CN110648041A - 一种全球能源互联网架的规划方法及计算设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种全球能源互联网架的规划方法，包括：考虑参与互联的国家或区域，根据地理分布设定待选通道集；采用国家风险评价方法评价通道的适宜度；将适宜度小于阈值σ的通道从待选通道集中剔除；以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流；以及根据电力流的分布构建相应互联通道，以形成初始互联网架。本发明实施例还公开了相应的计算设备。

Description

一种全球能源互联网架的规划方法及计算设备

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种全球能源互联网架的规划方法及计算设备。

背景技术

目前，在全球能源革命的背景下，国际上诸多机构开展了针对可再生能源开发利用的研究。国际可再生能源机构(International Renewable Energy Agency，IRENA)提出，2030年可再生能源电力占全球总发电量的比例将由目前的23％增长到45％。斯坦福大学的Jacobson教授团队提出全球139个国家在2050年达到终端能源消费100％来自清洁能源的发展路线图，并提出在交通、工业、农业等领域完全实现电气化。对全球可再生能源资源富集区域进行集中开发并跨国跨洲输送，成为一些国际机构积极探索的方案。国际能源署(International Energy Agency，IEA)进行的相关研究认为电力的广域互联将会增加电力系统的灵活性，降低局部电网的峰值容量需求，极大发挥可再生能源的潜力。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission， IEC)也进行了全球能源互联的相关研究，认为面对全球能源消费飞速增长的现状和未来，通过全球能源互联大规模开发利用可再生能源是重要的应对措施。

目前在电力跨国跨洲输送方面全球已经有诸多实践。亚洲方面，中俄、中蒙之间通过交、直流线路互联，哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦之间形成500kV交流环网，伊拉克、叙利亚、约旦和黎巴嫩电网互联形成北中东半岛电网并与伊朗电网互联，沙特阿拉伯、科威特、巴林等国互联形成海湾电网；欧洲方面，目前已经形成自西延伸到欧洲东部的大型同步电网；美洲方面，北美互联电网连接了加拿大、美国和墨西哥；非洲方面，南非电网内的9个国家通过不同电压等级的交流线路互联。

在现有跨国输电研究中，有文献研究了欧洲“Supergrid”计划，规划中主要考虑电源结构、电源规划、输电方式选择等技术方面。还有文献展望了亚洲超级电网的图景，其主要考虑能源的发展情况和输电方式的经济性，该文献提出了全球能源互联网的设想，其主要从能源供需平衡角度构建全球电力流。上述研究均聚焦在工程相关的技术、经济因素分析，然而跨国跨洲电网互联作为一种新的跨国交易，在技术上的挑战并非最大的难题，而政治、经济、社会等外部宏观因素对其影响较为显著。如何构建国际关系对跨国输电通道影响的量化风险评估模型并纳入规划约束条件，是一个全新的技术问题。

因此，需要一种更为先进的计及国家风险的全球能源互联网架规划方案。

发明内容

为此，本发明实施例提供了一种全球能源互联网架的规划方法及计算设备，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种全球能源互联网架的规划方法，包括：考虑参与互联的国家或区域，根据地理分布设定待选通道集；采用国家风险评价方法评价通道的适宜度；将适宜度小于阈值σ的通道从待选通道集中剔除；以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流；以及根据电力流的分布构建相应互联通道，以形成初始互联网架，其中，构建相应互联通道所考虑的成本包括发电成本和输电成本。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；和存储器；一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在存储器中并被配置为由一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行根据本发明实施例的全球能源互联网架的规划方法中任一方法的指令。

根据本发明实施例的全球能源互联网架规划方案分析了跨国跨洲输电线路的特点，考虑到参与国家的技术、经济和政治，为实现大规模的可再生能源供需平衡，运用熵权法和网络层次分析(ANP)理论，建立了国家风险评估模型。然后，建立全球能源互联网规划优化模型，构建广域电网互联通道蓝图。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的各通道的适宜度指标的示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的2030年不同国家或区域负荷、可再生能源及常规能源经济可开发量的示意图；以及

图4示出了根据本发明一个实施例的互联网架各通道输送容量的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的示意图。如图1所示，在基本的配置107中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。

