CN111008769B - 一种计及电力阻塞的能源转型优化方法及系统 - Google Patents

一种计及电力阻塞的能源转型优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，包括构建包含多个能源转型目标的目标库，获取满足目标库中给定能源转型目标的多条能源转型路径，构建能源转型路径库；遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；根据据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。同时公开了相应的系统。本发明在能源转型目标与路径优化中考虑了电力阻塞约束，解决了能源规划与电网运行多时空尺度协调优化问题。

Description

一种计及电力阻塞的能源转型优化方法及系统
技术领域
本发明涉及一种计及电力阻塞的能源转型优化方法及系统，属于能源电力领域。
背景技术
能源转型的根本任务是构建清洁、低碳、安全、高效的新型能源体系。电力系统是连接一次能源与终端能源的桥梁，是当前应用最广泛的二次能源，电力系统具备主动支撑能源转型的基础条件，是推动能源转型的中心环节。
目前传统电力系统规划建设时，往往仅聚焦电力系统内部因素，对能源转型路径主动支撑的力度不足，而能源转型规划中往往对电力系统运行约束考虑不足；因此存在能源规划与电网运行多时空尺度协调优化问题。
发明内容
本发明提供了一种计及电力阻塞的能源转型优化方法及系统，解决了能源规划与电网运行多时空尺度协调优化问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，包括，
获取满足预设能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；
遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；
根据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。
针对能源转型路径库中的一条能源转型路径，计算其收益与成本差值的过程为，
选择一条能源转型路径，在无电力阻塞约束下计算一次能源产量与发电装机容量随时间的变化轨迹；
根据变化轨迹，确定电网网架随时间演化情况的初值；
根据初值，建立转型期内的电网基础设施库；
根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化；
根据优化结果中电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径与对应能源转型目标各维度指标的时序轨迹；
根据时序轨迹计算能源转型路径的收益与成本差值。
根据变化轨迹，确定电网网架随时间演化情况的初值，包括：
根据变化轨迹、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率和最大外送/外购功率需求预测值，评估电网各区域的电力电量平衡情况，计算各区域电力传输需求；
根据各区域电力传输需求和已有电网网架建设规划，确定电网网架随时间演化情况的初值。
根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化的过程为，
A1)根据变化轨迹，构建电力运行的风险阈值集合；
A2)对计算年的安全性风险、充裕性风险、电力减排机会成本分别进行评估，统计计算年电力运行风险；
A3)响应于计算年电力运行风险超过相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险，则对电网基础设施投资进行优化，返回步骤A2；反之，进入步骤A4；
A4)响应于计算年电力运行风险比相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险低预设比例，则进行计算年回溯；反之进入步骤A5；
A5)响应于计算年新投入的电网基础设施提前n年投资更能获益，则进行n年回溯；反之进入步骤A6；
A6)响应于计算年并不是转型期的最后一年，则顺序将下一年作为所述计算年，返回步骤A2；反之，保存计算年相应风险阈值下的电力转型方案，进入步骤A7；
A7)将计算年相应风险阈值从风险阈值集合中移除；
A8)响应于风险阈值集合不为空，则顺序取出风险阈值集合第一项值作为当前计算年的相应风险阈值，返回步骤A2；反之，则以电力阻塞约束风险成本最小为目标，从全部保存的电力转型方案中挑选最佳电力转型方案。
对计算年的安全性风险进行评估的过程为，
