CN113300396A - 一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统 - Google Patents

一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统，本发明对规划周期内每年进行分析，获取每年直流最大可传输功率，将直流不能满功率送出导致的弃电损失、以及紧急控制代价、外购电成本、备用成本计统一货币化，形成运行风险代价，结合随机生成的多组风险阈值序列，计算每组风险阈值序列下的风险总成本，采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列，通过合理规划直流传输极限，实现规划到运行的无缝衔接，能够指导电力系统规划人员充分考虑直流投运后的运行风险，使得电源‑电网‑直流负荷协同发展。

Description

一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统
技术领域
本发明涉及一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统，属于电网规划技术领域。
背景技术
大力开发可再生能源已成为我国能源发展的重要战略共识，然而，由于规划、管理、技术等方面的原因，我国可再生能源的“弃水弃光弃风”问题十分突出。以四川电网为例，随着四川投产的三回特高压直流线路形成了四川电网“强直弱交”的电力结构特征，外送通道建设和水电装机投产规模不匹配、外送需求和省外接纳具体情况不匹配均可造成弃水，合理的规划建设特高压直流是缓解弃水问题以及全国能源优化配置的重要举措。
传统交直流电网结构优化研究重点考虑一次系统加强对送受电需求和能力的影响，提出直流落点方式及交流网架构建方法，实现供电的经济性、可靠性，在规划方案制定时主要考虑电力电量平衡、N-1约束及经济性，不考虑小概率的极端工况。电网的运行情况主要取决于电网规划以及电力设计水平，由于特高压交流电网建设滞后，“强直弱交”结构的长期存在，现有运行极限计及了极端工况N-2故障后的稳定约束，导致了我国交直流电网运行存在较大的安全稳定风险。在直流投产的过渡期通常达不到规划设计的额定容量，在直流实际运行中过于依赖二次系统弥补规划带来的电网结构不足。
新版《电力系统安全稳定导则》(GB38755-2019)明确要求，在电网规划阶段要统筹考虑稳定控制等二次系统，计算远景系统的稳定性能，使得电力系统发生稳定破坏时，能够有预定的措施以防止事故范围扩大，减少事故损失；同时规定了电力系统的二次设备(包括继电保护装置、安全自动装置、自动化设备、通信设备等)的参数设定及耐受能力应与一次设备相适应因此。因此，在直流的规划设计阶段，亟需考虑运行风险的直流传输极限优化方法。
发明内容
本发明提供了一种规划周期内直流传输极限优化方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种规划周期内直流传输极限优化方法，包括，
获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
若送端电网为没有新能源送出的电网，典型的运行工况包括丰大、丰小、丰平大、枯大、枯小和枯平大；
若送端电网为有新能源送出的电网，典型的运行工况包括丰大、丰小、丰平大、枯大、枯小、枯平大、新能源大发和新能源小发。
根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率，具体过程为，
计算所有运行工况下直流有效短路比，获取受直流有效短路比约束的直流最大传输功率；
计算所有运行工况下发生交流故障后直流近区交流断面输电功率，获取受交流通道电力组织约束的直流最大传输功率；
计算直流扰动冲击下换流站及直流近区交流母线暂态过电压和稳态过电压受限情况，获取受电压稳定约束的直流最大传输功率；
计算直流扰动冲击下系统频率受限情况，获取受频率稳定约束的直流最大可传输功率；
计算同时受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率。
弃电代价的计算公式为，
Figure BDA0003074993160000031
其中，Cdiscard为弃电代价，j、λj分别为直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况及运行工况概率，
Figure BDA0003074993160000032
为直流最大可传输功率，k为弃电的单位代价，Pj为运行工况j中安排的直流功率。
调整所有运行工况时，对于直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况，将直流功率调整至最大可传输功率，优先减少配套电源出力。
计算运行风险代价的公式为，
Figure BDA0003074993160000041
其中，Crisk为运行风险代价，Cdiscard为弃电代价，λi、ωt分别为运行工况i概率及对应扰动概率，Cec、Cre、Cpur分别为紧急控制代价、备用成本和外购电成本。
随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本，具体过程为，
随机生成多组规划周期内的风险阈值序列；其中，各组风险阈值序列的起始年和终点年分别与规划周期的起始年和终点年一致，各组风险阈值序列均包含规划周期各年的风险阈值；
针对每组风险阈值序列，对运行风险代价超过相应风险阈值的年份，进行规划措施优化选择，计算风险阈值序列下的风险总成本；其中，风险总成本为规划周期内每年的运行风险代价和规划措施成本累加。
一种规划周期内直流传输极限优化系统，包括，
工况获取模块：获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
可传输功率模块：根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
弃电代价模块：根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
运行风险代价模块：基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
风险总成本模块：随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
极限序列模块：采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
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，使得所述计算设备执行规划周期内直流传输极限优化方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个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一个或多个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规划周期内直流传输极限优化方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明对规划周期内每年进行分析，获取每年直流最大可传输功率，将直流不能满功率送出导致的弃电损失、以及紧急控制代价、外购电成本、备用成本计统一货币化，形成运行风险代价，结合随机生成的多组风险阈值序列，计算每组风险阈值序列下的风险总成本，采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列，通过合理规划直流传输极限，实现规划到运行的无缝衔接，能够指导电力系统规划人员充分考虑直流投运后的运行风险，使得电源-电网-直流负荷协同发展。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