取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理器，包括但不限于：微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信息处理器(DSP)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114 可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点数单元(FPU)、数字信号处理核心(DSP 核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控制器118可以与处理器104一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器118可以是处理器104的一个内部部分。

取决于期望的配置，系统存储器106可以是任意类型的存储器，包括但不限于：易失性存储器(诸如RAM)、非易失性存储器(诸如ROM、闪存等)或者它们的任何组合。系统存储器106可以包括操作系统120、一个或者多个应用 122以及程序数据124。在一些实施方式中，应用122可以布置为在操作系统上由一个或多个处理器104利用程序数据124执行指令。

计算设备100还可以包括有助于从各种接口设备(例如，输出设备142、外设接口144和通信设备146)到基本配置102经由总线/接口控制器130的通信的接口总线140。示例的输出设备142包括图形处理单元148和音频处理单元150。它们可以被配置为有助于经由一个或者多个A/V端口152或者HDMI接口与诸如显示器或者扬声器之类的各种外部设备进行通信。示例外设接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它们可以被配置为有助于经由一个或者多个I/O端口158和诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备、遥控输入设备)或者其他外设(例如打印机、扫描仪等) 之类的外部设备进行通信。示例的通信设备146可以包括网络控制器160，其可以被布置为便于经由一个或者多个通信端口164与一个或者多个其他计算设备 162通过网络通信链路的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可以体现为在诸如载波或者其他传输机制之类的调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块，并且可以包括任何信息递送介质。“调制数据信号”可以是这样的信号，它的数据集中的一个或者多个或者它的改变可以在信号中编码信息的方式进行。作为非限制性的示例，通信介质可以包括诸如有线网络或者专线网络之类的有线介质，以及诸如声音、射频(RF)、微波、红外(IR)或者其它无线介质在内的各种无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备100可以实现为服务器，例如数据库服务器、应用程序服务器和 WEB服务器等，也可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机。当然，计算设备100也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备。

在根据本发明的实施例中，计算设备100被配置为执行根据本发明实施例的全球能源互联网架的规划方法。其中，计算设备100的应用122中包含执行根据本发明实施例的全球能源互联网架的规划方法的多条指令。

1.国家风险评价模型

1.1国家风险的概念及内涵

本文所述国家风险是指在跨国输电工程规划建设中，综合考量相关国家在政治、经济、技术等方面的发展水平和国与国之间友好关系而确定的内部和外部影响工程可行性的比例系数，分别称为国内风险和国家间风险。本文采用“互联适宜度”指标对国内风险和国家间风险进行综合表征，风险越小，适宜度越高。

为实现跨国跨洲电网互联，对拟建设的互联通道所涉及的国家或区域进行风险评估是十分必要的。若互联通道相关国家的风险过大，电力互联方案可能因此搁浅；即使风险处于可接受范围内，互联通道上的电力传输量也将与该风险值密切有关。因此，对跨国联网工程而言，不考虑国家因素仅从技术角度得到的待选通道集及规划通道方案缺少实践意义，在实际中可能因为国家因素的强制约作用而难以实施。

1.2国家风险的量化方法

1.2.1国家风险评价的层次模型

本文采用主观方法ANP(网络层次分析法)和客观方法熵权法(Entropy WeightMethod)相结合的加权方法。ANP可以根据经验和推理来反映评价主体的地位。它可以主观地反映各级评价指标对电力交易业务活动的重要性。但该方法它具有很强的主观性，这可能导致所得权重存在偏差。因此，本文采用熵权客观地进行权重分配，并根据熵权计算各指标的权重，弥补了 ANP方法的不足。根据所得权重，采用TOPSIS模型对国内外风险进行评估。

国内风险主要考虑被评估国家的技术、经济和政治影响。技术方面，主要指标有电力系统装机容量、近10年事故发生次数、可再生能源经济可开发量和负荷增长率。这些指标描述了一个国家或地区电力系统的发展水平及潜力。发展水平越高，风险越小。经济方面，采取GDP增长率、通货膨胀率、利率波动率和经济自由度指数。政治方面，主要选择中长期较为稳定的政治评价指标，包括政策和法律变化、政府稳定度、内部冲突、国家间冲突、腐败、恐怖主义和文化距离指数。