基于电网网架随时间演化情况的初值、计算年电网各区域最大负荷容量预测值和非化石能源最大发电功率，将电源和负荷根据特征量进行功率分档，按照聚类原则形成安全性分析的典型运行方式；
按照典型运行方式在计算年中出现的时间统计其发生概率；
根据电网安全性评估相关行业标准中规定的故障类型和电网所在地区自然灾害可能引发的故障类型，生成故障生成策略；
根据典型运行方式的发生概率和故障生成策略，生成典型运行方式的各类故障和故障概率，构建故障库；
典型运行方式下，计算故障库中各故障下的安全稳定裕度；
响应于两个元件同时故障后安全稳定裕度小于0，在紧急控制决策空间中搜索最优控制措施，求取紧急控制措施量；
计算计算年在故障库下的安全性风险。
安全性风险计算公式为，
Figure GDA0002382848770000041
其中，Ei为计算年i在故障库下的安全性风险成本，λji为第i年故障j发生的概率，βm为对应的典型运行方式m的发生概率，Wm,j为典型运行方式m故障j下系统安全稳定裕度小于0后的紧急控制措施量，γ为事先给定的紧急控制措施单位代价，Dm,j为实施紧急控制所需的新增稳控装置成本
对计算年的充裕性风险进行评估的过程为，
根据电网网架随时间演化情况的初值、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率、计算年电网网架，生成能源转型路径在计算年的工况库和扰动库；
计算计算年中典型日充裕性风险；
根据充裕性风险中各风险项的价格，计算各风险项的成本；
将同一种风险项成本累加乘以典型日天数，获得各风险项总成本；
将所有风险项总成本累加获得计算年的充裕性风险成本。
计算计算年中典型日充裕性风险过程为，
从计算年的工况中获取典型日的工况；
获取典型日的电网各区域中新能源安全稳定极限；
按预设优化目标，考虑典型日工况及新能源安全稳定极限的约束，优化典型日电网各区域的外送/外购电功率曲线，按预设策略原则确定源/储/荷的初始运行策略；
按预设目标和预设约束，优化初始运行策略，得到优化运行策略；
从扰动库中读取扰动生成策略，并基于工况生成扰动集合，按备用配置量覆盖最大扰动功率量为原则计算备用容量需求，形成备用配置策略；
根据优化运行策略和备用配置策略计算计算年中典型日的充裕性风险。
预设约束中，响应于某一区域非化石能源的最大发电功率大于其新能源安全稳定极限，设置该区域非化石能源的最大发电功率等于其新能源安全稳定极限。
新能源安全稳定极限的获取过程为，
基于计算年的典型运行方式和对应的故障库，计算各故障下的安全稳定裕度；
响应于单一元件故障后安全稳定裕度小于0，通过摄动新能源接入功率，求取最危险目标方向上的新能源接入极限值；
响应于两个元件同时故障后安全稳定裕度小于0，在紧急控制决策空间中搜索最优控制措施，求取紧急控制措施量；
响应于紧急控制措施量超过预设最大控制措施量，求解低于预设最大控制措施量的两个元件同时故障后的新能源接入极限值；
将新能源接入极限值的较小值作为新能源安全稳定极限。
生成计算年工况库的过程为，
根据预设典型日挑选原则，在计算年挑选多个典型日；
根据计算年电网各区域最大负荷容量预测值，按年负荷曲线、日负荷曲线所规定的比例确定多个典型日负荷曲线；
根据计算年多个典型日的电网各区域非化石能源最大发电功率，确定非化石能源的典型日理论发电功率曲线；
根据电网网架随时间演化情况的初值、前续年积累的建议投资措施、n年回溯的基础设施合成计算年电网网架，统计连接各区域的联络输电线容量和，确定区域间功率传输极限；
将典型日负荷曲线、非化石能源的典型日理论发电功率曲线、区域间功率传输极限、典型日天数汇集为计算年工况库。
计算年扰动库生成的过程为，
根据计算年电网网架和预设扰动规则，确定扰动生成策略，所有扰动生成策略汇集为计算年扰动库。
对计算年的电力减排机会成本进行评估的过程为，
采用基于综合评估模型的碳排放社会成本评估方法对电网所在地区在计算年碳排放量对社会经济的潜在影响进行评估。
对电网基础设施投资进行优化的过程为，
从电网基础设施库中取出在计算年可用的基础设施投资方案，对计算年可用的基础设施投资方案的投入效果进行评估，将代价比最低的基础设施投资方案加入计算年电网网架；其中，基础设施投资方案包括待选基础设施的技术、经济参数和投入量，代价比为总投资成本除以基础设施投运前后电力运行风险的变化量，总投资成本根据待选基础设施的技术、经济参数和投入量计算获得。
计算年回溯的过程为，
除最晚加入计算年电网网架的代价比最低的基础设施投资方案外，移除其他加入的基础设施投资方案，返回步骤A4。
n年回溯的过程为，
从计算年倒推n年，移除每一年的全部新投基础设施，将计算年回溯至n年前，投入n年回溯的基础设施，返回步骤A2。