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。
如图1所示，一种规划周期内直流传输极限优化方法，包括以下步骤：
步骤1，获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
步骤2，根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
步骤3，根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
步骤4，基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
步骤5，随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
步骤6，采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
上述方法基于“解耦-聚合”，先对规划周期内每年进行解耦分析，获取每年直流最大可传输功率，将直流不能满功率送出导致的弃电损失、以及紧急控制代价、外购电成本、备用成本计统一货币化，形成运行风险代价，然后结合随机生成的多组风险阈值序列，聚合计算每组风险阈值序列下的风险总成本，最后采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
在获取运行工况时，还会相应的获取运行工况对应的概率，以及生产运行工况相应的扰动和扰动概率。
若送端电网为没有新能源送出的电网，典型的运行工况包括丰大、丰小、丰平大、枯大、枯小和枯平大；若送端电网为有新能源送出的电网(一般包含大量新能源送出)，在上述典型运行工况的基础上，还包括新能源大发和新能源小发。
运行工况对应的概率可以表示为运行工况一年中出现的小时数除以8760h；扰动为《GB 38755-2019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，扰动概率中N-1故障可取为0.01次/km，N-2故障可取为0.002次/km，直流单极故障可取为1.6次/条.年，直流双极故障可取为0.1次/条.年。
基于获得运行工况，可计算出每年直流最大可传输功率，具体过程如下：
21)计算所有运行工况下直流有效短路比，获取受直流有效短路比约束的直流最大传输功率；
当所有运行工况下直流有效短路比均大于2，则直流传输功率不受限；
当存在直流有效短路比小于2的工况时，降低该工况中直流功率，重新计算直流有效短路比，当直流有效短路比刚好等于2时，所对应的直流功率为受短路比约束的直流最大传输功率PDC ESCR；
22)计算所有运行工况下发生交流故障后直流近区交流断面输电功率，获取受交流通道电力组织约束的直流最大传输功率；
由于直流需要通过交流断面汇集网内已投产电源，通常情况下需要校核直流近区交流N-1、N-2故障后系统的热稳定、暂态稳定、动态稳定的情况，当近区交流N-1、N-2故障后存在线路过热稳/系统暂态失稳/系统动态失稳，降低交流断面输电功率，直到交流N-1、N-2故障后系统稳定。
当直流近区所有汇集的交流断面最大输电功率PDC AC小于直流额定功率时，受交流通道电力组织约束的直流最大传输功率即为PDC AC；
23)计算直流扰动(含换相失败、闭锁、再启动)冲击下换流站及直流近区交流母线暂态过电压和稳态过电压受限情况，获取受电压稳定约束的直流最大传输功率；
一般而言，暂态过电压按照不超过换流站母线电压保护定值1.3p.u./500ms校核，稳态电压按照不超过550kV/半小时校核；当直流近区存在新能源的，还应校核新能源汇集母线电压不超过新能源涉网标准；
当发生直流扰动(含换相失败、闭锁、再启动)后换流站/直流近区交流母线/新能源汇集母线暂态过电压和稳态过电压超过保护定值，即存在不满足直流故障后暂态或稳态过电压的工况，降低该工况中直流功率，直到直流扰动后换流站/直流近区交流母线/新能源汇集母线暂态过电压和稳态过电压均在标准范围内，则该工况中直流功率即为受电压稳定约束的直流最大传输功率PDC voltage；
24)计算直流扰动(含换相失败、闭锁、再启动)冲击下系统频率受限情况，获取受频率稳定约束的直流最大可传输功率；
一般而言，最高频率按照不超过高周切机动作定值50.8Hz/500ms校核，最低频率不超过低周减载动作定值49Hz校核；当直流近区存在新能源的，还应校核新能源频率不超过新能源涉网标准；对于存在同送同受的直流，还应校核同送同受直流换相失败后频率响应特性；
计算直流扰动(含换相失败、闭锁、再启动)冲击下系统频率，对于不满足直流故障后最高频率或最低频率的工况，降低该工况中直流功率，直到该工况发生直流扰动后频率在标准范围内，则该工况中直流功率即为受频率约束的直流最大传输功率PDC frequency；
25)计算同时受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率，即PDC max＝min(PDC ESCR,PDC AC,PDC voltage,PDC frequency)
根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，具体公式如下：
Figure BDA0003074993160000091
其中，Cdiscard为弃电代价，j、λj分别为直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况及运行工况概率，
Figure BDA0003074993160000092
为直流最大可传输功率，k为弃电的单位代价，可参考电源的单位上网电价制定，如水电的弃电单位代价为227.7元/MWh，Pj为运行工况j中安排的直流功率。
根据每年直流最大可传输功率调整所有运行工况：调整所有运行工况时，对于直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况，将直流功率调整至最大可传输功率，优先减少配套电源出力。
基于调整后的运行工况，计算每年的运行风险代价，具体公式为：
Figure BDA0003074993160000093
其中，Crisk为运行风险代价，λi、ωt分别为运行工况i概率及对应扰动概率，Cec、Cre、Cpur分别为紧急控制代价、备用成本和外购电成本。
上述随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本，具体过程为：
51)随机生成多组规划周期内的风险阈值序列；其中，各组风险阈值序列的起始年和终点年分别与规划周期的起始年和终点年一致，各组风险阈值序列均包含规划周期各年的风险阈值；
