CN109146706A - 一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，包括：根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；基于建立的电力系统灵活性评价指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；基于建立的输电网双层扩展规划模型对输电网进行规划；有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。

Description

一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法
技术领域
本发明涉及电网规划领域，具体地，涉及一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法。
背景技术
为应对全球环境恶化和传统能源枯竭，可再生能源发电技术迅猛发展,并网比例不断提高。中国已经提出，到2050年将可再生能源发电比提升至60％，届时，风力、光伏发电将成为系统中的主要电源。但由于可再生能源出力的时空分布特性，多时空耦合带来较强的不确定性，系统弃风、弃光问题日益凸显，电网的安全稳定运行面临严峻挑战,可再生能源的消纳问题亟待解决。灵活性作为评估系统对不确定性承受能力的指标，对提高可再生能源消纳能力，增强可再生能源并网后电力系统可靠性具有重要意义。
目前，国内外对于电力系统灵活性的研究仍处于起步阶段，对灵活性定义也缺乏共识。北美电力可靠性协会(North American Electric Reliability Council，NERC)将电力系统灵活性定义为电力系统利用本身资源满足需求变化的能力；国际能源署(International Energy Agency，IEA)则将其定义为：电力系统在其运行约束边界内，对可预见和不可预见的变化和事件迅速反应的能力。虽然表述有所差异，但总的来说，电力系统灵活性就是电力系统对于不确定因素的耐受能力。对此，国内外学者也进行了一系列的研究。EamonnLannoye等学者初步阐述了灵活性概念，并定义了灵活性的方向性、灵活性不足概率指标等，建立了电力系统灵活性评估体系，还有学者提出灵活性雷达图、灵活性影响因素打分法、功率图谱法、技术经济不确定性灵活性指数等方法来评估系统灵活性。就目前研究而言，仅考虑经济性指标的传统电网规划模型已无法适应当前多重不确定性影响下的电网运行需求,而国内外学者对灵活性研究大部分都侧重灵活性概念的阐述和电力系统灵活性评估指标的建立，鲜有在输电网规划中的应用。
发明内容
本发明提供了一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。
针对以上不足，本方法根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立了考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；然后，利用所提灵活性指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立了基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；最后利用Garver-18节点系统求解该规划模型，验证了本申请模型的正确性和可行性；
1、电力系统灵活性供需平衡
现有研究表明，电力系统灵活性具有方向性,时间尺度特性,实时性,供需匹配性4个特征，在电网规划伊始考虑电力系统灵活性指标，不仅能有效提高可再生能源在电力系统中的渗透率，同时能保证系统安全、可靠、经济地运行。
1.1电力系统灵活性需求
电力系统的灵活性需求主要来自不确定性所引起的系统功率变化，这些功率变化主要集中在电源侧的出力波动和负荷的不可预测变化。
1.1.1电源侧灵活性需求
电源侧的灵活性需求主要来自可再生能源的出力波动。根据可再生能源机组出力的特点，将可再生能源出力分为两部分，一部分为预测值，另一部分为预测误差值，如下所示。
PREG(t)＝PREG.F(t)+PREG.E(t) (1)