一种计及电力阻塞的能源转型优化系统，包括，
库构建模块：获取满足预设能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；
遍历模块：遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；
最优获取模块：根据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备计及电力阻塞的能源转型优化方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中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计及电力阻塞的能源转型优化方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明在能源转型目标与路径优化中考虑了电力阻塞约束，解决了能源规划与电网运行多时空尺度协调优化问题，有助于科学评估能源转型目标和路径合理性，为构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系提供理论依据和决策支撑。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为进行电力阻塞约束风险成本优化流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，包括以下步骤：
步骤1，根据待优化对象的内外部影响因素，设定能源转型目标，构建能源转型目标库。
待优化对象可以是国家或地区；内外部影响因素包括但不限于待优化对象的发展现状、发展的宏观外部环境、发展战略方向、各类资源储量、能源新技术应用前景预测、年用电量预测值、非化石能源年发电利用小时数预测值、年净外送/外购电量预测值、年化石能源需求预测值、电网基础设施经济成本演化趋势；能源转型目标可由非化石能源占比、特定能源类型的总量等特征量表示，能源转型目标的元素包括但不限于目标年、全年能源消费总量、全年非化石能源发电量、能源消费结构等。
步骤2，针对设定的能源转型目标，获取满足能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；一个能源转型目标可以有多条能源转型路径或单条能源转型路径，能源转型路径是指用于表征能源转型目标的特征量随时间变化的轨迹。
基于聚类思想将指定能源转型目标下的能源转型路径归类为有代表性的几类模式(如前加速、匀速、后加速)，并提取关键特征量(如全年非化石能源发电量占比)对其进行数学描述，构建能源转型路径库。
步骤3，遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；电力阻塞约束风险成本包括转型期电网基础设施投资总成本与电力运行风险总成本，电力转型方案包括弃新能源率+电力转型成本(含充裕性风险、安全性风险、新增电网基础设施投资成本)。
针对能源转型路径库中的一条能源转型路径，计算其收益与成本差值过的程为如下：
21)选择一条能源转型路径，在无电力阻塞约束下计算一次能源产量与发电装机容量随时间的变化轨迹。
具体为：
211)在能源转型路径库中选择一条待评估能源转型路径。
212)假定电网可消纳所有清洁能源发电(即不计及电力阻塞)，并在此基础上计算转型期内满足待评估能源转型路径的一次能源产量与发电装机容量随时间的变化轨迹。
22)根据变化轨迹，确定电网网架随时间演化情况的初值。
具体为：
221)根据转型期各年用电量预测值，推导出待优化对象的电网各区域最大负荷容量预测值；根据转型期各年非化石能源发电利用小时数预测值，推导出电网各区域非化石能源最大发电功率；根据转型期各年净外送/外购电量预测值，推导出相应的电网各区域最大外送/外购功率需求预测值。
222)根据变化轨迹、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率和最大外送/外购功率需求预测值，逐年评估电网各区域的电力电量平衡情况，计算各区域电力传输需求。
223)根据各区域电力传输需求和已有电网网架建设规划，确定电网网架随时间演化情况的初值。
23)根据初值，建立转型期内电网基础设施库。
根据电网网架随时间演化情况的初值，确定转型期内电网的主要基础设施投资的种类(如输电线路、储能装置等)、数量和容量上限，建立电网基础设施库。
24)根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化。
如图2所示，进行电力阻塞约束风险成本优化的过程为：
