幅，若机组相对惯性中心的振幅超过该值，则认为该机组与系统失去同步；表示系统在n时刻的惯性中心，由各机组功角加权得到^[8,9]，Tj为第j台机组的惯性时间常数；m为机组总数。

4.根据权利要求1所述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，所述f3为电压稳定指标；具体解释是：节点电压值是检验系统安全性和电能质量的重要指标之一；在以往电压稳定计算中，往往是把电压幅值当作约束条件；这样做通常会使优化后电压幅值靠近其上限值，因此，选择电压与指定电压的偏差作为电压稳定指标，使电压保持在满意的水平上，表示为如式九

$\mathrm{\&Delta;U}=\underset{i=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\frac{U_i-{U_i}^{*}}{U_{i\max }-U_{i\min }}\right|---\left(9\right)$

式中：U_i为节点i的电压幅值；U_i ^*为节点i的指定电压幅值，通常U_i ^*＝1；U_i min和U_i max分别为节点i的最大允许电压和最小允许电压；N_L为系统的负荷节点数。

5.根据权利要求1所述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，其特征在于，所述f4为经济性指标；具体解释是：在特高压通道输电容量年利用小时数以及风电、火电年利用小时数笃定后，输电容量与配套火电装机容量以及风电装机容量三者满足以下关系式

$C=P_{\mathrm{trans}}\frac{T_{\mathrm{AC}}}{T_C}-W\frac{T_W}{T_C}---\left(10\right)$

式中：C、T_C，W、T_W为火电、风电装机容量及其年发电利用小时数；P_trans、T_AC为特高压输电通道输电功率及其年利用小时数；

为平衡风电弃风措施和火电降出力运行，制定出风电火电打捆送出策略：优先考虑风电送出，当风电与火电的总发电功率超出输电容量时，火电机组降出力运行，若火电机组以最小技术出力运行时的风火电的总功率仍超出输电容量，则考虑风电场弃风以使得总的外送功率控制在输电容量之内；此外，在计算中风电功率预测偏差按不大于20％考虑，风电功率变化范围为0.15-0.5W；

弃风电量计算方法如下，考虑低谷时段风电厂群出力0.5W,考虑预测最大20％偏差；火电机组检修容量按装机容量20％考虑，调峰深度按火电机组额定容量的60％考虑；低谷时段风电火电总出力减去特高压通道额定输电容量即为最大弃风电量，计算如式(11)

P_Wloss＝w₁W+w₂C-P_trans     (11)

式中w1、w2分别是低谷时段弃风量计算系数；

火电降出力运行时，机组负荷率下降，单位供电煤耗增加，总而导致火电机组运行成本增加；一年之中火电机组由于降出力运行导致最大煤耗增加量如(12)式，

M＝[m(η)-m₀]ηP_CT_C     (12)

式中，M表示火电机组每年因降出力导致的煤耗增加量；η表示低谷时刻机组负荷率；m(η)表示机组负荷率为η时的单位供电煤耗；η可由式(17)计算得到

$\mathrm{\&eta;}=\frac{P_{\mathrm{trans}}-{P_W}^{\&prime;}}{P_C}---\left(13\right)$

式中，PW’为考虑弃风后风电场实际出力；

综合考虑输电项目建设成本、风电场群弃风损失以及打捆送出对火电机组的不利影响，计算输电总成本，公式为

I_t＝L_C+L_W+L_M                (14)

L_C＝c_lP_transL+2c_sP_trans      (15)

L_W＝p_wP_WlossT_Wloss           (16)

L_M＝p_MMT_S                   (17)

式中，P_trans表示单位送电量综合成本；C(P_T)表示输变电项目建设成本；L_W(P_T)表示输电项目回收期内因弃风导致的风电场群收益损失；L_M(P_T)表示输变电项目回收期内火电机组由于降出力运行导致的成本增加；式十五中，c_l表示单位容量、单位长度的输电线路造价；c_s表示单位容量变电设备造价；式(16)中，p_w表示风电上网电价；T_Wloss为弃风小时数；TS表示输变电项目的静态回收期；式十七中，p_M表示煤价；

考虑风火打捆输电的经济性，将设置不同输电容量以及不同风火打捆比例进行计算，选取优势输电容量以及组合比例，计算可得输电总成本，公式如下

I_pri＝I_t+p_WP_WT_W+p_CP_CT_C       (19)。

6.根据权利要求1所述的一种特高压通道的输送容量以及风火打捆输电优化方法，，其特征在于，所述f5为电力电量需求指标，具体解释是：该指标反映地区电网电源与负荷状况，以及地区电网是否需要大型电源支撑，协调地区电源分布和负荷发展的状况；将电力电量需求定义为输电容量网内重要负荷总量之比，如公式(20)

I_dde＝P_trans/P_allL      (20)

式中，P_allL是受端网络负荷总量。