52)针对每组风险阈值序列，对运行风险代价超过相应风险阈值的年份，进行规划措施优化选择，直到运行风险代价降低至风险阈值以内，并将规划措施计入后续年份，刷新后续年份工况和扰动，计算风险阈值序列下的风险总成本；其中，风险总成本为规划周期内每年的运行风险代价和规划措施成本累加，若没有进行规划措施优化选择，则规划措施成本为0；规划措施包含新建储能、抽蓄、SVG、线路、主变。
上述方法在直流的规划设计阶段，通过考虑运行中安全性及充裕性等风险并进行货币化，将运行中的风险代价与直流送电的经济性统筹考虑，避免了单一考虑运行或规划造成的直流传输功率与电源、网架不协调，导致网架承载直流能力不足等；通过合理规划直流传输极限，实现规划到运行的无缝衔接，能够指导电力系统规划人员充分考虑直流投运后的运行风险，使得电源-电网-直流负荷协同发展。
一种规划周期内直流传输极限优化系统，其特征在于：包括，
工况获取模块：获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
可传输功率模块：根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
弃电代价模块：根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
运行风险代价模块：基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
风险总成本模块：随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
极限序列模块：采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
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，使得所述计算设备执行规划周期内直流传输极限优化方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个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一个或多个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规划周期内直流传输极限优化方法的指令。
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 (10)

1.一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：包括，
获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
2.根据权利要求1所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：若送端电网为没有新能源送出的电网，典型的运行工况包括丰大、丰小、丰平大、枯大、枯小和枯平大；
若送端电网为有新能源送出的电网，典型的运行工况包括丰大、丰小、丰平大、枯大、枯小、枯平大、新能源大发和新能源小发。
3.根据权利要求1所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率，具体过程为，
计算所有运行工况下直流有效短路比，获取受直流有效短路比约束的直流最大传输功率；
计算所有运行工况下发生交流故障后直流近区交流断面输电功率，获取受交流通道电力组织约束的直流最大传输功率；
计算直流扰动冲击下换流站及直流近区交流母线暂态过电压和稳态过电压受限情况，获取受电压稳定约束的直流最大传输功率；
计算直流扰动冲击下系统频率受限情况，获取受频率稳定约束的直流最大可传输功率；
计算同时受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率。
4.根据权利要求1所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：弃电代价的计算公式为，
Figure FDA0003074993150000021
其中，Cdiscard为弃电代价，j、λj分别为直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况及运行工况概率，
Figure FDA0003074993150000022
为直流最大可传输功率，k为弃电的单位代价，Pj为运行工况j中安排的直流功率。
5.根据权利要求4所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：调整所有运行工况时，对于直流安排的功率大于直流最大可传输功率的运行工况，将直流功率调整至最大可传输功率，优先减少配套电源出力。
6.根据权利要求1所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：计算运行风险代价的公式为，
Figure FDA0003074993150000023
其中，Crisk为运行风险代价，Cdiscard为弃电代价，λi、ωt分别为运行工况i概率及对应扰动概率，Cec、Cre、Cpur分别为紧急控制代价、备用成本和外购电成本。
7.根据权利要求1所述的一种规划周期内直流传输极限优化方法，其特征在于：随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本，具体过程为，
随机生成多组规划周期内的风险阈值序列；其中，各组风险阈值序列的起始年和终点年分别与规划周期的起始年和终点年一致，各组风险阈值序列均包含规划周期各年的风险阈值；
针对每组风险阈值序列，对运行风险代价超过相应风险阈值的年份，进行规划措施优化选择，计算风险阈值序列下的风险总成本；其中，风险总成本为规划周期内每年的运行风险代价和规划措施成本累加。
8.一种规划周期内直流传输极限优化系统，其特征在于：包括，
工况获取模块：获取规划周期内每年送端电网典型的运行工况；
可传输功率模块：根据运行工况，计算受直流有效短路比约束、交流通道电力组织约束、电压稳定约束和频率稳定约束的每年直流最大可传输功率；
弃电代价模块：根据每年直流最大可传输功率，统计因直流不能满功率送出而导致的弃电代价，调整所有运行工况；
运行风险代价模块：基于调整后的运行工况，根据弃电代价、外购电成本、备用成本以及第二级安全标准故障下送端电网的紧急控制代价，计算每年的运行风险代价；
风险总成本模块：随机生成多组规划周期内的风险阈值序列，根据运行风险代价，计算每组风险阈值序列下从规划周期起始年到终点年的风险总成本；
极限序列模块：采用风险总成本最小时对应的每年直流最大可传输功率，构建规划周期内直流传输极限序列。
9.一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7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个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一个或多个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7所述的方法中的任一方法的指令。
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