A1)针对能源转型路径，根据变化轨迹，设定电力运行风险阈值，构建电力运行的风险阈值集合。
A2)对计算年的安全性风险、充裕性风险、电力减排机会成本分别进行评估，统计计算年电力运行风险。
对计算年的安全性风险进行评估的过程如下：
a21)基于电网网架随时间演化情况的初值、计算年电网各区域最大负荷容量预测值和非化石能源最大发电功率，将电源和负荷根据特征量进行功率分档，按照聚类原则形成安全性分析的典型运行方式；
聚类原则包括但不限于以下几类：
1)风电出力按照功率分档，可聚类为风电高、中、低出力；
2)光伏出力按照日间光照强度对功率进行分档，可聚类为光伏高、中、低出力以及夜间零出力；
3)水电出力按照功率分档，可聚类为丰水期、枯水期出力；
4)光热出力按照日夜间功率大小进行分档，可聚类为日间出力、夜间出力；
5)火电按照功率分档，可聚类为非供暖期出力和供暖期出力。
a22)按照典型运行方式在计算年中出现的时间统计其发生概率。
a23)根据电网安全性风险评估相关行业标准中规定的故障类型(即考虑《电力系统安全稳定导则》中规定的故障类型)和电网所在地区自然灾害可能引发的故障类型，生成安全性风险分析的故障生成策略。
a24)根据典型运行方式的发生概率和故障生成策略，生成典型运行方式的各类故障和故障概率，构建安全性风险分析的故障库；故障库中的故障信息至少包含了故障的类型、地点、重合闸及故障切除时间，其中故障地点默认为线路/主变的首末端。
a25)典型运行方式下，计算故障库中各故障下的安全稳定裕度；这里采用机电暂态仿真软件计算安全稳定裕度，机电暂态仿真软件包括但不限于FASTEST。
a26)响应于单一元件故障后安全稳定裕度小于0，采用机电暂态仿真软件进行新能源极限计算，即通过摄动新能源接入功率，求取最危险目标方向上的新能源接入极限值。
a27)响应于两个元件同时故障后安全稳定裕度小于0，采用机电暂态仿真软件在紧急控制决策空间中搜索最优控制措施，求取紧急控制措施量。
a28)响应于紧急控制措施量超过预设最大控制措施量(根据电网运行经验，事先给定的最大控制措施量)，求解低于最大控制措施量的两个元件同时故障后的新能源接入极限值。
a29)将a26和a28中新能源接入极限值的较小值作为新能源安全稳定极限。
a210)计算计算年在故障库下的安全性风险；
安全性风险计算公式为，
Figure GDA0002382848770000121
其中，Ei为计算年i在故障库下的安全性风险成本，即，λji为第i年故障j发生的概率，βm为对应的典型运行方式m的发生概率，Wm,j为典型运行方式m故障j下系统安全稳定裕度小于0时的切机、切负荷、直流调制等控制紧急控制措施量，γ为事先给定的紧急控制措施单位代价，Dm,j为实施紧急控制所需的新增稳控装置成本。
对计算年的充裕性风险进行评估的过程为：
b21)根据电网网架随时间演化情况的初值、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率、计算年电网网架，生成能源转型路径在计算年的工况库和扰动库。
生成计算年工况库的过程：
b21-1)根据预设典型日挑选原则，在计算年挑选多个典型日；
典型日挑选原则包括但不限于：
1)每月取1天；
2)每个季节选1天；
3)按夏季、冬季、平时各选1天。
b21-2)根据计算年电网各区域最大负荷容量预测值，按年负荷曲线(以月为步长)、日负荷曲线(以小时为步长)所规定的比例确定多个典型日负荷曲线(以小时为步长)。
b21-3)根据计算年多个典型日的电网各区域非化石能源最大发电功率，确定非化石能源的典型日理论发电功率曲线(以小时为步长)。
b21-4)根据电网网架随时间演化情况的初值、前续年积累的建议投资措施、n年回溯的基础设施合成计算年电网网架，统计连接各区域的联络输电线容量和，确定区域间功率传输极限。
b21-5)将典型日负荷曲线、非化石能源的典型日理论发电功率曲线、区域间功率传输极限、典型日天数汇集为计算年工况库。
计算年扰动库生成的过程：根据计算年电网网架和预设扰动规则，确定扰动生成策略，所有扰动生成策略汇集为计算年扰动库；其中预设扰动规则包括但不限于以下几类：
1)考虑N-1原则下的线路/主变开断、电源/储能被迫停运；
2)考虑自然灾害、人为外力因素引起的群发性故障；
3)考虑风/光发电大幅出力波动；
4)考虑因个别故障引起大规模风/光发电群发性故障；
5)其它严重的大范围停电故障。
b22)计算计算年中典型日充裕性风险。
具体过程为：
b22-1)从计算年的工况中获取典型日的工况。
b22-2)获取典型日的电网各区域中新能源安全稳定极限。
b22-3)按预设优化目标，考虑典型日工况及新能源安全稳定极限的约束，优化典型日电网各区域的外送/外购电功率曲线，按预设策略原则确定源/储/荷的初始运行策略。