国家间风险则以其间发生摩擦的严重程度及持续时间为指标进行评价。

1.2.2指标解读

评价体系的层次模型见表1。在图中，“A国”代表参与互联的国家或地区。

表1.互联适宜度评价体系

指标解释如下：

1)发电装机量：发电装机量是指电力系统中实际安装的发电机总的额定有效功率。

2)近10年事故数：指电力系统近10年发生的停电等事故次数。

3)经济可开发量：指在现有技术和经济条件下，具有经济发展价值的资源量。

4)负荷增长率：指本期负荷与上期负荷之比。电力系统总负荷是指系统内所有用电设备所消耗的总功率；工业、农业、邮电、交通、市政、商业和城乡居民用电相结合的综合负荷为得到电力系统的用电量，综合用电负荷加上网损所消耗的电力为系统内各发电厂提供的电力，统称为电力系统的供电负荷。供电负荷加上各电厂自身消耗的功率，即系统中各发电机的功率，称为系统的发电负荷。

5)GDP增长率：GDP增长率反映国民经济发展水平。国内生产总值是指按市场价格计算的一个国家(或地区)所有常驻单位在一定时期内生产活动的最终成果。它通常被认为是衡量一个国家经济状况的最佳指标。国内生产总值是核算体系中一个重要的综合统计指标，也是我国新国民经济核算体系的核心指标。它反映了一个国家(或地区)的经济实力和市场规模。

6)人均国内生产总值：人均国内生产总值是人们了解和掌握一个国家或地区宏观经济运行状况的有效工具。它是发展经济学中常用的经济发展指标和最重要的宏观经济指标之一。人均国内生产总值是一个国家(或地区)的年国内生产总值与常住人口的比率。它也是衡量人们生活水平的标准。为了更加客观的衡量，它经常与购买力平价(ppp) 相结合。

7)通货膨胀率：通货膨胀率，又称物价变化率，是指货币超发部分与实际需要的货币量之比，用以反映通货膨胀和货币贬值的程度。经济学上，通货膨胀率是物价平均水平的上升幅度(基于通货膨胀)。换句话说，通货膨胀率是货币购买力的下降程度。

8)利率波动性：利率波动是指由于受多种因素的影响，利率随着时间的变化上涨或下跌。在现实经济生活中，影响利率波动的因素很多，包括经济因素、政策和制度等因素。

9)经济自由度指数：经济自由是指政府在宪法范围内不干预或保护自由竞争、自由市场、自由选择、自由贸易和私人财产。美国传统基金会的观点是，具有较多经济自由度的国家或地区与那些较少经济度的国家或地区相比，会拥有较高的长期经济增长速度和更繁荣。经济自由度指数是由《华尔街日报》和美国传统基金会发布的年度报告。它是对商业自由、贸易自由、财政自由和政府支出等10个因素的综合评价。它可以评估国民经济环境和对外商投资的接受程度，覆盖全球 155个国家和地区。它全球权威的经济自由度评价指标之一，在一个指标上分数越高，政府对经济的干涉水平越高，因此经济自由度越低。

10)政策和法律变化：反映建设过程中重大政策和法律变化对项目的影响。政策和法律的不断变化可能会导致建设项目存在成本增加、项目实施受阻、项目建设周期延长等风险。该指数是定性的。

11)政策稳定度：一般从政府团结、法律权力、社会支持三个方面衡量的政府稳定指标。该指数是定性的。稳定政策是指政府为减少经济中的周期性波动而采取的各种经济政策的总称。在资本主义市场经济中存在着周期性的波动，经济繁荣时期，国民收入与就业水平高，通货膨胀也严重；在经济萧条时期，不存在通货膨胀，但失业严重，为平缓这种周期性波动，使经济维持既无失业又无通货膨胀的稳定增长，政府就必须运用各种经济政策来干预经济，这些政策统称稳定性政策。