式(1)中PREG(t)为t时刻可再生能源出力，PREG.F(t)和PREG.E(t)分别为可再生能源出力的预测值和预测误差值。而灵活性需求仅来自可再生能源的出力预测误差部分。可再生能源出力预测是根据当前时刻可再生机组出力及各监测数据，以其采样周期为预测步长进行的滚动预测，在预测方法和采样周期不变的前提下，认为其平均绝对百分误差EMAPE为固定值[26],再以平均绝对百分误差为基础，衡量各不同时刻可再生能源对电力系统灵活性的需求，如
下所示。
PREG.E.AVE＝±EMAPE·PREG.F (2)
式(2)、(3)中，PREG.E.AVE代表可再生能源出力预测平均误差；τ代表可再生能源出力预测步长，即灵活性需求时间尺度；集合D代表灵活性的方向；表示时刻t至时刻t+τ系统的灵活性需求量。
1.1.2负荷侧灵活性需求
在不考虑负荷侧响应的情况下，负荷侧的灵活性需求主要来自系统故障所切负荷，系统的失负荷量与系统当前运行状态有关。当系统发生故障失掉部分负荷，系统需求向下灵活性资源。
PL(t)＝PLOAD-PL.F(t) (4)
PL.F(t)＝PLOAD·LOLP (5)
式(4)-(6)中，为向下灵活性需求；PL(t)为系统负荷；PLOAD为系统总负荷；PL.F(t)为t时刻因故障失负荷量；LOLP为失负荷概率，其值与系统运行状态相关。
1.1电力系统灵活性资源
灵活性资源作用在相应时间尺度，为电力系统解决不确定性问题。目前应用最广泛的灵活性资源为可调机组。
1.2.1可调机组提供灵活性
可调机组包括火电机组、水电机组等具有调节能力的发电机组。根据其运行状态，可调机组能够调节出力以提供上、下调灵活性。
式(7)、(8)中，和分别为可调机组供应上、下调灵活性的大小；Rg.up和Rg.down分别为可调机组上、下调节功率的速率；和Pg(t)分别代表可调机组的最大输出功率、最小输出功率以及t时刻的输出功率。需要补充的是，水电机组的调节能力还与季节、蓄水量和水头等因素有关。
1.2.2其他灵活性资源
储能装置作为灵活性资源，受制于其荷电状态与其充放电策略，提供上、下调灵活性如式(9)、(10)所示。
式(9)、(10)中，Pd(t)、Pc(t)分别为储能装置的放电功率和充电功率，Smax与Smin分别为储能电量上、下限，S(t)为储能装置当前所存储的电量。
系统还可以通过切除可再生能源和负荷为自身提供灵活性，如式(11)、(12)所示。
式(11)、(12)中，集合Ω1为可切除可再生能源机组的集合，PL.cut(t)为切除负荷的功率。
2.电力系统灵活性供需平衡及其指标建立
2.1电力系统灵活性供需平衡
根据以上对灵活性需求与灵活性资源的描述，本申请定义电力系统供需灵活性指标。不考虑系统中固定出力的机组与固定负荷，仅考虑系统安全运行状态下的不可控功率波动。和分别为t时刻、以τi为时间尺度的上、下调灵活性需求和供给的总和。令：
式(13)中，FD(t,τi)为t时刻，以τi为时间尺度的上、下调灵活性的充裕量。当FD(t,τi)≥0时代表τi时间段内系统灵活性充裕，反之则代表此时系统缺少灵活性。根据灵活性的时间尺度特性，调节响应时间尺度较短的灵活性资源可以满足时间尺度较长的灵活性需求。
2.2电力系统供需灵活性指标
考虑到灵活性资源短缺经常出现“短时大量”的情况，单纯衡量一段时间内的灵活性不足期望不能表征灵活性缺额与其出现时长的关系，意义不大，针对以上现象，定义电力系统供需灵活性指标如下：
定义灵活性平均不足度FADD(MW/min)如式(14)所示。
式(14)中TD.ins为灵活性不足的总时间。其物理意义为，灵活性不足的情况下，平均每分钟出现的灵活性缺额。
定义灵活性平均充裕度FAAD(MW/min)如式(15)所示。
式(15)中TD.suf为灵活性充裕的总时间。其物理意义为，灵活性充裕的情况下，平均每分钟出现的灵活性充裕量。
定义灵活性供应充裕率FSAPD如式(16)所示。
其物理意义为灵活性充裕时间与总时间的比值，表征了电力系统灵活性总体的充裕情况。
综合考虑灵活性平均不足度、灵活性平均充裕度和灵活性供应充裕率，能够分别从灵活性充足、缺额期望，以及其出现的时长来表征电力系统运行中的灵活性情况。电力系统供需灵活性指标从源荷平衡的角度，表征了电力系统承受不确定性的能力。
2.3电网运行灵活性指标
本申请将电力系统灵活性定义为电力系统对于不确定因素的耐受能力。现有研究表明，电网中线路负载率越均匀，其网络结构对不确定因素的承受能力越强，发生大规模连锁故障的概率越低。故本申请中使用电力系统均匀性指标来评价电网运行的灵活性。
E2＝max{fi}-min{fi} (18)
