CN106549409A - 考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，该方法在计算出特高压直流输电与受端电网电源建设两系统及两系统中各指标的关联程度的基础上，分析特高压直流输电系统影响省内电源建设规划的主要因素，结合传统电源规划方法，以上述主要因素为核心，以整体社会效益最优为原则，建立目标函数和约束条件。建立考虑特高压直流接入的受端电网的电源规划模型。通过求解该模型，即可得到所求的电源规划方案。

Description

考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法
技术领域
本发明涉及电力系统电源规划技术领域，具体涉及考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法。
背景技术
特高压直流输电技术是指电压等级在±800kV及以上的直流输电输电技术，具有输送容量大、输电距离远等特点，满足了我国跨区电力输送的基本要求，因为特高压直流输电工程在“十二五”和“十三五”规划中备受亲睐，截至2020年，国家电网将建成27条特高压直流输电工程，形成4.5亿kW的跨区跨省输送能力，建成以“三华”电网为核心，通过直流和东北、西北、南方电网互联，联接各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地和主要负荷中心的统一坚强智能电网。因此，我国多个省份将成为特高压直流区外电力受端区域。
特高压直流输电线路提供大容量区外电力的同时，一旦发生故障，也将导致极为严重的后果，这就对各省省内的电源建设提出了更高的要求。现有的电源规划方法一般是通过调峰能力平衡以及电力电量平衡情况，得到电力需求情况。这种方法忽略了广域范围内特高压直流输电参与跨区调峰的能力，以及高比例特高压直流区外来电对受端电网安全稳定运行的影响。故而本领域技术人员需要提供一种考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，使得各特高压直流区外电力受端区域的电源规划更为符合电力系统日新月异的发展。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有电源规划方法中的薄弱环节，提出一种更切合各特高压直流区外电力受端区域电力系统实际的电源规划方法，该方法在计算出特高压直流输电与受端电网电源建设两系统及两系统中各可靠性指标的关联程度的基础上，分析特高压直流输电系统影响受端电网电源建设规划的主要因素，结合传统电源规划方法，以上述主要因素为核心，以整体社会效益最优为原则，建立目标函数和约束条件，进而建立考虑特高压直流接入的受端电网的电源规划模型。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，该方法包括以下步骤：
(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和受端电网电源建设评价指标体系；
(2)通过耦合关联分析，计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设两系统的关联程度；
(3)选取特高压直流输电系统可靠性评价指标体系中与受端电网电源建设系统关联程度较高的指标作为可靠性指标约束条件；
(4)结合步骤(3)中的可靠性指标约束以及备用容量约束，待建电厂最大装机容量约束，最早投入年限约束，系统需求约束，发电机组最大最小出力约束，火电燃料消耗约束，水电水量消耗限制等约束，整合为本发明中电源规划模型的总体约束条件；
(5)从电力系统实际来看，满足负荷需求的电源规划方案，其国民经济效益是基本相同的，总支出最小的方案就应该是电源规划的最优方案。因此，规划方案比较中拟采用最小费用法寻求总支出最小的电源规划方案；
(6)选取受端电网电源建设评价指标体系中与特高压直流输电系统关联程度较高的指标，以罚函数形式将电源规划方案中这些指标的未达标值计入目标函数中；
(7)结合总体的目标函数和约束条件，建立考虑特高压直流接入的受端电网电源规划模型，并对其进行求解。
进一步的，步骤(1)所述的“建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和受端电网电源建设评价指标体系”的建立过程要遵循评价指标体系建立的五个原则，即系统全面原则、重点突出原则、切实可行原则、相对独立原则、量化可比原则。
进一步的，步骤(2)中所述的“通过耦合关联分析，计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设关联程度”的理论依据为灰色理论，概率与数理统计以及模糊数学中的耦合关联分析方法。
进一步的，步骤(3)中所述的“选取特高压直流输电系统可靠性评价指标体系中与受端电网电源建设系统关联程度较高的指标作为可靠性指标约束条件”是指根据已知原始数据的情况，选择上述耦合关联分析方法中的任意一种，建立特高压直流和受端电网电源建设两系统的关联度模型，计算并分析二者之间的关联程度，找到特高压直流输电系统各指标中与受端电网电源建设系统关联度较高的指标，作为可靠性指标约束加入电源规划模型的总体约束条件中。
进一步的，步骤(4)中所述的各种约束条件详见具体实施方式。
进一步的，步骤(5)中所述的目标函数为：
min
其中，式中，F是贴现到规划期起始年的前一年的目标函数现值；It是第t年全部投资；St是
第t年投资到规划期末残值；Ct是第t年运行费用；Bt是受端电网在第t年除发电外的其它效益；NA是计入模型目标函数的罚函数项数；γ是贴现率；T是规划期；Kk是技术经济指标k未达标时的罚系数；ΔAtk是第t年技术指标k未达标值，ΔAtk＝Atk-Amin k或ΔAtk＝Amax k-Atk。
进一步的，步骤(6)中所述的罚函数详见具体实施方式。
本发明的工作原理：
为了解决大规模特高压直流输电接入后的受端电网电源规划问题，本发明在传统电源规划方法的基础上，对电源规划模型的目标函数和约束条件均进行了改进，提出了考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法。该方法首先建立特高压直流输电系统与受端电网电源建设指标体系；然后通过耦合关联分析，计算二者的关联度。进而将关联程度较高的指标分别作为可靠性指标约束和罚函数放入电源规划模型的约束条件和目标函数，最终对新的电源规划模型的求解从而得到相对最优的电源规划方案。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是电源规划模型求解原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，该方法包括以下步骤：
