CN106971239B - 一种改进的参考电网评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种改进的参考电网评价方法，包括以下步骤：给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选支路方案；进行优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之为目标并包括多个约束；对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理，将其转换为混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。本发明可用于现状电网在前瞻时间尺度内负荷水平下的适应性评估明确现状电网薄弱环节，又能考虑电网实际运行方式优化以及事故情况下的电网拓扑校正控制安全风电、负荷功率的波动情况用于电网规划方案优选，提高规划决策的精准性，实现电网发展专业精益化管理。

Description

一种改进的参考电网评价方法
技术领域
本发明涉及电网评价技术领域，具体地说是一种改进的参考电网评价方法。
背景技术
电网在发电与负荷平衡过程中起着重要的支撑作用。该平衡的能力和裕度与电网特性有关。如何对其进行评价和量化以指导电网规划具有重要意义。
参考电网提供了一套能够对现有网络进行客观评估的标准。通过对对参考网络的最优投资成本和最优阻塞成本进行量化，可将其与现有网络的投资和阻塞成本进行比较。通过比较参考网络单条线路的容量和现有网络的单条线路容量，可以明确输电系统所需要的新投资。当然，该方法也可以用于确定现有网络中存在的搁浅投资数量。另外，它还可以用来比较最优运行成本和实际运行成本。但需看到，参考电网评价并无涉及现状电网情况，直接将其用于电网规划投资决策欠妥，对此，要做的就是考虑现状电网情况下，基于电力需求预测，预演电网发展规律，前瞻性地把握电网运行情况，超前预判电网在未来时间窗内负荷水平下的适应性，为诊断电网薄弱环节指明方向，为电网规划决策提供科学依据。
参考网络是实现电网科学精准投资的重要手段，其不限于对某一条或多条新建线路进行优化，它的优化目标是整个输电系统，包括全部新建线路和已有线路，为电网资源的科学合理配置提供辅助决策支撑。专利申请号为201510333979.9的中国专利：“用于电力系统评估与渐进规划的参考电网模型及求解方法”，公开了一种用于电力系统评估与渐进规划的参考电网模型及求解方法，其焦点在于基于直流潮流形式的大规模系统优化潮流问题的求解，但其并无考虑现状电网情况，难以明确电网规划的投资方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的参考电网评价方法，能够考虑现状电网实际情况，又能考虑电网实际运行方式优化以及事故情况下的电网拓扑校正控制情况，提高规划决策的精准性，避免冗余投资，适应于电网发展专业规划决策。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种改进的参考电网评价方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选支路方案；
(2)进行优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之为目标并包括多个约束；
(3)对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理，将其转换为混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
进一步地，所述步骤(2)中，优化模型中目标函数表达式为：
Figure GDA0001306309550000021
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；
Figure GDA0001306309550000022
为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；Tl为线路l的传输容量。
进一步地，所述步骤(2)中，优化模型中多个约束具体包括以下七个约束：
1)节点功率平衡约束
Figure GDA0001306309550000031
其中，NB为节点集合；
Figure GDA0001306309550000032
为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NG,i和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合；
2)发电机组有功功率上下限约束
Figure GDA0001306309550000033
其中，
Figure GDA0001306309550000034
和
Figure GDA0001306309550000035
分别为发电机组g有功功率上下限；
3)输电支路传输容量约束
Figure GDA0001306309550000036
Figure GDA0001306309550000037
其中，NL为输电支路集合；Bl为输电支路l电纳；
Figure GDA0001306309550000038
为负荷时段t节点i电压相角；
Figure GDA0001306309550000039
为负荷时段t支路l的运行状态，其为二进制变量，
Figure GDA00013063095500000310
表示负荷时段t支路l处于运行状态，
Figure GDA00013063095500000311
表示负荷时段t支路l处于停运状态；
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
Figure GDA00013063095500000312
NS为预想事件集合；上标(s)标记事故运行状态s，下同；
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
Figure GDA00013063095500000313
其中，
Figure GDA00013063095500000314
为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率；
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
Figure GDA00013063095500000315
Figure GDA00013063095500000316
其中，
Figure GDA00013063095500000317
为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，
Figure GDA00013063095500000318
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，
Figure GDA0001306309550000041
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；
Figure GDA0001306309550000042
为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；
Figure GDA0001306309550000043
为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角。
进一步地，所述步骤(3)对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理是指通过引入辅助变量将其转化为混合整数规划模型求解，具体如下：
