CN112766634A - 一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法及系统，属于电网规划技术领域。本发明基于区域电网在一定规划时间内实现全时段全清洁供电的要求，设置不同组规划阶段可接受的运行风险阈值，通过遍历风险阈值组，实现规划周期内总措施成本和运行风险最小，对不满足风险阈值要求的年份进行措施优化，统筹保障电力平衡、电量平衡及电网安全稳定运行的各类措施。本发明能够在全清洁供电的要求下充分考虑电网运行风险，合理制定各项措施的最佳投运时间，指导电网的规划及运行。

Description

一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法及系统
技术领域
本发明属于电网规划技术领域，具体涉及一种满足区域电网全时段全清洁供电的运行与规划协调优化方法，还涉及一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化系统。
背景技术
我国中长期能源发展的战略目标，受能源资源约束，建立在传统化石能源基础上的能源发展方式已经难以为继，亟需深入推进能源转型，推动能源结构优化升级，持续提高能源利用效率，实现能源生产与消费的清洁化与低碳化。
在全清洁供电规划优化中，由于不同于火电机组惯量支撑的强同步电网，在电力系统运行规划中，全清洁规划路径的可行性缺乏有效的评估和校核，仅进行N-1校核已无法同时满足安全性和充裕性的运行约束，亟需在运行优化过程中识别电网基础设备、网架设施需求，合理超前规划，促进电源和电网的协调发展，实现多时空协调的全局优化。
在对全清洁供电的运行与规划协调研究中，一个重要的问题是如何合理制定不同发展阶段电力系统规划运行的边界，按照风险的理论来说即是如何设定合适的风险阈值，使得电网运行和规划刚好满足全清洁能源发电的发展；另一个是在上层运行风险要求下如何对年度基础设备和交流网架进行优化，从中挑选出投资效益最佳的方案，通过比较不同风险阈值组下的优劣，得到最优风险阈值组的同时，也就得到了该组阈值下的运行和规划方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法及系统，基于区域电网在一定规划时间内实现全时段全清洁供电的要求，设置不同组的规划周期内风险阈值，通过遍历风险阈值组，实现规划周期内总措施成本和运行风险最小。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，包括以下过程：
基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，计算规划周期内电网年度运行风险；
获取多组规划周期内风险阈值，构成风险阈值库；
针对风险阈值库中每一组风险阈值：从规划初始年开始，逐年将电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库中进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本；将规划周期内各年份的措施成本和运行风险累加得到总运行风险和措施成本；
选取总措施成本与运行风险最小对应的选定的各措施作为最佳措施投运时间。
进一步的，所述生成多组规划周期内风险阈值，包括：
根据电网运行人员对风险的可接受程度，生成多组规划周期内风险阈值，每一组风险阈值包含规划周期内每个年度的风险阈值。
进一步的，所述电网基础设施措施库内标记措施的投运时间区间。
进一步的，所述对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本，包括：
计算电网基础设施措施库中每个措施的措施代价性能比值指标；
按照措施代价性能比指标从小到大依次投入对应的措施，直到该年电网年度运行风险在风险阈值范围以内；
输出该年的电网年度运行风险值及选定的措施及其对应的措施成本。
进一步的，所述措施代价性能比指标为措施成本与措施投入前后电网年度运行风险减小量的比值。
进一步的，所述措施代价性能比指标为：
Figure BDA0002855176870000031
其中，λi为第i年份成本贴现，C为电网基础设施措施库中措施的措施成本，Δα为基础设施库中措施投入前后电网年度运行风险减少量。
进一步的，所述措施寻优后，还包括：
将选定的措施添加至次年～规划终点年的电网全清洁方式，基于电网全清洁方式重新计算电网年度运行风险。
进一步的，所述措施寻优后，还包括：
将选定的措施从电网基础设施措施库中剔除。
进一步的，对于风险不超过阈值的年份，输出该年的电网年度运行风险值。
相应的，本发明还提供了一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化系统，包括：
风险计算模块，用于基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，计算规划周期内电网年度运行风险；
阈值生成模块，用于生成多组规划周期内风险阈值，构成风险阈值库；
措施寻优模块，用于针对风险阈值库中每一组风险阈值，将规划周期内电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库中进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本，将各年份的措施成本和运行风险累加得到总运行风险和措施成本；
