CN111835005B - 确定新能源基地电网输送能力的方法、装置及相关设备 - Google Patents

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CN111835005B CN202010699227.5A CN202010699227A CN111835005B CN 111835005 B CN111835005 B CN 111835005B CN 202010699227 A CN202010699227 A CN 202010699227A CN 111835005 B CN111835005 B CN 111835005B
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Abstract

本发明公开了一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法、装置及相关设备。方法包括以下步骤：采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力。采用本方法可确定电网输送能力，优化电网建设规模，节省投资。

Description

确定新能源基地电网输送能力的方法、装置及相关设备
技术领域
本发明涉及电力系统规划领域，特别涉及一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法。
背景技术
对于新能源送出基地，各级电压输送能力决定了电网的建设规模。在传统设计中，往往按照基地接入的新能源规模满容量配置各级电压输送能力。但由于风电、光电发电出力具有间歇性、随机性、波动性的特点，可能在一年中少量的时段内新能源出力较大，多数时间内达不到输送能力，这就导致电网只在一年中少量时刻达到设计输送能力。因而，追求全额送出新能源会极大提高电网的冗余，导致电网利用率较低。故在系统允许的弃电水平下，可适当减少电网输送能力，降低电网相应规模，节省总投资。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法。该方法根据被研究系统的新能源装机规模和出力特性，结合不同电压等级子系统的电网单位投资，考虑弃电率约束、输电能力约束等，建立数学优化模型，带入相关参数计算求解，得到各电压等级电网的输送能力最优方案。采用本方法可确定电网输送能力，优化电网建设规模，节省投资。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法，包括以下步骤：
采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；
以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；
通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力。
作为本发明的进一步改进，所述电网总投资由n个子系统投资之和构成，目标函数为下式：
Figure BDA0002592416700000021
式中，pn为子系统n的单位投资；En为子系统n的电网输送能力。
作为本发明的进一步改进，所述弃电率约束如下：
当子系统可发功率未超过电网输送能力时，子系统实际出力为子系统可发功率；当子系统可发功率超过电网输送能力时，子系统实际出力为电网输送能力，故子系统出力约束为：
Figure BDA0002592416700000022
式中，
Figure BDA0002592416700000023
为子系统n接入的新能源第i时刻的出力；
Figure BDA0002592416700000024
为子系统n的逐时可发功率；En为子系统n的电网输送能力；
当子系统n为低压系统时，
Figure BDA0002592416700000025
为输入的低压子系统的新能源出力数据；当子系统n为高压系统时
Figure BDA0002592416700000026
为连接的所有低压子系统的出力之和：
Figure BDA0002592416700000027
式中，l为与高压子系统相连接的低压子系统序号；
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002592416700000031
为：
Figure BDA0002592416700000032
弃电率约束：
Figure BDA0002592416700000033
式中，
Figure BDA0002592416700000034
为低压汇集站接入的新能源可发功率数据；η为系统要求的弃电率；T为计算时长。
作为本发明的进一步改进，所述新能源为风电或光伏发电。
一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的系统，包括：
采集模块，用于采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；
模型建立模块，以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；
计算模块，通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力。
一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被所述处理器执行时实现所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被处理器执行时实现所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明根据当前的系统新能源装机规模等参数，以电网总投资最小为目标函数。考虑弃电率约束等建立数学模型，通过单纯形法计算求解，得到最优的电网输送能力。该方法能够在满足系统弃电率要求下，电网以最小的投资完成送出新能源发电出力的任务，并得到每一子系统的输送能力。同时，本优化方法具有计算方便、快捷的特点。
进一步，通过弃电率约束进行建立数学模型，有效的限定电压等级计算过程，最终得到最优的电网输送能力。
本发明的系统通过算法进行分割为采集模块、模型建立模块和计算模块三部分，每个部分独立进行处理，最终通过能够在满足系统弃电率要求下，电网以最小的投资完成送出新能源发电出力的任务，并得到每一子系统的输送能力。本发明可节省新能源送出基地的电网投资。
附图说明
图1是本发明的策略流程图；
图2是示例的接线图；