对于式(4)含有整数变量和连续变量乘积形式的等式约束，可通过引入一个非常大的常数将其转换为混合整数线性约束形式，即
Figure GDA0001306309550000044
其中，M为一个非常大的数，
Figure GDA0001306309550000045
Figure GDA0001306309550000046
表示支路两端电压相角差的最大值，
Figure GDA0001306309550000047
由于M非常大，则当
Figure GDA0001306309550000048
时，自动满足
Figure GDA0001306309550000049
而当
Figure GDA00013063095500000410
时，支路功率跟其两端节点电压相角之间并无构成约束关系。类似地，式(9)可转换为
Figure GDA00013063095500000411
对于式(5)含有整数变量和连续变量乘积形式的不等式约束，通过引入一辅助变量将其转换为混合整数非线性约束形式，即
Figure GDA00013063095500000412
其中，辅助变量
Figure GDA00013063095500000413
和
Figure GDA00013063095500000414
均为连续变量；由此，当则当
Figure GDA00013063095500000415
时，
Figure GDA00013063095500000416
自动满足
Figure GDA00013063095500000417
而当
Figure GDA00013063095500000418
时，
Figure GDA00013063095500000419
将迫使Pl max＝0，因此其与式(5)等价；类似地，式(10)可转换为
Figure GDA0001306309550000051
本发明的有益效果是：本发明可用于现状电网在前瞻时间尺度内负荷水平下的适应性评估明确现状电网薄弱环节，明确投资重点，是实现电网科学精准投资的重要手段；能够考虑现状电网实际情况，又能考虑电网实际运行方式优化以及事故情况下的电网拓扑校正控制安全风电、负荷功率的波动情况用于电网规划方案优选，提高规划决策的精准性，避免冗余投资，实现电网发展专业精益化管理。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种改进的参考电网评价方法，其具体包括如下三个步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选支路方案；
(2)进行优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之为目标并包括多个约束；
优化模型中目标函数表达式为：
Figure GDA0001306309550000052
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；
Figure GDA0001306309550000053
为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；Tl为线路l的传输容量。
优化模型中多个约束具体包括以下约束：
1)节点功率平衡约束
Figure GDA0001306309550000061
其中，NB为发电机集合；为节点集合；
Figure GDA0001306309550000062
为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NG,i和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合。
2)发电机组有功功率上下限约束
Figure GDA0001306309550000063
其中，
Figure GDA0001306309550000064
和
Figure GDA0001306309550000065
分别为发电机组g有功功率上下限。
3)输电支路传输容量约束
Figure GDA0001306309550000066
Figure GDA0001306309550000067
其中，NL为发电机集合；Bl为输电支路l电纳；
Figure GDA0001306309550000068
为负荷时段t节点i电压相角；
Figure GDA0001306309550000069
为负荷时段t支路l的运行状态，其为二进制变量，
Figure GDA00013063095500000610
表示负荷时段t支路l处于运行状态，
Figure GDA00013063095500000611
表示负荷时段t支路l处于停运状态。
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
Figure GDA00013063095500000612
NS为预想事件集合；上标(s)标记事故运行状态s，下同。
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
Figure GDA00013063095500000613
其中，
Figure GDA00013063095500000614
为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率。
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
Figure GDA00013063095500000615
Figure GDA0001306309550000071
其中，
Figure GDA0001306309550000072
为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，
Figure GDA0001306309550000073
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，
Figure GDA0001306309550000074
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；
Figure GDA0001306309550000075
为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；
Figure GDA0001306309550000076
为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角。
(3)对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理，将其转换为混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理是指通过引入辅助变量将其转化为混合整数规划模型求解，具体如下：
对于式(4)含有整数变量和连续变量乘积形式的等式约束，可通过引入一个非常大的常数将其转换为混合整数线性约束形式，即
Figure GDA0001306309550000077
其中，M为一个非常大的数，
Figure GDA0001306309550000078
Figure GDA0001306309550000079
表示支路两端电压相角差的最大值，
Figure GDA00013063095500000710
由于M非常大，则当
Figure GDA00013063095500000711
时，自动满足
Figure GDA00013063095500000712
而当
Figure GDA00013063095500000713
时，支路功率跟其两端节点电压相角之间并无构成约束关系。类似地，式(9)可转换为
Figure GDA00013063095500000714