式(17)、(18)中，E1和E2分别为系统中所有输电线路负载率的标准差和极差，作为电网均匀性指标；fi、fave分别表示线路i的负载率和负载率平均值；l表示电网中输电线路的总数。由此，定义系统所有运行方式对应状态均匀度的最大值为系统固有均匀度。即电网运行灵活性FNS。
FNS＝max(E1,E2) (19)
该指标表征了电力系统最大均匀程度，从电网的角度,反映系统承受不确定性干扰的能力。
3.基于灵活性指标的电网规划
本申请利用电力系统运行灵活性指标，分别从源、网、荷三方面表征系统接纳高比例可再生能源能力，综合考虑电源侧与电网侧规划需求，协调网源。以新建线路、灵活性资源为规划变量，进行协同规划，在满足各新建线路的回数约束，及电网运行约束前提下，综合考虑规划总成本Ctotal，电力系统灵活性指标，违反电网安全约束惩罚量O。建立多目标优化的双层灵活性扩展规划模型。
3.1上层规划模型
上层规划以规划投资总成本Ctotal(万元)、电网运行灵活性指标FNS以及违反系统安全运行惩罚量最小为优化目标，其中Ctotal由建设维护总成本Cbuild(万元)和年灵活性资源调用成本CF(万元)组成。上标表示其由下层问题返回。
上层规划模型如下所示。
F＝min{F1,F2,F3} (20)
s.t.-Bθ+PG+PF+PREG＝PL (23)
xij.min≤xij≤xij.max,ij∈Nl,xij∈Z (24)
式(20)为上层规划目标函数；式(21)为各目标函数表达式，其中Peni为第i种网络约束的惩罚系数，Hi为第i种网络约束的违反量，Ω2为网络安全运行约束集合；式(22)为建设维护总成本和灵活性资源调用总成本，其中k1为资金回收系数，k2为工程固定运行费率，c为单位长度线路的建设费用，xij、lij分别为线路ij待建回路数和线路ij长度，Zi、Zij为0-1决策变量，取值为0代表未选中待建机组、线路，取值为1代表选中待建机组、线路，Cp.i为第i种单位容量可调机组建设费用，Gi为第i种可调机组建设容量，Ω4为待建机组集合，λi为第i种灵活性资源单位调用成本，WF.i为第i种灵活性的调用总量，Ω3为灵活性资源的总和。
k1＝r(1+r)n/[(1+r)n-1] (27)
式(27)中，r为贴现率；n为工程经济适用年限。
约束条件中，式(23)潮流约束，B、θ、PG、PF、PREG、PL分别为系统节点导纳矩阵、节点电压相角向量、系统节点常规发电机出力向量、灵活性资源出力向量、可再生能源出力向量、负荷功率向量，其中，对于灵活性资源出力向量，上调灵活性出力为正，下调灵活性出力为负；式(24)为新建线路回数约束，xij为节点ij之间新建线路数量，其值为整数，xij.min、xij.max分别为节点ij之间待建线路数量最小值与最大值，Nl为正常运行状态下系统线路集合；式(25)为正常运行情况下，机组、线路运行状态约束，分别为机组i出力最小值、最大值，PG.i为正常运行条件下机组i的出力值，NG为正常运行状态下系统机组集合，为节点ij之间已有线路数量，Pij与分别为线路ij每1回线路的实际功率与最大容量；式(26)为N-1运行状态下，机组及线路的运行状态约束，其中分别为N-1运行状态下机组i的出力与系统机组集合，分别为N-1运行状态下线路ij的实际功率与线路集合。
3.2下层规划模型
下层规划用于检验上层规划所得决策。下层目标利用上文所提出的供需灵活性指标对上层决策进行优化。通过灵活性机组的建设和各种灵活性资源的调用，优化供需灵活性指标，保证系统运行过程中的网源平衡的同时，使灵活性资源的调用量最少，返回上层，对上层决策进行优化。
其中，可再生能源中风电出力预测曲线采用服从Weibull分布特性的出力序列；元件停运采用两状态元件模型。
下层规划模型如下所示。
f＝min{f1,-f2,-f3,f4} (27)
式(27)为下层规划目标函数；式(28)为各目标函数表达式；式(29)为灵活性调用总费用，其中τk为时间步长，时间步长总和为系统运行总时间T。
约束条件中，式(30)表示运行潮流约束，上标s代表运行典型场景，NS为典型运行场景集合，B为由上层规划所确定的系统导纳矩阵；式(31)为调节机组运行状态约束，Pg.i为调节机组实际出力，分别为调节机组出力的上、下限，Ng为调节机组集合。
3.3上下层规划模型之间的传递关系
在双层规划模型中，上层规划为主问题，下层规划在上层规划的决策下进行优化，同时下层规划的优化结果又返回上层对上层规划的参数进行修正，通过传递最优解的过程，实现双层相互作用，从而得到上、下层都满意的解。
