CN108110789B - 一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法，能够同时对多个间歇性可再生能源的分层分区接入点、电网的线路扩建方案，以及有功功率的外送容量进行优化规划；规划过程中，基于不同有功功率外送容量值分别求取接入点和线路最优方案，依据这些最优方案，通过生产模拟对生产成本、可靠性、电力外送收益指标进行评价，基于建设成本和上述评价指标，通过TOPSIS法实现有功功率外送容量、间歇性可再生能源接入点，以及电网线路扩建方案的最优方案决策。

Description

一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法
技术领域
本发明涉及电网规划技术领域，尤其涉及一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法。
背景技术
随着风电、光伏等间歇性可再生能源在我国的快速发展，该类能源的间歇性和波动性会对电网的运行和规划产生显著的影响，所以，在电网规划中考虑其影响具有很大的必要性。
因为大容量的间歇性可再生能源在电网系统中的接入电压等级、接入区域，以及具体接入点不同，其对电网系统运行造成的影响也会有所差别，这涉及到电网运行的安全可靠性和经济性，因此，将间歇性可再生能源的分层分区接入点优化作为电网规划的重要决策变量。
大量间歇性可再生能源的接入使得富余清洁能源的外送成为可能，但与此相关的有功功率外送输出对系统潮流的分布、运行的安全可靠性和经济性也会有明显的影响。因此，将有功功率外送容量同时作为电网规划的重要决策变量。
现在的并网规划方法不能同时实现多个间歇性可再生能源分层分区接入点优化、电网线路扩建方案优化和有功功率外送容量优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法，包括以下步骤：
步骤1)，获取网架数据、系统内包括间歇性可再生能源在内的电源数据、以及负荷数据；
步骤2)，将当前有功功率外送容量值设置为预设的最低阈值；
步骤3)，根据当前有功功率外送容量值，求解间歇性可再生能源接入点和线路扩建的最优方案，并将该最优方案存储为解决方案；
步骤4)，对当前有功功率外送容量值按照预设的步长进行增加；
步骤5)，判断当前有功功率外送容量值是否超过预设的范围阈值，如未超过，转至执行步骤3)，否则转至执行步骤6)；
步骤6)，对存储的解决方案进行生产模拟计算，得到生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标；
步骤7)，基于建设成本、生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标，通过TOPSIS法实现有功功率外送容量、间歇性可再生能源接入点、以及电网线路扩建方案的最优方案决策。
作为本发明一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法进一步的优化方案，步骤1)中所述的网架数据包括各条线路走廊单回线的架设费用、始末节点、线路回数上限、已有线路回数、线路阻抗值和线路强迫停运率，电源数据包括各常规发电机的出力上下限、强迫停运率及经济参数，间歇性电源的装机容量和出力分布参数，负荷数据包括各个负荷点的负荷峰值以及负荷变化的分布参数。
作为本发明一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法进一步的优化方案，步骤3)中求解间歇性可再生能源接入点和线路扩建的最优方案时采用如下优化模型：
优化目标为
Figure BDA0001502059240000021
其中，k1为资金回收系数，k1＝rc(1+rc)n/[(1+rc)n-1]，rc为贴现率，n为工程经济使用年限，cj为线路走廊j扩展一回新建线路的投资费用，xj为线路走廊j中新建后的线路回路数，
Figure BDA0001502059240000022
为线路走廊j中初始的线路回路数，ΩT为线路走廊集合；
优化约束为：
A)，N及N-1状态下的系统连通性约束，即：正常运行状态下不形成孤岛；N-1故障状态下不形成孤岛；
B)，网络潮流方程基于直流潮流形成，功率平衡约束为总负荷与总电源出力平衡；
C)，线路正常运行及N-1故障下的线路有功潮流约束：
Figure BDA0001502059240000023
Figure BDA0001502059240000024
其中
Figure BDA0001502059240000025
为线路走廊j的单回线有功传输上限，
Figure BDA0001502059240000026
分别为线路正常运行和N-1故障情况下场景s下线路走廊j输送的有功功率，
Figure BDA0001502059240000027
为N-1情况下线路走廊j的线路回数，S为场景集，且场景集S包括以下场景：
C.1)，负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为零，各个常规发电机的出力；
C.2)，负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为最大值，各个常规发电机的出力；
D)，走廊线路扩建回数范围约束：
Figure BDA0001502059240000028
j∈ΩT，