对于式(5)含有整数变量和连续变量乘积形式的不等式约束，通过引入一辅助变量将其转换为混合整数非线性约束形式，即
Figure GDA0001306309550000081
其中，辅助变量
Figure GDA0001306309550000082
和
Figure GDA0001306309550000083
均为连续变量。由此，当则当
Figure GDA0001306309550000084
时，
Figure GDA0001306309550000085
自动满足
Figure GDA0001306309550000086
而当
Figure GDA0001306309550000087
时，
Figure GDA0001306309550000088
将迫使Pl max＝0，因此其与式(5)等价。类似地，式(10)可转换为
Figure GDA0001306309550000089

Claims (2)

1.一种改进的参考电网评价方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)给定现状电网参数，前瞻时间尺度内各时段负荷预测值，以及规划网络候选支路方案；
(2)进行优化模型的构建，优化模型以最小化年发电成本和年输电成本之和为目标并包括多个约束；
所述步骤(2)中，优化模型中目标函数表达式为：
Figure FDA0002587246240000011
式中，NT为划分的负荷时段集合；NG为发电机集合；NL为输电支路集合；
Figure FDA0002587246240000012
为常规机组g在时段t输出有功功率；Cg为发电机组g的线性成本系数；Δτt为负荷时段t的持续时间；Cl为线路l的年投资成本；Ll为线路l的长度；Tl为线路l的传输容量；Tl min为线路l的最小传输容量；
述步骤(2)中，优化模型中多个约束具体包括以下七个约束：
1)节点功率平衡约束
Figure FDA0002587246240000013
其中，NB为节点集合；
Figure FDA0002587246240000014
为负荷时段t支路l的传输有功功率，其首末节点分别为节点i和节点j；NS,i和NE,i分别为以节点i为首、末端节点的传输支路集合；NG,i和ND,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合；
Figure FDA0002587246240000015
为全部负荷d在时段t输出有功功率；
Figure FDA0002587246240000016
其中，
Figure FDA0002587246240000017
和
Figure FDA0002587246240000018
分别为发电机组g有功功率上下限；
2)输电支路传输容量约束
Figure FDA0002587246240000021
其中，NL为输电支路集合；Bl为输电支路l电纳；
Figure FDA0002587246240000022
为负荷时段t节点i电压相角；
Figure FDA0002587246240000023
为负荷时段t支路l的运行状态，其为二进制变量，
Figure FDA0002587246240000024
表示负荷时段t支路l处于运行状态，
Figure FDA0002587246240000025
表示负荷时段t支路l处于停运状态；
5)N-1预想事故情况下节点功率平衡约束：
Figure FDA0002587246240000026
NS为预想事件集合；上标(s)代表预想事故s，下同；
6)N-1预想事故情况下发电机组有功功率上下限约束：
Figure FDA0002587246240000027
其中，
Figure FDA0002587246240000028
为预想事故s下负荷时段t发电机组g再调度的有功功率；
7)N-1预想事故情况下输电支路传输容量约束：
Figure FDA0002587246240000029
其中，
Figure FDA00025872462400000210
为预想事故s下负荷时段t候选支路l的运行状态，
Figure FDA00025872462400000211
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于运行状态，
Figure FDA00025872462400000212
表示预想事故s下负荷时段t候选支路l处于事故停运状态；
Figure FDA00025872462400000213
为预想事故s下负荷时段t支路l的有功功率；
Figure FDA00025872462400000214
为预想事故s下负荷时段t节点i的电压相角；
(3)对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理，将其转换为混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电线路容量值。
2.根据权利要求1所述的一种改进的参考电网评价方法，其特征是，所述步骤(3)对优化模型中混合整数非线性约束式进行处理是指通过引入辅助变量将其转化为混合整数线性规划模型求解，具体如下：
对于式(4)含有整数变量和连续变量乘积形式的等式约束，可通过引入一个非常大的常数将其转换为混合整数线性约束形式，即
Figure FDA0002587246240000031
其中，M为一个非常大的数，
Figure FDA0002587246240000032
Figure FDA0002587246240000033
表示支路两端电压相角差的最大值，
Figure FDA0002587246240000034
由于M非常大，则当
Figure FDA0002587246240000035
时，自动满足
Figure FDA0002587246240000036
而当
Figure FDA0002587246240000037
时，支路功率跟其两端节点电压相角之间并无构成约束关系；类似地，式(9)可转换为
Figure FDA0002587246240000038
对于式(5)含有整数变量和连续变量乘积形式的不等式约束，通过引入辅助变量
Figure FDA0002587246240000039
和
Figure FDA00025872462400000310
将其转换为混合整数线性约束形式，即
Figure FDA00025872462400000311
其中，辅助变量
Figure FDA00025872462400000312
和
Figure FDA00025872462400000313
均为连续变量；
Figure FDA00025872462400000314
和
Figure FDA00025872462400000315
为时段t支路l的传输有功功率辅助变量，其首末节点分别为节点i和节点j；Tl min为线路l的最小传输容量；Tl max为线路l的最大传输容量；由此，当
Figure FDA00025872462400000316
时，
Figure FDA00025872462400000317
Pl max为支路l的最大输出有功功率，自动满足
Figure FDA00025872462400000318
而当
Figure FDA00025872462400000319
时，
Figure FDA00025872462400000320
将迫使Pl max＝0，因此其与式(5)等价；
类似地，式(10)可转换为
Figure FDA00025872462400000321
其中，
Figure FDA00025872462400000322
和
Figure FDA00025872462400000323
为预想事件s时段t支路l的传输有功功率辅助变量，其首末节点分别为节点i和节点j。
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