在上述模型中，上层规划模型以待建线路为变量，确定系统网架结构，并通过系统导纳矩阵B传递给下层；下层规划模型在上层网架决策的基础上，以新建灵活性机组为变量，通过多场景仿真计算，以供需灵活性指标最优、灵活性资源调用量最小为目标，优化灵活性机组配置，并将最优的灵活性资源的调用总量WF.i和待建可调机组建设容量Gi传递回上层；上层规划再结合下层规划的返回参数，以经济性指标最优、运行状态灵活性指标最优及安全惩罚量最小为目标函数，对网架决策进行优化。如此反复迭代，直到求解出最优规划方案。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请从高比例可再生能源灵活性规划理论出发，提出了一套高比例可再生能源接入下的输电网灵活性规划模型，该模型综合考虑电力系统供需的灵活性平衡、电网运行状态以及电力系统安全约束。从全局着眼，统筹兼顾，在计及网源协同以及大规模可再生能源发电并网的基础上，提出一种网架布局合理、潮流分布均衡、运行安全可靠、系统适应力强、社会效益最优并对可再生能源有较高消纳能力的灵活性输电网规划模型，能够在保证电网运行效率以及安全可靠的前提下，有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中双层规划模型示意图；
图2是本申请方法的规划流程示意图；
图3是本申请模型规划结果示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
请参考图1-图3，为验证本申请所提灵活性指标及电网规划模型的有效性，本申请使用修改过的Garver-18节点系统对上文所提规划模型进行求解。其中，对上、下两层多目标函数均采用改进的非线性化主成分分析法进行综合评估，在传统主成分分析法的基础上，对原始数据进行对数中心化的非线性处理，有效提高主成分贡献率，令评估结果更为客观合理；优化算法采用改进混沌交叉变异遗传算法，将混沌系统随机性的特点运用到遗传算法的交叉与变异过程中，对上文所提规划模型进行优化求解。
1、参数设置
本申请以Garver-18节点系统原始数据为基础，根据风电场远离负荷节点的特点，将16号节点设定为风电节点，风电场额定容量设置为400MW，风电渗透率为12％，与之相邻的4号、9号节点作为灵活性机组建设备选节点，两节点分别待建两种不同机组，具体数据见附录A。修改后的系统共有17个负荷节点，9个发电节点，其中18号节点为平衡节点，以及22条待建线路。
仿真参数：功率基准值为100MVA，电压基准值为220kV，工程使用年限n＝15a，单位长度线路建设投资费用c＝80万元/km，贴现率r＝10％，工程固定运行费用k2＝5％，年运行小时数Ty＝8640h，正常情况下过负荷惩罚系数Pen1＝10(万元/MW)，N-1情况下过负荷惩罚系数Pen2＝5(万元/MW)。
本申请选取4个服从Weibull分布的风电典型日出力预测曲线，对每种上层决策各进行90天总计360天的模拟运行，以此计算下层供需灵活性指标。
2、规划结果与传统电网规划对比
仿真得到的规划线路如图3所示，图中虚线为新建线路。
其中，节点4新建灵活性机组3台，节点9新建灵活性机组4台，灵活性建设总费用为370万元。
为验证本申请所提灵活性指标的有效性，基于本申请规划方案，不同渗透率下灵活性指标如表1所示。
表1 规划系统不同渗透率下灵活性指标
由表1中数据可得，不同可再生能源渗透率方案下，系统灵活性具有明显差异。例如,相同机组配置情况下渗透率为9％的运行状态下，灵活性充足率与充足度明显高于渗透率为12％运行状态。证明本申请所提出的灵活性指标能够正确表征不同可再生能源渗透率情况下系统的灵活性。综合分析得知，可再生能源渗透率越高的系统，灵活性越差，其耐受不确定冲击的能力就越弱。需要在电网规划中，合理配置灵活性机组，以提高系统对可再生能源的消纳能力。
为验证灵活性对可再生能源消纳能力的影响，将本申请规划方案与现有文献(金义雄,王承民.电网规划基础及应用[M].中国电力出版社,2011.)中仅以经济性指标最优为目标的规划方案进行对比，其结果如表2所示。
表2 仿真结果对比
由表2中数据可以看出，考虑电力系统灵活性指标的电网规划，尽管建设费用比传统规划方案高出9.23％，但在可再生能源并网的条件下，保证了N-1安全约束，电网可靠性、安全性较高，同时，相较传统规划方案，本申请方案年缺电量期望低98.77％，对电网运行灵活性也有较大改善。通过少量线路建设和灵活性机组建设，有效提高了电网对可再生能源的消纳能力。由此可推论，传统以经济性指标最优输的电网规划已经无法适应高比例可再生能源并网的需求，需要通过考虑运行的灵活性指标对规划系统进行优化。