预设优化目标包括但不限于：
1)最小化弃风、弃光、弃水；
2)最小化电力运行风险；
预设策略原则包括但不限于：
1)电源：火电按最小技术出力考虑、日调节水电按平均利用小时数折算为容量利用率后考虑、非日调节水电按不出力考虑；
2)储能：按不出力考虑；
3)可控负荷：按不调整考虑。
b22-4)按预设目标和预设约束，优化初始运行策略，得到优化运行策略。
预设目标包括但不限于：
1)最小化弃风、弃光、弃水；
2)最小化电力运行风险；
预设约束中，响应于某一区域非化石能源的最大发电功率大于其新能源安全稳定极限，设置该区域非化石能源的最大发电功率等于其新能源安全稳定极限，用以协调电网各区域源/储/网/荷可调节容量。
预设约束包括但不限于：
1)电源：功率在最小、最大出力范围内，并且不超过新能源安全稳定极限；
2)储能：满足日电量平衡；
3)可控负荷：停电时长、次数在规定值内；
4)电网：功率在网络容量极限内。
b22-5)从扰动库中读取扰动生成策略，并基于工况生成扰动集合，按备用配置量覆盖最大扰动功率量为原则计算备用容量需求，形成备用配置策略；当所述待优化对象内部备用容量不足时，在不超过外网备用度前提下向待优化对象以外申购备用容量。
b22-6)根据优化运行策略和备用配置策略计算计算年中典型日的充裕性风险；充裕性风险中的风险项包括但不限于：弃风/弃光/弃水电量、净外购电量、购入的外网备用电量、购入的需求侧响应电量、停电电量、损耗电量。
b23)根据充裕性风险中各风险项的价格，计算各风险项的成本。
b24)将同一种风险项成本累加乘以典型日天数，获得各风险项总成本。
b25)将所有风险项总成本累加获得计算年的充裕性风险成本。
对计算年的电力减排机会成本进行评估的过程：采用基于综合评估模型的碳排放社会成本评估方法，对电网所在地区在计算年碳排放量对社会经济的潜在影响进行评估。
将计算年安全性风险、充裕性风险、电力减排机会成本进行累加，得到计算年电力运行风险。
A3)响应于计算年电力运行风险超过相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险，则对电网基础设施投资进行优化，返回步骤A2；反之，进入步骤A4。
对电网基础设施投资进行优化的过程：
a31)从电网基础设施库中取出计算年可用的所有基础设施，及其在当年的技术、经济参数。
a32)对计算年可用的基础设施投资方案的投入效果进行评估，将代价比最低的基础设施投资方案加入计算年电网网架；其中，基础设施投资方案包括待选基础设施的技术、经济参数和投入量，代价比为总投资成本除以基础设施投运前后电力运行风险的变化量，总投资成本根据待选基础设施的技术、经济参数和投入量计算获得。
A4)响应于计算年电力运行风险比相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险低预设比例，则进行计算年回溯；反之进入步骤A5。
计算年回溯的过程为：除最晚加入计算年电网网架的代价比最低的基础设施投资方案外，移除其他加入的基础设施投资方案，返回步骤A4。
A5)响应于计算年新投入的电网基础设施提前n年投资更能获益，则进行n年回溯；反之进入步骤A6。
n年回溯的过程为：从计算年倒推n年，移除每一年的全部新投基础设施，将计算年回溯至n年前，投入n年回溯的基础设施，返回步骤A2。
A6)响应于计算年并不是转型期的最后一年，则顺序将下一年作为所述计算年，返回步骤A2；反之，保存计算年相应风险阈值下的电力转型方案，进入步骤A7。
A7)将计算年相应风险阈值从风险阈值集合中移除。
A8)响应于风险阈值集合不为空，则顺序取出风险阈值集合第一项值作为当前计算年的相应风险阈值，返回步骤A2；反之，则以电力阻塞约束风险成本最小为目标，从全部保存的电力转型方案中挑选最佳电力转型方案。
25)根据优化结果中电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径与对应能源转型目标各维度指标的时序轨迹。
26)根据时序轨迹计算能源转型路径的收益与成本差值，即能源转型的收益与成本的差值，其中，收益包括能源(电力)供应的收入(包括从终端用能侧收取的用能费用、政府给予的能源补贴等)和社会效益收入(如可再生能源发电开发核证自愿减排量所获得的收入)，成本包括基础设施投资(电源、电网、储能等)、能源系统运行成本(燃料、运维成本等)、弃新能源代价、电网阻塞风险、化石燃料稀缺代价、碳排放所造成的社会损失、金融服务成本等。