最佳措施选择模块，用于选取总措施成本与运行风险最小对应的选定的各措施作为最佳措施投运时间。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明能够在全清洁供电的要求下充分考虑电网运行风险约束，合理制定各项措施的最佳投运时间，指导电网的合理规划及运行。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明方法的流程示意图。
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。
本发明的发明构思为：基于区域电网在一定规划时间内实现全时段全清洁供电的要求，设置不同组的规划周期内的风险阈值，通过遍历风险阈值组，对不满足风险阈值要求的年份进行措施优化，实现规划周期内总措施成本和运行风险最小。本发明统筹保障电力平衡、电量平衡及电网安全稳定运行的各运行和规划措施。
本发明能够在全清洁供电的要求下充分考虑电网运行风险约束，合理制定各项措施的最佳投运时间，指导电网的合理规划及运行。
实施例1
本发明的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，用于解决能源转型优化问题，通过设置不同规划阶段可接受的风险阈值组，指导规划措施进行优化，以总措施成本与运行风险最小为目标进行寻优。
其主要步骤如图1所示，包括：
步骤1：基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，生成全清洁方式下的交直流扰动库；
基于电网规划运行数据生成规划周期内区域电网全清洁方式，含每年的潮流文件和稳定文件，其中潮流文件需要保证从起始年到规划终点年内该区域内火电机组均关停，稳定文件需要含规划周期内各项工程的发电机、线路、直流等参数。
基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，使用FASTEST软件自动生成全清洁方式下的交直流扰动库；生成的交直流扰动库需要包含电力系统安全稳定导则规定的第一级安全标准故障和第二级安全标准故障。
步骤2：基于规划周期内区域电网年度全清洁方式及对应交直流扰动库，计算电网年度运行风险；
年度运行风险包含了电力系统运行的弃风/弃光/弃水风险、过载风险、暂态安全风险、调频风险和调峰风险，计算过程参考现有技术，如专利号为2020108050199的专利中关于的方法。
步骤3：生成电网基础设施措施库，在库内标记措施的投运时间；
基于电网规划运行数据生成电网基础设施措施库，电网基础设施措施库包含了调相机、储能、串补、SVC、STATCOM、抽蓄、线路、主变等电网规划类措施。电网基础设施措施库由初始年到终点年间网架发生改变的所有调相机、储能、串补、SVC、STATCOM、抽蓄、线路、主变等组成，将具有联通性的线路标记可投运时间的关联关系，其余线路仅标记可投运时间。
步骤4：根据电网运行人员对风险的可接受程度，生成多组规划周期内风险阈值构成风险阈值库，每一组风险阈值包含规划周期内每个年度的风险阈值。分别对每一组风险阈值重复步骤5。
风险阈值代表了每年全清洁方式下发生扰动后可承受的风险门槛，对于超过风险门槛的年份进行措施的优化。
步骤5：针对任一组风险阈值，将规划周期内电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，协调优化各电网基础设施措施，得到该年度运行风险和措施成本；
协调优化运行和规划措施的具体过程：
A1)针对一组风险阈值，从初始年开始，逐年判断电网年度运行风险是否超过风险阈值；
A2)对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库进行措施寻优，获得投入的措施。
措施寻优的具体过程为：
A21)计算电网基础设施措施库中每个措施的措施代价性能比值指标；
定义措施代价性能比指标β为措施成本与风险减小量的比值：
Figure BDA0002855176870000061
其中，λi为第i年份成本贴现，C为电网基础设施措施库中措施的措施成本，Δα为基础设施库中措施投入前后电网年度运行风险减少量。
由于规划所涉及的时间跨度较长，在计算成本时需要考虑措施成本的贴现率，统一设定为λi，同一措施在不同年份的贴现率通常是不同的。
A22)按照措施代价性能比指标从小到大依次投入对应的措施，直到该年电网运行风险在阈值范围以内；
A23)输出该年的风险值及选定的措施及其对应的措施成本C，将选定的措施添加至(次年～规划终点年)的电网全清洁方式(潮流文件和稳定文件)中，基于电网全清洁方式重新计算电网年度运行风险，并将该措施从电网基础设施措施库中剔除；
A3)对于风险不超过阈值的年份，直接输出该年风险值，次年全清洁方式无需刷新；
A4)计算达到终点年，对每年投入的措施成本和风险值进行混合累加，得到该组风险阈值下的总措施成本与运行风险。
步骤6：重复步骤5，直到所有风险阈值组都已遍历结束；
步骤7：选取总措施成本与运行风险最小对应的风险阈值作为最优的一组风险阈值，该组风险阈值下对应的各项措施投运顺序即为最佳投运时间。