12)国内冲突：国内冲突反映了国家现任政府的执政风险。该指数是定性的。

13)腐败程度：反映政府体制中的腐败程度，是一个定性指标。“透明国际”主要采用“清廉指数”和“贿赂指数”两个指标来衡量腐败程度。清廉指数反映的是一个国家政府官员的廉洁程度和受贿状况，以企业家、风险分析家、一般民众为调查对象，据他们的经验和感觉对各国进行由10到0的评分，得分越高，表示腐败程度越低。而“行贿指数”主要反映一国(地区)的出口企业在国外行贿的意愿。清廉指数采用百分制，100分表示最廉洁；0分表示最腐败；80—100之间表示比较廉洁；50—80之间为轻微腐败；25—50之间腐败比较严重；0—25之间则为极端腐败。

14)恐怖主义：恐怖分子是犯罪者有组织地使用暴力或威胁对手无寸铁的人使用暴力，以达到某种政治目的，将某些物体置于恐怖之中的战略和思想。它反映了国家恐怖事件发生的频率、概率和影响。该指数是定性的。

15)文化距离指数：衡量国家之间文化差异程度的参数。文化差异是指不同地区的差异和相似性以及不同地区独特文化的相似性和差异所造成的差异。根据霍尔斯坦的观点，文化是人们在一个环境中的共同心理过程，不是一个个体的特征，而是许多具有相同教育和生活经验的人所共有的共同心理过程。

16)摩擦程度：衡量国家间经济交流程度的参数。贸易摩擦是指一国在国际贸易中进行贸易交换时，由于一国持续顺差、另一国持续逆差或一国接触或从事贸易活动时引起的国家间贸易差额摩擦，从而影响其他国家的产业发展。贸易摩擦主要包括反倾销措施、反补贴措施和一国对另一国实施的贸易保障措施。

17)摩擦持续时间：指国家间的冲突持续时间。它反映了国家恐怖事件发生的频率、概率和影响。该指数是定性的。

1.2.3评价方法

ANP和熵权法的具体步骤如下：

1)利用ANP过程寻找其中一组权重值:

a.明确方案目标，确定评价指标，建立评价模型。

b.构造比较矩阵。根据各指标的重要性，通常取正整数1-9及其倒数。

c.计算比较矩阵的最大特征值和最大特征向量，通过对最大特征向量进行归一化得到层次结构指标的权重。

d.一致性测试。

2)利用熵权法寻找另一组权重值:

a.假设有n个待评价区域，每个区域包含m个指标，rij是第j个待评价区域的第一个指标。通过数据搜索得到原始决策矩阵R＝(r_ij)_m×n。对原始决策矩阵R＝(r_ij)_m×n进行归一化。

b.根据熵的定义，计算指标i的熵值。

其中，

c.计算指数i的熵权

3)结合ANP法和熵权法求综合权重

2.考虑到国家风险，规划跨大陆的跨国传输渠道

2.1规划的合理性假设和流程

考虑到清洁能源跨国跨洲输电通道规划的特点，合理假设如下：

1)综合考虑电压支撑、电力分配等问题，互联通道宜接入当地最高电压等级主网架。现阶段由于世界各国内部数据较难获得，国家内电网结构复杂，差异较大，现有条件下仅考虑国家之间通道的搭建，暂不考虑内部网架的影响。

2)由于各国电网长期发展形成的自然结构很难因几条互联线路而大幅调整，故互联方式按大容量点对网注入功率模式来构建，特高压交流或直流输电方式成为首选技术方案。

3)跨国跨洲互联工程相关参数参考国内远距离输电典型工程的相关数据。

基于国家风险提出互联适宜度指标，用来评价国家或区域之间电网互联工程的可行性。

清洁能源跨国跨洲输电通道规划的流程的具体步骤如下：

1)考虑参与互联的国家或区域，根据地理分布设定待选通道集。

2)采用前述评价方法评价通道的适宜度，设定阈值σ,将适宜度小于σ的通道从待选集中剔除。

3)以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流，根据电力流的分布构建相应互联通道，形成初始互联网架。

需要说明的是：跨国跨洲电力传输中断的首要风险来自国家因素，其次才是技术和自然因素。所以在规划中进行成本分析时，将传统的经济成本扩展为包含国家风险的等效成本。

3.2包含国家风险的等效成本模型

互联通道规划中，所考虑的成本包括发电成本及电力传输成本。

发电成本可表示为：

C_g,i＝∑c_g,k,ip_g,k,i k∈G

式中，i表示国家或区域，G是发电技术的集合，k表示不同的发电技术，C_g.k,i和P_g.k,i分别表示发电技术k在国家i的单位发电成本和发电量。

输电成本包括线路建设成本、运行成本和损耗成本，可以表示为:

C_trans,j＝C_base,j+C_operate,j+C_loss,j j∈J

其中:

C_operate,j＝C_trans,j·δ

j表示输电通道，J是所有可能的输电通道的集合，C_trans,j为线路j的初始投资，j,C_trans,j＝η_jL_jS_j,η_j为输电工程单位容量、单位长度的投资，L_j为线路长度，S_j为通道的传输容量，P_j为线路的年传输电量，a为折现率，T为运营期，δ为运行维护费率。v_i为送电地区的标杆上网电价，μ_x,i为陆上直流线损系数，μ_h,i为换流站损耗系数，t_j为通道的利用小时数，U_DC,j为直流海缆正负极电压差，R_j为单位长度直流电阻，μ_j为交流线损系数。

设待选通道集中各条通道对应的互联适宜度为μ_j，并将国家风险的影响通过等效输电成本反映出来。通道对应的风险越大，等效的输电成本越大，故设等效输电成本为：

C′_trans,j＝C_trans,j/u_j

2.3电力流计算及初始网架的形成

电力流计算的优化变量有：以电量表示的国家或区域间的电力流P_j，设定其参考方向，若实际方向与参考方向相同，则P_j为正，否则为负；各输电通道的容量S_j，由于每条通道都由若干回线路组成，故通道容量为单回线路容量的整数倍。目标函数为经济性最优，即等效成本最小：

min C＝∑C_g,j+∑C′_trans,j

约束条件为:

(13)

(14)P_gmin,k,i≤P_g,k,i≤P_gmax,k,i i∈B,k∈G

(15)

(16)-S_{j max}≤P_j/t_j≤S_{j max} j∈J

(17)S_j＝(int[|P_j|/(t_j·S′_jmax)]+1)·S′_jmax

其中，B表示所有国家和区域的集合，P_L,i表示第i个国家或区域在规划水平年的负荷，J_i表示和国家或区域i相连的通道集合，P_gmin,k,i and P_gmax,k,i分别为国家或区域i中第k种发电方式的最小和最大发电量，RE为可再生能源发电方式的集合，r表示可再生能源发电量在所有参与国家总负荷中的占比，S_jmax表示通道j的输电容量上限，int为取整函数S’_jmax表示通道j所用输电技术单回线路的最大容量。式(13)为电量平衡约束，式(14)为发电量约束，式(15)为可再生能源占比要求，式(16)为通道最大容量约束，式(17)依据单回线路最大容量限制计算满足电力流的通道容量。

由此模型可以计算出满足经济性的全球电力流、各国或地区的发电量及互联通道容量，并假设各国基于此电力流及内部可再生能源发电量优化结果设定本国的清洁电力消费目标。

3.算例

3.1互连适宜性评价

根据ANP和熵权法，确定层次评价的判断矩阵，根据判断矩阵得到各指标的权重值。以政治方面的5个指标为例，依据政治事件的影响面大小，设定判断矩阵为

计算矩阵对应于最大特征值的特征向量，归一化后即为层次单排序后的权重排序权值(0.081,0.161,0.312,0.416,0.029)，且一致性检验通过。

同样对其他指标进行分析，最终得到各指标总排序后的权重值如表2 所示。

表2.各指标权重值

选择参与互联的国家和区域有中国、日本、韩国、北美(主要包含美国、加拿大)、欧洲大陆(主要包含德国、法国等)、俄罗斯、北非、中东、中亚、南美等，共有19条可选通道。依据政治风险服务集团(The PRS Group)、IEA、美国传统基金会、透明国际(TransparencyInternational)、海德堡国际冲突研究协会等发布的报告中的相关数据，进行互联适宜度的评价，得到各通道的适宜度指标，如图2所示。