Figure BDA0001502059240000029
xj 为xj的上下限；
E)，间歇性可再生能源接入点决策范围约束：
Figure BDA00015020592400000210
其中，yi为间歇性可再生能源i的接入点决策变量，
Figure BDA0001502059240000031
为待选接入点集，Nyi为待选接入点数量；
F)，有功功率外送容量值约束：
Figure BDA0001502059240000032
Figure BDA0001502059240000033
其中，POUT为有功功率外送容量设定值，Pi OUT为外送点的有功功率外送量，
Figure BDA0001502059240000034
Pi OUT 为Pi OUT的上下限，ΩOUT为外送点集。
作为本发明一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法进一步的优化方案，所述步骤6)中的生产模拟计算中，评价指标包括生产成本、可靠性、电力外送收益，通过蒙特卡洛随机模拟得到，具体如下：
步骤6.1)，初始化采样次数n＝0，累计指标值Cfuel＝0，EENS＝0，COUT＝0；
步骤6.2)，依据负荷分布参数、间歇性可再生能源出力相关的分布参数得到各个负荷与间歇性可再生能源出力的随机抽样值，依据常规发电机的强迫停运率获得其可用状态抽样，对可用常规发电机进行经济调度以确定发电机的出力，依据线路的强迫停运率获得线路的可用状态抽样；
步骤6.3)，依据随机抽样的负荷、间歇性可再生能源出力、相应的常规发电机出力、以及网络中各条线路的可用状态，计算各条线路的有功潮流数值；检验是否发生线路有功潮流越限或负荷供电不足，如果发生，则对发电机出力、间歇性可再生能源出力、外送功率及负荷进行调整，直至消除越限或负荷供电不足；
步骤6.4)，记录该次抽样下的指标统计值如下：
生产成本
Figure BDA0001502059240000035
ΩG为常规火力发电机集，Pi G为发电机i的出力，
Figure BDA0001502059240000036
为发电机i的成本系数；
可靠性
Figure BDA0001502059240000037
Pi L为负荷值，Pi L,0为随机抽样得到的负荷值，ΩL为负荷集；
电力外送收益
Figure BDA0001502059240000038
Figure BDA0001502059240000039
为外送收益系数，Pi OUT为外送功率值；
记录累计指标值为
Figure BDA00015020592400000310
EENS＝EENS+EENSn，
Figure BDA00015020592400000311
步骤6.5)，n＝n+1，判断n是否达到预设的采样次数上限M，如果达到，则转至执行步骤6.6)，否则转至执行步骤6.2)；
步骤6.6)，根据以下公式计算指标的单年期望值：
Figure BDA0001502059240000041
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明能够在间歇性可再生能源分层分区并网规划中，同时实现多个间歇性可再生能源分层分区接入点优化、电网线路扩建方案优化，以及有功功率外送容量优化，获得较为全面的规划优化方案；
2.基于不同有功功率外送容量值，求取接入点和线路的最优方案，从而考虑不同有功功率外送规模下的方案差异；
3.基于不同有功功率外送容量值对应的最优方案，通过生产模拟对生产成本、可靠性、电力外送收益指标进行评价，并据此通过TOPSIS法进行有功功率外送容量、间歇性可再生能源接入点，以及电网线路扩建方案的最优方案决策，有助于在不显著增加规划模型复杂性的条件下，提高规划过程中所考虑信息的全面性。
附图说明
图1为本间歇性可再生能源分层分区并网规划方法的流程示意图；
图2为评价生产成本、可靠性、电力外送收益的生产模拟计算流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明间歇性可再生能源分层分区并网规划方法，其具体步骤如下：
步骤1：获取网架数据、系统内包括间歇性可再生能源在内的电源数据、负荷数据。
网架数据具体包括：各条线路走廊单回线的架设费用、始末节点、线路回数上限、已有线路回数、线路阻抗值、线路强迫停运率。
电源数据具体包括：各常规发电机的出力上下限、强迫停运率及经济参数，间歇性电源的装机容量、出力分布参数及其他相关数据。
负荷数据具体包括：各个负荷点的负荷峰值，以及负荷变化的分布参数。
步骤2：设置初始的有功功率外送容量值为最低值。
步骤3：根据有功功率外送容量值，求解间歇性可再生能源接入点和线路扩建的最优方案，并将该最优方案存储为解决方案。
其涉及的优化模型如下：
优化目标为
Figure BDA0001502059240000051
其中，k1为资金回收系数，k1＝rc(1+rc)n/[(1+rc)n-1]，rc为贴现率(％)，n为工程经济使用年限，cj为线路走廊j扩展一回新建线路的投资费用(万元)，xj为线路走廊j中新建后的线路回路数，
Figure BDA0001502059240000052
为线路走廊j中初始的线路回路数，ΩT为线路走廊集合。
优化约束为：
A)，N及N-1状态下的系统连通性约束，即：正常运行状态下不形成孤岛；N-1故障状态下不形成孤岛。
B)，网络潮流方程基于直流潮流形成，功率平衡约束为总负荷与总电源出力平衡。