步骤4，据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径；即步骤3遍历结束后，根据差值最大原则，获得各能源转型目标的最优能源转型路径，然后再根据差值最大原则，可获得唯一最优能源转型目标和最优能源转型路径。
上述方法在能源转型目标与路径优化中考虑了电力阻塞约束，将电网充裕性和安全性约束作为能源转型的风险成本，基于风险指标指导能源转型路径和目标优化，解决了能源规划与电网运行多时空尺度协调优化问题，有助于科学评估能源转型目标和路径合理性，为构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系提供理论依据和决策支撑。
一种计及电力阻塞的能源转型优化系统，包括，
库构建模块：获取满足预设能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；
遍历模块：遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；
最优获取模块：根据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备计及电力阻塞的能源转型优化方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中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计及电力阻塞的能源转型优化方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：包括，
获取满足预设能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；
遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值，
其中，针对能源转型路径库中的一条能源转型路径，计算其收益与成本差值的过程为：选择一条能源转型路径，在无电力阻塞约束下计算一次能源产量与发电装机容量随时间的变化轨迹；根据变化轨迹、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率和最大外送/外购功率需求预测值，评估电网各区域的电力电量平衡情况，计算各区域电力传输需求；根据各区域电力传输需求和已有电网网架建设规划，确定电网网架随时间演化情况的初值；根据初值，建立转型期内电网基础设施库；根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化；根据优化结果中电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径与对应能源转型目标各维度指标的时序轨迹；根据时序轨迹计算能源转型路径的收益与成本差值；
根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化的过程为：
A1)根据变化轨迹，构建电力运行的风险阈值集合；
A2)对计算年的安全性风险、充裕性风险、电力减排机会成本分别进行评估，统计计算年电力运行风险；
A3)响应于计算年电力运行风险超过相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险，则对电网基础设施投资进行优化，返回步骤A2；反之，进入步骤A4；
A4)响应于计算年电力运行风险比相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险低预设比例，则进行计算年回溯；反之进入步骤A5；计算年回溯的过程为：除最晚加入计算年电网网架的代价比最低的基础设施投资方案外，移除其他加入的基础设施投资方案，返回步骤A4；
A5)响应于计算年新投入的电网基础设施提前n年投资更能获益，则进行n年回溯；反之进入步骤A6；n年回溯的过程为：从计算年倒推n年，移除每一年的全部新投基础设施，将计算年回溯至n年前，投入n年回溯的基础设施，返回步骤A2；
A6)响应于计算年并不是转型期的最后一年，则顺序将下一年作为所述计算年，返回步骤A2；反之，保存计算年相应风险阈值下的电力转型方案，进入步骤A7；
A7)将计算年相应风险阈值从风险阈值集合中移除；
A8)响应于风险阈值集合不为空，则顺序取出风险阈值集合第一项值作为当前计算年的相应风险阈值，返回步骤A2；反之，则以电力阻塞约束风险成本最小为目标，从全部保存的电力转型方案中挑选最佳电力转型方案；
根据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。