3.2 2030年广域互联电网基本设想

目前全球可再生能源(含水)发电量占总发电量的23.7％。参考国际可再生能源署的预测，本算例中设可再生能源(含水)发电量占总发电量的比例为40％。

由权威机构发布，得到2030年各国的负荷(Ld)及可再生能源经济可开发量(Re)，并以两者之差乘以一定倍数作为常规能源经济开发量(Ge)，如图3 所示。

目前大容量远距离输电技术主要有特高压交直流输电，跨海输电中输送容量最大的为±500kV直流海缆输电。这些输电方式的容量及经济数据在现有技术中列出。由于交流输电难以异步联网，海底输电时交流输电存在较大的电容电流，故在本算例中，假设跨海区域间采用直流海缆，其余通道采用特高压直流输电。预计2030年各通道最大可容纳10回线路，以此作为各通道最大容量约束。

设定适宜度阈值σ为0.5，根据前述评价结果，将互联适宜度小于0.5的通道15，16，19剔除。年费用计算参数取自现有技术，各发电方式的单位发电成本见现有技术。

针对清洁能源电力利用小时数不高的特点，对通道利用率进行假设。北极地区风电利用小时数在3800～4200h之间，考虑风光、风水联合外送，输电通道的利用小时数按4000h计算；赤道地区光伏利用小时数约2000h，未来极具发展潜力的光热发电的利用小时数可达到5000h，综合考虑输电通道的利用小时数也按4000h计算；同时其余国家之间的输电通道利用小时数均按4000h计算。

由图3看出，全球负荷密集区(中国、日本、韩国、欧洲、北美)均与可再生能源资源富集区域进行互联，接受外来清洁电力。负荷中心之间，如中、日、韩三国，也互相连接，以满足各国清洁能源电力使用要求。除北美外，各负荷中心均有至少2条通道与他国互联。而北美本地资源丰富，仅与北极新能源基地相联，与南美资源富集区暂未连接。将规划结果与已有的互联计划相比较，东北亚区域互联情况与“亚洲超级电网”计划较为相符，中国与欧洲的互联通道与“一带一路”倡议相符，欧洲大陆与北非的互联以及北非与中东的互联也与“超级电网”计划、“Desertec”项目中的规划较为吻合。

同时，注意到互联与否与通道适宜度大小之间并不呈现显著的对应关系，如中国—中东的适宜度较高，但其相距较远，且中东与北非的互联即可满足本地区需求，故通道5并未出现在规划结果中。又如中日之间通道适宜度不高，在初始电力流规划中并未出现两国间电力输送，但在网架扩展中为满足互联通道可能的开断下清洁电力使用要求，两国之间需搭建互联通道。可见，跨国跨洲输电通道的规划中除国家因素的重要影响外，传统的经济、技术约束依然不能忽视。

4.结论

在能源资源与需求分布不均及可再生能源大规模发展的背景下，跨国跨洲电力互联具有显著的经济和环境价值。跨国跨洲输电通道以清洁能源开发、配置为核心，以国家或地区为参与对象，基于远距离大容量输电技术，构建点对网大功率注入的跨国互联电网。本文针对跨国跨洲输电通道的特点，以实现大规模可再生能源的供需平衡为目标，对参与互联的国家或地区建立考虑技术、经济、政治等方面的国家风险评价模型，并基于此提出了跨国跨洲输电通道规划方法。

算例表明，考虑国家风险的跨国跨洲输电通道规划更加具有现实意义。与不考虑国家风险的规划相比，该方法得到的结果更加符合实际情况，且提出的评价模型可以反映国家风险的动态变化，从而得到更具工程可行性的规划结果。

应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

本发明还可以包括：A8、如A2所述的方法，其中，基于各类能源客户的客户行为指标均值和所述总客户行为指标均值，将所述各类能源客户进行二次分类的步骤包括：对于各类能源客户，比较该类能源客户的客户行为指标均值和所述总客户行为指标均值；基于比较结果，将所述各类能源客户进行二次分类。A9、如A6所述的方法，其中，基于比较结果，将所述各类能源客户进行二次分类的步骤包括：基于比较结果，将所述各类能源客户划分为以下类别：重要保持客户、无价值客户、重要发展客户、重点关注客户、一般客户和一般重要客户。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种全球能源互联网架的规划方法，包括：