C)，线路正常运行及N-1故障下的线路有功潮流约束：
Figure BDA0001502059240000053
Figure BDA0001502059240000054
其中
Figure BDA0001502059240000055
为线路走廊j的单回线有功传输上限，
Figure BDA0001502059240000056
分别为线路正常运行和N-1故障情况下，场景s下线路走廊j输送的有功功率，
Figure BDA0001502059240000057
为N-1情况下线路走廊j的线路回数，S为场景集，且场景集S包括以下场景：
1)负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为零，各个常规发电机的出力；
2)负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为最大值，各个常规发电机的出力；
D)，走廊线路扩建回数范围约束：
Figure BDA0001502059240000058
其中
Figure BDA0001502059240000059
xj 为xj的上下限。
E)，间歇性可再生能源接入点决策范围约束：
Figure BDA00015020592400000513
其中，yi为间歇性可再生能源i的接入点决策变量，
Figure BDA00015020592400000510
为待选接入点集，Nyi为待选接入点数量。
F)，有功功率外送容量值约束：
Figure BDA00015020592400000511
Figure BDA00015020592400000512
其中，POUT为有功功率外送容量设定值，Pi OUT为外送点的有功功率外送量，
Figure BDA0001502059240000061
Pi OUT 为Pi OUT的上下限，ΩOUT为外送点集。
步骤4：对当前有功功率外送容量值按照预设的步长进行增加。
步骤5：判断有功功率外送容量值是否超过允许范围，如未超过，转至步骤3，否则转至步骤6。
步骤6：对存储的解决方案进行生产模拟计算，得到生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标。
步骤7：基于建设成本、生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标，通过TOPSIS法实现有功功率外送容量、间歇性可再生能源接入点，以及电网线路扩建方案的最优方案决策。
如图2所示，步骤6中的生产模拟计算中，通过蒙特卡洛随机模拟得到各个评价指标，具体方法如下：
步骤6.1)，初始化采样次数n＝0，累计指标值Cfuel＝0，EENS＝0，COUT＝0；
步骤6.2)，依据负荷分布参数、间歇性可再生能源出力相关的分布参数得到各个负荷与间歇性可再生能源出力的随机抽样值，依据常规发电机的强迫停运率获得其可用状态抽样，对可用常规发电机进行经济调度以确定发电机的出力，依据线路的强迫停运率获得线路的可用状态抽样；
步骤6.3)，依据随机抽样的负荷、间歇性可再生能源出力、相应的常规发电机出力、以及网络中各条线路的可用状态，计算各条线路的有功潮流数值；检验是否发生线路有功潮流越限或负荷供电不足，如果发生，则对发电机出力、间歇性可再生能源出力、外送功率及负荷进行调整，直至消除越限或负荷供电不足；
步骤6.4)，记录该次抽样下的指标统计值如下：
生产成本
Figure BDA0001502059240000062
ΩG为常规火力发电机集，Pi G为发电机i的出力，
Figure BDA0001502059240000063
为发电机i的成本系数；
可靠性
Figure BDA0001502059240000064
Pi L为负荷值，Pi L,0为随机抽样得到的负荷值，ΩL为负荷集；
电力外送收益
Figure BDA0001502059240000065
Figure BDA0001502059240000066
为外送收益系数，Pi OUT为外送功率值；
记录累计指标值为
Figure BDA0001502059240000067
EENS＝EENS+EENSn，
Figure BDA0001502059240000068
步骤6.5)，n＝n+1，判断n是否达到预设的采样次数上限M，如果达到，则转至执行步骤6.6)，否则转至执行步骤6.2)；
步骤6.6)，根据以下公式计算指标的单年期望值：
Figure BDA0001502059240000071
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种间歇性可再生能源分层分区并网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)，获取网架数据、系统内包括间歇性可再生能源在内的电源数据、以及负荷数据；
步骤2)，将当前有功功率外送容量值设置为预设的最低阈值；
步骤3)，根据当前有功功率外送容量值，求解间歇性可再生能源接入点和线路扩建的最优方案，并将该最优方案存储为解决方案；
步骤4)，对当前有功功率外送容量值按照预设的步长进行增加；
步骤5)，判断当前有功功率外送容量值是否超过预设的范围阈值，如未超过，转至执行步骤3)，否则转至执行步骤6)；
步骤6)，对存储的解决方案进行生产模拟计算，得到生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标；