图3为确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的系统示意图。
具体实施方式
下面是结合附图，对某一新能源送出基地的实例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是实例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，本发明提出一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法。
其原理为：根据当前的系统新能源装机规模等参数，以电网总投资最小为目标函数。考虑弃电率约束等建立数学模型，通过单纯形法计算求解，得到最优的电网输送能力。
具体步骤如下：
(1)采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资；
(2)电网总投资由n个子系统投资之和构成，以总投资最小为目标函数，得到下式：
Figure BDA0002592416700000051
式中，pn为子系统n的单位投资；En为子系统n的电网输送能力。
(3)建立的数学模型考虑的约束如下：
当子系统可发功率未超过电网输送能力时，子系统实际出力为子系统可发功率；当子系统可发功率超过电网输送能力时，子系统实际出力为电网输送能力，故子系统出力约束为：
Figure BDA0002592416700000052
式中，
Figure BDA0002592416700000053
为子系统n接入的新能源第i时刻的出力；
Figure BDA0002592416700000054
为子系统n的逐时可发功率。
当子系统n为低压系统时，
Figure BDA0002592416700000055
为输入的低压子系统的新能源出力数据；当子系统n为高压系统时，
Figure BDA0002592416700000056
为连接的所有低压子系统的出力之和：
Figure BDA0002592416700000057
式中，l为与高压子系统相连接的低压子系统序号。
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002592416700000058
为：
Figure BDA0002592416700000059
弃电率约束：
Figure BDA00025924167000000510
式中，
Figure BDA0002592416700000061
为低压汇集站接入的新能源可发功率数据；η为系统要求的弃电率；T为计算时长。
用单纯形法求解以上线性优化模型。重复(2)、(3)步骤直至所有被研究的电压等级计算完毕。
以下结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例
某一新能源基地汇集2000MW光伏。经110、330、750kV逐级升压后汇入主网。对于750/330kV构成的系统，光伏分别汇入两个330kV汇集站后接入750kV变电站，如附图2所示。被研究系统中，750kV变电站建设1台2100MVA主变；330kV汇集站新建3×360MVA主变；每一汇集站1回330kV线路接入750kV变电站、线路长约30km、导线采用4×400mm2。
定义330kV汇集站A及其送出线路为子系统1，330kV汇集站B及其送出线路为子系统2，750kV变电站为子系统3。总系统弃电率不超过5％。
本方法的具体操作步骤如下：
(1)采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资等数据：
汇集站A、B各接入1000MW的光伏机组。
收集其典型年8760光伏资源数据，得到低压汇集站A和汇集站B的光伏可发功率时间序列，其第i时刻的可发功率即为
Figure BDA0002592416700000062
其主要特性如下：汇集站A的光伏利用小时数1423小时，95％概率下有效容量系数0.594；汇集站B的光伏利用小时数1614小时，95％概率下有效容量系数0.675；不限电时，A+B的光伏利用小时数1518小时，95％概率下有效容量系数0.624。
根据《电网工程限额设计控制指标(2018年水平)》，750kV变电站单位投资按125元/kVA(按3×2100MVA平均考虑)，330kV变电站单位投资按180元/kVA，线路单位投资按135万元/km。
(2)被研究系统的总投资最低为目标函数，即：
min(E1·p1+E2·p2+E3·p3)
式中，p1,p2,p3为子系统1,2,3电网的单位投资；E1,E2,E3为子系统1,2,3的输送能力。
(3)建立的数学模型考虑的约束如下：
子系统1,2,3的出力约束为：
Figure BDA0002592416700000071
子系统1,2的第i时刻的可发功率即为
Figure BDA0002592416700000072
通过步骤(1)得到；子系统3的第i时刻的可发功率为连接的所有低压子系统1,2的出力之和：
Figure BDA0002592416700000073
子系统n第i时刻的弃电量
Figure BDA0002592416700000078
为：
Figure BDA0002592416700000074
式中，
Figure BDA0002592416700000075
为子系统n接入的新能源第i时刻的出力；
Figure BDA0002592416700000076
为子系统n的逐时可发功率。n为1,2,3；i为1,2,3,…,8760。
弃电率约束：
Figure BDA0002592416700000077
将收集到的参数带入上述模型，用单纯形法求解以上线性优化模型。利用本方法求得结果见表1。由结果可见，本发明可以得到各子系统输电能力，同时总弃电率不超过要求的5％；与传统方法按满容量配置方案比，采用本方法优化后节省投资2.5亿元。
表1各系统输电能力优化方案
单位：MVA(MW)、万元
子系统1 子系统2 子系统3 系统弃电率 节省总投资
输送能力 593.4 674.81 1268.21 5％ -
节省投资 8966 7170 9160 - 25296
其次，在上述分析的基础上，针对330/110kV组成的系统，重复步骤(2)、(3)得到330、110kV系统的输送能力。
以子系统1为例说明，汇集站A汇入的两个光伏电站，每个电站装机500MW。资源情况为：电站1的光伏利用小时数1507小时，95％概率下有效容量系数0.646；电站2的光伏利用小时数1338小时，95％概率下有效容量系数0.562。低压电网以110kV电压等级汇入，每100MW一回110kV线路接入，线路长度10km，线路单位投资按65万元/km。