考虑参与互联的国家或区域，根据地理分布设定待选通道集；

采用国家风险评价方法评价通道的适宜度；

将适宜度小于阈值σ的通道从待选通道集中剔除；

以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流；以及

根据电力流的分布构建相应互联通道，以形成初始互联网架，其中，构建相应互联通道所考虑的成本包括发电成本和输电成本。

2.如权利要求1所述的方法，其中，发电成本表示为以下公式：

C_g,i＝∑c_g,k,ip_g,k,i k∈G，

式中，i表示国家或区域，G是发电技术的集合，k表示不同的发电技术，C_g.k,i和P_g.k,i分别表示发电技术k在国家i的单位发电成本和发电量。

3.如权利要求1所述的方法，其中，输电成本包括线路建设成本、运行成本和损耗成本，并表示为以下公式：

C_trans,j＝C_base,j+C_operate,j+C_loss,j j∈J，

C_operate,j＝C_trans,j·δ，

其中，j表示输电通道，J是所有可能的输电通道的集合，C_trans,j为线路j的初始投资，j,C_trans,j＝η_jL_jS_j,η_j为输电工程单位容量、单位长度的投资，L_j为线路长度，S_j为通道的传输容量，P_j为线路的年传输电量，a为折现率，T为运营期，δ为运行维护费率。v_i为送电地区的标杆上网电价，μ_x,i为陆上直流线损系数，μ_h,i为换流站损耗系数，t_j为通道的利用小时数，U_DC,j为直流海缆正负极电压差，R_j为单位长度直流电阻，μ_j为交流线损系数。

4.如权利要求1所述的方法，其中，以考虑国家风险的等效成本最小为目标计算电力流的步骤包括：

将以电量表示的国家或区域间的电力流P_j和各输电通道的容量S_j，作为电力流计算的优化变量，其中

设定电力流P_j的参考方向，如果实际方向与参考方向相同，则P_j为正，否则为负；每条输电通道均包括若干回线路，输电通道的容量S_j容量为单回线路容量的整数倍。

5.如权利要求4所述的方法，其中，计算电力流的目标函数为：

min C＝∑C_g,j+∑C’_trans,j，

约束条件为：

电量平衡约束：

发电量约束：P_gmin,k,i≤P_g,k,i≤P_gmax,k,i i∈B,k∈G，

可再生能源占比要求：

通道最大容量约束：-S_{j max}≤P_j/t_j≤S_{j max} j∈J，

按照以下公式依据单回线路最大容量限制计算满足电力流的通道容量：S_j＝(int[|P_j|/(t_j·S'_jmax)]+1)·S'_jmax，

其中，B表示所有国家和区域的集合，P_L,i表示第i个国家或区域在规划水平年的负荷，J_i表示和国家或区域i相连的通道集合，P_gmin,k,i和P_gmax,k,i分别为国家或区域i中第k种发电方式的最小和最大发电量，RE为可再生能源发电方式的集合，r表示可再生能源发电量在所有参与国家总负荷中的占比，S_jmax表示通道j的输电容量上限，int为取整函数S’_jmax表示通道j所用输电技术单回线路的最大容量。

6.如权利要求4所述的方法，其中，采用国家风险评价方法评价通道的适宜度的步骤如下：

利用ANP过程寻找其中一组权重值，包括：

明确方案目标，确定评价指标，建立评价模型；

构造比较矩阵，其中根据各指标的重要性，通常取正整数1-9及其倒数；

计算比较矩阵的最大特征值和最大特征向量，并通过对最大特征向量进行归一化得到层次结构指标的权重；

进行一致性测试；

利用熵权法寻找另一组权重值，包括：

假设有n个待评价区域，每个区域包含m个指标，rij是第j个待评价区域的第一个指标；

通过数据搜索得到原始决策矩阵R＝(r_ij)_m×n；

对原始决策矩阵R＝(r_ij)_m×n进行归一化；

按照以下公式计算

根据熵的定义，计算指标i的熵值和熵权；

结合ANP法和熵权法计算综合权重，作为适宜度。

7.如权利要求6所述的方法，其中，按照以下公式计算指标i的熵值：

其中，

8.如权利要求6所述的方法，其中，按照以下公式计算指标i的熵权：

9.如权利要求6所述的方法，其中，按照以下公式计算综合权重：

10.一种计算设备，包括：

一个或多个处理器；和

存储器；

一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1-9所述方法中的任一方法的指令。

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