本发明基于区域电网在一定规划时间内实现全时段全清洁供电的要求，设置不同组的规划周期内不同年份的风险阈值，通过遍历风险阈值组，实现规划周期内总措施成本和运行风险最小。对不满足风险阈值要求的年份进行措施优化，统筹保障电力平衡、电量平衡及电网安全稳定运行的各运行和规划措施，优化措施投运时间。本发明能够在全清洁供电的要求下，合理制定各项措施的最佳投运时间，指导电网的规划及运行。
实施例2
相应的，本发明的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化系统，包括：
风险计算模块，用于基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，计算规划周期内电网年度运行风险；
阈值生成模块，用于生成多组规划周期内风险阈值，构成风险阈值库；
措施寻优模块，用于针对风险阈值库中每一组风险阈值，从规划初始年开始，逐年将电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库中进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本；将规划周期内各年份的措施成本和运行风险累加得到总运行风险和措施成本；
最佳措施选择模块，用于选取总措施成本与运行风险最小对应的选定的各措施作为最佳措施投运时间。
本发明系统的各个模块的具体实现方案参见上述方法的具体实现过程。
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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，包括以下过程：
基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，计算规划周期内电网年度运行风险；
获取多组规划周期内风险阈值，构成风险阈值库；
针对风险阈值库中每一组风险阈值：从规划初始年开始，逐年将电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库中进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本；将规划周期内各年份的措施成本和运行风险累加得到总运行风险和措施成本；
选取总措施成本与运行风险最小对应的选定的各措施作为最佳措施投运时间。
2.根据权利要求1所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述生成多组规划周期内风险阈值，包括：
根据电网运行人员对风险的可接受程度，生成多组规划周期内风险阈值，每一组风险阈值包含规划周期内每个年度的风险阈值。
3.根据权利要求1所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述电网基础设施措施库内标记措施的投运时间区间。
4.根据权利要求1所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本，包括：
计算电网基础设施措施库中每个措施的措施代价性能比值指标；
按照措施代价性能比指标从小到大依次投入对应的措施，直到该年电网年度运行风险在风险阈值范围以内；
输出该年的电网年度运行风险值及选定的措施及其对应的措施成本。
5.根据权利要求4所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述措施代价性能比指标为措施成本与措施投入前后电网年度运行风险减小量的比值。
6.根据权利要求5所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述措施代价性能比指标为：
Figure FDA0002855176860000021
其中，λi为第i年份成本贴现，C为电网基础设施措施库中措施的措施成本，Δα为基础设施库中措施投入前后电网年度运行风险减少量。
7.根据权利要求4所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述措施寻优后，还包括：
将选定的措施添加至次年～规划终点年的电网全清洁方式，基于电网全清洁方式重新计算电网年度运行风险。
8.根据权利要求4所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，所述措施寻优后，还包括：
将选定的措施从电网基础设施措施库中剔除。
9.根据权利要求1所述的一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化方法，其特征是，对于风险不超过阈值的年份，输出该年的电网年度运行风险值。
10.一种满足区域电网全时段全清洁供电的协调优化系统，包括：
风险计算模块，用于基于规划周期内区域电网年度全清洁方式，计算规划周期内电网年度运行风险；
阈值生成模块，用于生成多组规划周期内风险阈值，构成风险阈值库；
措施寻优模块，用于针对风险阈值库中每一组风险阈值，从规划初始年开始，逐年将电网年度运行风险与风险阈值对比，对于风险阈值越限的年份，从电网基础设施措施库中进行措施寻优获得选定的措施及其措施成本；将规划周期内各年份的措施成本和运行风险累加得到总运行风险和措施成本；
最佳措施选择模块，用于选取总措施成本与运行风险最小对应的选定的各措施作为最佳措施投运时间。
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