带入模型求解可得到各站输送能力及节省投资见表2。
表2系统1各组成的输电能力优化结果
单位：单位：MVA(MW)、万元
电站1 电站2 子系统1 系统弃电率 节省总投资
输送能力 400 350 593.4 5％ -
节省投资 1300 1950 8952 - 12202
通过以上步骤得到750、330、110kV电网输电能力。
本发明的另一目的在于提出一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的系统，如图3所示，包括：
采集模块，用于采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；
模型建立模块，以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；
计算模块，通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力。
本发明还提供一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的设备，包括：
存储器，
处理器，
存储在所述存储器上并可在所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，
所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被所述处理器执行时实现所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被处理器执行时实现所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
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。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；
以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；
通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力；
所述弃电率约束如下：
当子系统可发功率未超过电网输送能力时，子系统实际出力为子系统可发功率；当子系统可发功率超过电网输送能力时，子系统实际出力为电网输送能力，故子系统出力约束为：
Figure FDA0003196084790000011
式中，
Figure FDA0003196084790000012
为子系统n接入的新能源第i时刻的出力；
Figure FDA0003196084790000013
为子系统n的逐时可发功率；En为子系统n的电网输送能力；
当子系统n为低压系统时，
Figure FDA0003196084790000014
为输入的低压子系统的新能源出力数据；当子系统n为高压系统时，
Figure FDA0003196084790000015
为连接的所有低压子系统的出力之和：
Figure FDA0003196084790000016
式中，l为与高压子系统相连接的低压子系统序号；
子系统n第i时刻的弃电量
Figure FDA0003196084790000017
为：
Figure FDA0003196084790000018
弃电率约束：
Figure FDA0003196084790000019
式中，
Figure FDA00031960847900000110
为低压汇集站接入的新能源可发功率数据；η为系统要求的弃电率；T为计算时长。
2.根据权利要求1所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法，其特征在于，所述电网总投资由n个子系统投资之和构成，目标函数为下式：
Figure FDA0003196084790000021
式中，pn为子系统n的单位投资；En为子系统n的电网输送能力。
3.根据权要求1所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法，其特征在于，所述新能源为风电或光伏发电。
4.一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集被研究系统内的新能源发电装机规模、出力特性数据、不同电压等级子系统的电网单位投资数据；
模型建立模块，以电网总投资最小为目标函数；考虑弃电率约束等建立数学模型；
所述弃电率约束如下：
当子系统可发功率未超过电网输送能力时，子系统实际出力为子系统可发功率；当子系统可发功率超过电网输送能力时，子系统实际出力为电网输送能力，故子系统出力约束为：
Figure FDA0003196084790000022
式中，
Figure FDA0003196084790000023
为子系统n接入的新能源第i时刻的出力；
Figure FDA0003196084790000024
为子系统n的逐时可发功率；En为子系统n的电网输送能力；
当子系统n为低压系统时，
Figure FDA0003196084790000025
为输入的低压子系统的新能源出力数据；当子系统n为高压系统时，
Figure FDA0003196084790000026
为连接的所有低压子系统的出力之和：
Figure FDA0003196084790000031
式中，l为与高压子系统相连接的低压子系统序号；
子系统n第i时刻的弃电量
Figure FDA0003196084790000032
为：
Figure FDA0003196084790000033
弃电率约束：
Figure FDA0003196084790000034
式中，
Figure FDA0003196084790000035
为低压汇集站接入的新能源可发功率数据；η为系统要求的弃电率；T为计算时长；
计算模块，通过单纯形法计算求解该数学模型，重复计算直至所有被研究系统的电压等级计算完毕，最终得到最优的电网输送能力。
5.一种确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序，所述确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的确定新能源送出基地各级电压电网输送能力的方法的步骤。
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