综上所述，本申请中所提规划方案，通过灵活性机组建设、灵活性资源调用，在保证系统安全可靠运行的前提下，平抑了可再生能源并网和元件故障带来的功率波动，提高了系统对可再生能源的消纳能力。进一步验证了本申请所提灵活性指标与规划模型的可行性。
其中，本申请与现有技术相比，进步体现为：
1、本方法考虑供需平衡的灵活性评价指标；现有研究均围绕电力系统灵活性的固有定义展开，以评估方法及评价指标为主，未对其内涵进行进一步挖掘，其应用也较为局限，本指标考虑灵活性的供需平衡关系，侧重于电力系统运行灵活性描述。
2、本方法基于灵活性供需平衡的输电网规划模型；传统运行方式下以经济性和可靠性为目标的输电网规划已趋于完善，但在大规模清洁能源并网的背景下，输电网规划中影响因素不确定化、约束条件复杂化、决策指标多元化问题日趋严重，缺乏统一有效的指标对规划结果进行评判，使得当前输电网规划研究面临全新挑战，本模型结合电力系统运行方式，综合考虑传统经济性、安全性指标与创新的灵活性供需平衡评价指标，旨在从全局着眼，统筹兼顾，在计及网源协同以及大规模可再生能源发电并网的基础上，提出一种网架布局合理、潮流分布均衡、运行安全可靠、系统适应力强、社会效益最优并对可再生能源有较高消纳能力的灵活性输电网规划模型，能够在保证电网运行效率以及安全可靠的前提下，有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，所述方法包括：
根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；
基于建立的电力系统灵活性评价指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；
基于建立的输电网双层扩展规划模型对输电网进行规划。
2.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，所述方法中电力系统灵活性供需平衡包括：电力系统灵活性需求和电力系统灵活性资源，其中，电力系统灵活性需求包括：电源侧灵活性需求和负荷侧灵活性需求，电力系统灵活性资源包括：可调机组提供灵活性和其他灵活性资源。
3.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，电力系统灵活性供需平衡及其指标建立包括：
电力系统灵活性供需平衡：定义电力系统供需灵活性指标，和分别为t时刻、以τi为时间尺度的上、下调灵活性需求和供给的总和令：
式(13)中，FD(t,τi)为t时刻，以τi为时间尺度的上、下调灵活性的充裕量；当FD(t,τi)≥0时代表τi时间段内电力系统灵活性充裕，反之则代表此时电力系统缺少灵活性；
电力系统供需灵活性指标：定义电力系统供需灵活性指标如下：
定义灵活性平均不足度FADD如式(14)所示：
式(14)中TD.ins为灵活性不足的总时间；
定义灵活性平均充裕度FAAD(MW/min)如式(15)所示：
式(15)中TD.suf为灵活性充裕的总时间；
定义灵活性供应充裕率FSAPD如式(16)所示：
电网运行灵活性指标：
E2＝max{fi}-min{fi} (18)
式(17)、(18)中，E1和E2分别为系统中所有输电线路负载率的标准差和极差，作为电网均匀性指标；fi、fave分别表示线路i的负载率和负载率平均值；l表示电网中输电线路的总数；由此，定义电力系统所有运行方式对应状态均匀度的最大值为系统固有均匀度，即电网运行灵活性FNS：
FNS＝max(E1,E2) (19)
该指标表征了电力系统最大均匀程度。
4.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，利用电力系统运行灵活性指标，分别从源、网、荷三方面表征电力系统接纳高比例可再生能源能力，综合考虑电源侧与电网侧规划需求，协调网源；以新建线路、灵活性资源为规划变量，进行协同规划，在满足各新建线路的回数约束，及电网运行约束前提下，综合考虑规划总成本Ctotal，电力系统灵活性指标，违反电网安全约束惩罚量O；建立输电网双层扩展规划模型。
5.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，输电网双层扩展规划模型包括：上层规划模型和下层规划模型；
上层规划模型以规划投资总成本Ctotal、电网运行灵活性指标FNS以及违反系统安全运行惩罚量最小为优化目标，其中Ctotal由建设维护总成本Cbuild和年灵活性资源调用成本CF组成；