(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和受端电网电源建设评价指标体系；
(2)计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设两系统的关联程度；
(3)选取关联程度较大的指标分别作为可靠性指标约束条件和罚函数；
(4)将上述约束条件和罚函数分别加入电源规划模型的约束条件的目标函数中，形成新的模型。
(5)求解新的电源规划模型；
(6)得到考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方案。
具体的讲，步骤(2)中计算关联程度可采用以下方法：
a.灰色理论中的灰色关联分析法，适用于无经验、信息量较少的不确定性问题，对其数据的数量和分布规律要求均较低。
b.概率与数理统计中的回归分析、方差分析、主成分分析等方法，适用于缺乏明显规律，但样本大数据多、且数据为典型分布的问题。
c.模糊数学中的层次分析法，适用于认知经验信息的不确定问题，要求数据之间的隶属度可知。
步骤(4)中所述的各类约束条件分别指：
a.备用容量约束:
其中，Xjt是新建电厂j在t年新装容量；Pz0是受端电网原有装机容量；Pmaxt受端电网在t年的最大负荷；ρ是厂用电率；σ是线损率；ΔBt是受端电网在t年应有的备用容量；T是规划期年数；m是待建电厂数。
b.待建电厂最大装机容量约束:
其中，Pzjmax是在装机过程中各电源在规划期T内的最大装机容量。
c.最早投入年限约束
其中，tej是规定的投入年限。
d.系统需求约束:
其中，Pjt是电厂j在t时刻的出力；P0t是受端电网原有电厂在t时刻的出力；Dt是受端电网在t时刻的负荷。
e.发电机组最大最小出力约束:
Pjmint≤Pjt≤Pjmaxt；j＝1,2,...,m
其中，Pjmint是机组j的最小出力；Pjmaxt是机组j的最大出力。
f.火电燃料消耗约束:
其中，Ejt是电厂j在时间段τ的发电量；βj是电厂j的平均燃料单耗；Ajt是电厂j在t时间段内的燃料消耗限量。
g.水电水量消耗限制:
其中，Ejt是水电厂j在t时段的发电量；Wj是水电厂j在时间段内的平均出力。
步骤(4)中所述的罚函数如下所示：
a.电力不足期望值LOLE未达标罚函数:
K1·ΔA1t＝KLOLE·ΔLOLEt
其中，ΔLOLEt＝LOLEt-LOLEmax是第t年系统LOLE指标越限值；KLOLE是相应罚系数。
b.装机不足罚函数:
K2·ΔA2t＝KPC·ΔPCt
其中，ΔPCt是第t年系统装机不足容量；KPC是相应的罚系数。
c.调峰不足罚函数:
K3·ΔA3t＝KPF·ΔPFt
其中，ΔPFt是第t年系统调峰不足容量；KPF是相应的罚系数。
d.水电弃水罚函数:
K4·ΔA4t＝KW·ΔEWt
其中，ΔEWt是第t年系统水电弃水电量；KW是相应的罚系数。
e.环境污染罚函数:
K5·ΔA5t＝KPolu·ΔPPolu.t
其中，ΔPPolu.t＝PPolu.t-PPolu.max是第t年系统总排污超标值；KPolu是相应的罚系数。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，其特征在于：考虑特高压直流系统对受端电网电源建设的影响，首先建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和受端电网电源建设评价指标体系，然后通过耦合关联分析，计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设两系统的关联程度，继而选取特高压直流输电系统可靠性评价指标体系中与受端电网电源建设系统关联程度较高的指标作为可靠性指标约束条件，选取受端电网电源建设评价指标体系中与特高压直流输电系统关联程度较高的指标，以罚函数形式将电源规划方案中这些指标的未达标值计入目标函数中，对传统的电源规划方法从目标函数和约束条件两方面均进行改进，形成考虑特高压直流接入的受端电网电源规划模型，并对其进行求解，进而得到特高压直流受端区域的电源规划方案。
2.根据权利要求1所述的考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)建立特高压直流输电系统可靠性评价指标体系和受端电网电源建设评价指标体系；
(2)通过耦合关联分析，计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设两系统的关联程度；
(3)选取特高压直流输电系统可靠性评价指标体系中与受端电网电源建设系统关联程度较高的指标作为可靠性指标约束条件；
(4)结合步骤(3)中的可靠性指标约束以及备用容量约束，待建电厂最大装机容量约束，最早投入年限约束，系统需求约束，发电机组最大最小出力约束，火电燃料消耗约束，水电水量消耗限制约束，整合为本发明中电源规划模型的总体约束条件；
(5)从电力系统实际来看，满足负荷需求的电源规划方案，其国民经济效益是基本相同的，总支出最小的方案就应该是电源规划的最优方案，因此，规划方案比较中拟采用最小费用法寻求总支出最小的电源规划方案；
(6)选取受端电网电源建设评价指标体系中与特高压直流输电系统关联程度较高的指标，以罚函数形式将电源规划方案中这些指标的未达标值计入目标函数中；
(7)结合总体的目标函数和约束条件，建立考虑特高压直流接入的受端电网电源规划模型，并对其进行求解。
3.根据权利要求2所述的考虑特高压直流接入的受端电网电源规划方法，其特征在于：步骤(2)所述的“通过耦合关联分析，计算特高压直流区外来电与受端电网电源建设两系统的关联程度”的具体内容为：
a.将灰色关联分析方法应用于电力系统的源网耦合关联分析；
b.将关联分析与电源规划相结合，使得电源规划更切合实际，精确度更高。
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