步骤7)，基于建设成本、生产成本、可靠性、电力外送收益评价指标，通过TOPSIS法实现有功功率外送容量、间歇性可再生能源接入点、以及电网线路扩建方案的最优方案决策；
步骤1)中所述的网架数据包括各条线路走廊单回线的架设费用、始末节点、线路回数上限、已有线路回数、线路阻抗值和线路强迫停运率，电源数据包括各常规发电机的出力上下限、强迫停运率及经济参数，间歇性电源的装机容量和出力分布参数，负荷数据包括各个负荷点的负荷峰值以及负荷变化的分布参数；
步骤3)中求解间歇性可再生能源接入点和线路扩建的最优方案时采用如下优化模型：
优化目标为
Figure FDA0002730416290000011
其中，k1为资金回收系数，k1＝rc(1+rc)n/[(1+rc)n-1]，rc为贴现率，n为工程经济使用年限，cj为线路走廊j扩展一回新建线路的投资费用，xj为线路走廊j中新建后的线路回路数，
Figure FDA0002730416290000012
为线路走廊j中初始的线路回路数，ΩT为线路走廊集合；
优化约束为：
A)，N及N-1状态下的系统连通性约束，即：正常运行状态下不形成孤岛；N-1故障状态下不形成孤岛；
B)，网络潮流方程基于直流潮流形成，功率平衡约束为总负荷与总电源出力平衡；
C)，线路正常运行及N-1故障下的线路有功潮流约束：
Figure FDA0002730416290000013
Figure FDA0002730416290000014
其中
Figure FDA0002730416290000015
为线路走廊j的单回线有功传输上限，
Figure FDA0002730416290000016
分别为线路正常运行和N-1故障情况下场景s下线路走廊j输送的有功功率，
Figure FDA0002730416290000021
为N-1情况下线路走廊j的线路回数，S为场景集，且场景集S包括以下场景：
C.1)，负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为零，各个常规发电机的出力；
C.2)，负荷处于峰值，间歇性可再生能源出力为最大值，各个常规发电机的出力；
D)，走廊线路扩建回数范围约束：
Figure FDA0002730416290000022
Figure FDA0002730416290000023
xj 为xj的上下限；
E)，间歇性可再生能源接入点决策范围约束：
Figure FDA0002730416290000024
其中，yi为间歇性可再生能源i的接入点决策变量，
Figure FDA0002730416290000025
为待选接入点集，Nyi为待选接入点数量；
F)，有功功率外送容量值约束：
Figure FDA0002730416290000026
Figure FDA0002730416290000027
其中，POUT为有功功率外送容量设定值，Pi OUT为外送点的有功功率外送量，
Figure FDA0002730416290000028
Pi OUT 为Pi OUT的上下限，ΩOUT为外送点集。
2.根据权利要求1所述的间歇性可再生能源分层分区并网规划方法，其特征在于，所述步骤6)中的生产模拟计算中，评价指标包括生产成本、可靠性、电力外送收益，通过蒙特卡洛随机模拟得到，具体如下：
步骤6.1)，初始化采样次数n＝0，累计指标值Cfuel＝0，EENS＝0，COUT＝0；
步骤6.2)，依据负荷分布参数、间歇性可再生能源出力相关的分布参数得到各个负荷与间歇性可再生能源出力的随机抽样值，依据常规发电机的强迫停运率获得其可用状态抽样，对可用常规发电机进行经济调度以确定发电机的出力，依据线路的强迫停运率获得线路的可用状态抽样；
步骤6.3)，依据随机抽样的负荷、间歇性可再生能源出力、相应的常规发电机出力、以及网络中各条线路的可用状态，计算各条线路的有功潮流数值；检验是否发生线路有功潮流越限或负荷供电不足，如果发生，则对发电机出力、间歇性可再生能源出力、外送功率及负荷进行调整，直至消除越限或负荷供电不足；
步骤6.4)，记录该次抽样下的指标统计值如下：
生产成本
Figure FDA0002730416290000031
ΩG为常规火力发电机集，Pi G为发电机i的出力，
Figure FDA0002730416290000032
为发电机i的成本系数；
可靠性
Figure FDA0002730416290000033
Pi L为负荷值，Pi L,0为随机抽样得到的负荷值，ΩL为负荷集；
电力外送收益
Figure FDA0002730416290000034
Figure FDA0002730416290000035
为外送收益系数，Pi OUT为外送点的有功功率外送量；
记录累计指标值为
Figure FDA0002730416290000036
EENS＝EENS+EENSn，
Figure FDA0002730416290000037
步骤6.5)，n＝n+1，判断n是否达到预设的采样次数上限M，如果达到，则转至执行步骤6.6)，否则转至执行步骤6.2)；
步骤6.6)，根据以下公式计算指标的单年期望值：
Figure FDA0002730416290000038
EENSy＝8760×EENS/M，
Figure FDA0002730416290000039
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