2.根据权利要求1所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：对计算年的安全性风险进行评估的过程为，
基于电网网架随时间演化情况的初值、计算年电网各区域最大负荷容量预测值和非化石能源最大发电功率，将电源和负荷根据特征量进行功率分档，按照聚类原则形成安全性分析的典型运行方式；
按照典型运行方式在计算年中出现的时间统计其发生概率；
根据电网安全性评估相关行业标准中规定的故障类型和电网所在地区自然灾害可能引发的故障类型，生成故障生成策略；
根据典型运行方式的发生概率和故障生成策略，生成典型运行方式的各类故障和故障概率，构建故障库；
典型运行方式下，计算故障库中各故障下的安全稳定裕度；
响应于两个元件同时故障后安全稳定裕度小于0，在紧急控制决策空间中搜索最优控制措施，求取紧急控制措施量；
计算计算年在故障库下的安全性风险。
3.根据权利要求2所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：安全性风险计算公式为，
Figure FDA0003741516250000031
其中，Ei为计算年i在故障库下的安全性风险成本，λji为第i年故障j发生的概率，βm为典型运行方式m的发生概率，Wm,j为典型运行方式m故障j下系统安全稳定裕度小于0时的紧急控制措施量，γ为事先给定的紧急控制措施单位代价，Dm,j为实施紧急控制所需的新增稳控装置成本。
4.根据权利要求1所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：对计算年的充裕性风险进行评估的过程为，
根据电网网架随时间演化情况的初值、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率、计算年电网网架，生成能源转型路径在计算年的工况库和扰动库；
计算计算年的典型日充裕性风险；
根据充裕性风险中各风险项的价格，计算各风险项的成本；
将同一种风险项成本累加乘以典型日天数，获得各风险项总成本；
将所有风险项总成本累加获得计算年的充裕性风险成本。
5.根据权利要求4所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：计算计算年中典型日充裕性风险过程为，
从计算年的工况中获取典型日的工况；
获取典型日的电网各区域中新能源安全稳定极限；
按预设优化目标，考虑典型日工况及新能源安全稳定极限的约束，优化典型日电网各区域的外送/外购电功率曲线，按预设策略原则确定源/储/荷的初始运行策略；
按预设目标和预设约束，优化初始运行策略，得到优化运行策略；
从扰动库中读取扰动生成策略，并基于工况生成扰动集合，按备用配置量覆盖最大扰动功率量为原则计算备用容量需求，形成备用配置策略；
根据优化运行策略和备用配置策略计算计算年中典型日的充裕性风险。
6.根据权利要求5所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：预设约束中，响应于某一区域非化石能源的最大发电功率大于其新能源安全稳定极限，设置该区域非化石能源的最大发电功率等于其新能源安全稳定极限。
7.根据权利要求5所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：新能源安全稳定极限的获取过程为，
基于计算年的典型运行方式和对应的故障库，计算各故障下的安全稳定裕度；
响应于单一元件故障后安全稳定裕度小于0，通过摄动新能源接入功率，求取最危险目标方向上的新能源接入极限值；
响应于两个元件同时故障后安全稳定裕度小于0，在紧急控制决策空间中搜索最优控制措施，求取紧急控制措施量；
响应于紧急控制措施量超过预设最大控制措施量，求解低于预设最大控制措施量的两个元件同时故障后的新能源接入极限值；
将新能源接入极限值的较小值作为新能源安全稳定极限。
8.根据权利要求4所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：生成计算年工况库的过程为，
根据预设典型日挑选原则，在计算年挑选多个典型日；
根据计算年电网各区域最大负荷容量预测值，按年负荷曲线、日负荷曲线所规定的比例确定多个典型日负荷曲线；
根据计算年多个典型日的电网各区域非化石能源最大发电功率，确定非化石能源的典型日理论发电功率曲线；
根据电网网架随时间演化情况的初值、前续年积累的建议投资措施、n年回溯的基础设施合成计算年电网网架，统计连接各区域的联络输电线容量和，确定区域间功率传输极限；
将典型日负荷曲线、非化石能源的典型日理论发电功率曲线、区域间功率传输极限、典型日天数汇集为计算年工况库。