下层规划模型用于检验上层规划模型所得决策，下层目标利用供需灵活性指标对上层决策进行优化，通过灵活性机组的建设和灵活性资源的调用，优化供需灵活性指标，保证电力系统运行过程中的网源平衡的同时，使灵活性资源的调用量最少，返回上层，对上层决策进行优化。
6.根据权利要求5所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，上层规划模型为：
F＝min{F1,F2,F3} (20)
s.t.-Bθ+PG+PF+PREG＝PL (23)
xij.min≤xij≤xij.max,ij∈Nl,xij∈Z (24)
式(20)为上层规划模型目标函数；式(21)为各目标函数表达式，其中Peni为第i种网络约束的惩罚系数，Hi为第i种网络约束的违反量，Ω2为网络安全运行约束集合；式(22)为建设维护总成本和灵活性资源调用总成本，其中k1为资金回收系数，k2为工程固定运行费率，c为单位长度线路的建设费用，xij、lij分别为线路ij待建回路数和线路ij长度，Zi、Zij为0-1决策变量，取值为0代表未选中待建机组、线路，取值为1代表选中待建机组、线路，Cp.i为第i种单位容量可调机组建设费用，Gi为第i种可调机组建设容量，Ω4为待建机组集合，λi为第i种灵活性资源单位调用成本，WF.i为第i种灵活性的调用总量，Ω3为灵活性资源的总和；
k1＝r(1+r)n/[(1+r)n-1] (27)
式(27)中，r为贴现率；n为工程经济适用年限；
约束条件中，式(23)潮流约束，B、θ、PG、PF、PREG、PL分别为系统节点导纳矩阵、节点电压相角向量、系统节点常规发电机出力向量、灵活性资源出力向量、可再生能源出力向量、负荷功率向量，其中，对于灵活性资源出力向量，上调灵活性出力为正，下调灵活性出力为负；式(24)为新建线路回数约束，xij为节点ij之间新建线路数量，其值为整数，xij.min、xij.max分别为节点ij之间待建线路数量最小值与最大值，Nl为正常运行状态下系统线路集合；式(25)为正常运行情况下，机组、线路运行状态约束，分别为机组i出力最小值、最大值，PG.i为正常运行条件下机组i的出力值，NG为正常运行状态下系统机组集合，为节点ij之间已有线路数量，Pij与分别为线路ij每1回线路的实际功率与最大容量；式(26)为N-1运行状态下，机组及线路的运行状态约束，其中分别为N-1运行状态下机组i的出力与系统机组集合，分别为N-1运行状态下线路ij的实际功率与线路集合。
7.根据权利要求5所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，下层规划模型为：
f＝min{f1,-f2,-f3,f4} (27)
式(27)为下层规划模型目标函数；式(28)为各目标函数表达式；式(29)为灵活性调用总费用，其中τk为时间步长，时间步长总和为系统运行总时间T；
约束条件中，式(30)表示运行潮流约束，上标s代表运行典型场景，NS为典型运行场景集合，B为由上层规划所确定的系统导纳矩阵；式(31)为调节机组运行状态约束，Pg.i为调节机组实际出力，分别为调节机组出力的上、下限，Ng为调节机组集合。
8.根据权利要求5所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，在双层规划模型中，上层规划为主问题，下层规划在上层规划的决策下进行优化，同时下层规划的优化结果又返回上层对上层规划的参数进行修正，通过传递最优解的过程，实现双层相互作用，从而得到上、下层都满意的解。
9.根据权利要求5所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，上层规划模型以待建线路为变量，确定系统网架结构，并通过系统导纳矩阵B传递给下层；下层规划模型在上层网架决策的基础上，以新建灵活性机组为变量，通过多场景仿真计算，以供需灵活性指标最优、灵活性资源调用量最小为目标，优化灵活性机组配置，并将最优的灵活性资源的调用总量WF.i和待建可调机组建设容量Gi传递回上层；上层规划再结合下层规划的返回参数，以经济性指标最优、运行状态灵活性指标最优及安全惩罚量最小为目标函数，对网架决策进行优化，如此反复迭代，直到求解出最优规划方案。
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