9.根据权利要求4所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：计算年扰动库生成的过程为，
根据计算年电网网架和预设扰动规则，确定扰动生成策略，所有扰动生成策略汇集为计算年扰动库。
10.根据权利要求1所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：对计算年的电力减排机会成本进行评估的过程为，
采用基于综合评估模型的碳排放社会成本评估方法，对电网所在地区在计算年碳排放量对社会经济的潜在影响进行评估。
11.根据权利要求1所述的一种计及电力阻塞的能源转型优化方法，其特征在于：对电网基础设施投资进行优化的过程为，
从电网基础设施库中取出在计算年可用的基础设施投资方案，对计算年可用的基础设施投资方案的投入效果进行评估，将代价比最低的基础设施投资方案加入计算年电网网架；其中，基础设施投资方案包括待选基础设施的技术、经济参数和投入量，代价比为总投资成本除以基础设施投运前后电力运行风险的变化量，总投资成本根据待选基础设施的技术、经济参数和投入量计算获得。
12.一种计及电力阻塞的能源转型优化系统，其特征在于：包括，
库构建模块：获取满足预设能源转型目标的能源转型路径，构建能源转型路径库；
遍历模块：遍历能源转型路径库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化，根据电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径的收益与成本差值；
其中，针对能源转型路径库中的一条能源转型路径，计算其收益与成本差值的过程为：选择一条能源转型路径，在无电力阻塞约束下计算一次能源产量与发电装机容量随时间的变化轨迹；根据变化轨迹、电网各区域最大负荷容量预测值、非化石能源最大发电功率和最大外送/外购功率需求预测值，评估电网各区域的电力电量平衡情况，计算各区域电力传输需求；根据各区域电力传输需求和已有电网网架建设规划，确定电网网架随时间演化情况的初值；根据初值，建立转型期内电网基础设施库；根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化；根据优化结果中电力阻塞约束风险成本最小时的最佳电力转型方案，计算能源转型路径与对应能源转型目标各维度指标的时序轨迹；根据时序轨迹计算能源转型路径的收益与成本差值；
根据变化轨迹、初值和电网基础设施库，在能源转型路径与对应能源转型目标下进行电力阻塞约束风险成本优化的过程为：
A1)根据变化轨迹，构建电力运行的风险阈值集合；
A2)对计算年的安全性风险、充裕性风险、电力减排机会成本分别进行评估，统计计算年电力运行风险；
A3)响应于计算年电力运行风险超过相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险，则对电网基础设施投资进行优化，返回步骤A2；反之，进入步骤A4；
A4)响应于计算年电力运行风险比相应风险阈值对应的计算年电力运行可接受风险低预设比例，则进行计算年回溯；反之进入步骤A5；计算年回溯的过程为：除最晚加入计算年电网网架的代价比最低的基础设施投资方案外，移除其他加入的基础设施投资方案，返回步骤A4；
A5)响应于计算年新投入的电网基础设施提前n年投资更能获益，则进行n年回溯；反之进入步骤A6；n年回溯的过程为：从计算年倒推n年，移除每一年的全部新投基础设施，将计算年回溯至n年前，投入n年回溯的基础设施，返回步骤A2；
A6)响应于计算年并不是转型期的最后一年，则顺序将下一年作为所述计算年，返回步骤A2；反之，保存计算年相应风险阈值下的电力转型方案，进入步骤A7；
A7)将计算年相应风险阈值从风险阈值集合中移除；
A8)响应于风险阈值集合不为空，则顺序取出风险阈值集合第一项值作为当前计算年的相应风险阈值，返回步骤A2；反之，则以电力阻塞约束风险成本最小为目标，从全部保存的电力转型方案中挑选最佳电力转型方案；
最优获取模块：根据差值最大原则，获取最优能源转型目标和最优能源转型路径。
13.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至11所述的方法中的任一方法。
14.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中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至11所述的方法中的任一方法的指令。
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