CN115759440A - 双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，对配电网的可再生能源分布情况以及负荷情况进行负荷预测，根据负荷预测结果制定分布式电源和储能的电源规划并得到净负荷预测结果；将配电网分成集中层、协调层、分布层三层结构，对分布层进行分区得到多个分布层电网；根据负荷预测与电源规划、分层分区的结果逐级确定主接线模式以及电力电量平衡，确定变电设施和输电线路的建设及扩建计划，形成最终网架结构；本申请提出源荷协同预测的核心步骤，在新型电力系统中，负荷预测、可再生能源预测、分布式电源定制定容有机结合为源荷协同预测，对比传统配电网规划，解决了传统配网规划不考虑电源规划及网络分层分区需求的问题。

Description

双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法

技术领域：

本发明涉及供电安全领域，特别是涉及一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法及系统。

背景技术：

电力系统深度脱碳是实现我国碳达峰与碳中和的关键环节，到2060年电力系统碳排放量要减少至零甚至达到负排放。在电源侧，加快清洁能源替代，大力发展风电、光伏发电等可再生能源已成为国际社会应对气候变化、实现我国双碳目标的广泛共识。

新型电力系统具有高渗透率可再生能源与高比例电力电子设备等主要技术特征，即大规模可再生能源发电具有强间歇性、随机性与波动性等特点。因此，如何在多时间尺度上保持发电与负荷的功率平衡、如何保持含高比例电力电子设备的电力系统问问定型、如何对清洁能源进行高效消纳与优化配置将成为未来的主要挑战。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，通过对配电网进行负荷预测、电源规划、分层分区操作最终实现网架规划，提高了源网荷储高效互动，全网能量达到较好的平衡，进一步提高了新能源发电消纳率。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种技术方案是：一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其步骤是：步骤一、对配电网的可再生能源分布情况以及负荷情况进行负荷预测，根据负荷预测结果制定分布式电源和储能的电源规划并得到净负荷预测结果；

步骤二、将配电网分成集中层、协调层、分布层三层结构，并将分布层进行分区，得到多个分布层电网；

步骤三、根据负荷预测与电源规划、分层分区的结果逐级确定主接线模式以及电力电量平衡，确定变电设施和输电线路的建设及扩建计划，形成最终网架结构。

进一步的，所述步骤一中，构建分层预测方法，使负荷预测和电源规划相结合，负荷预测和电源规划互相作为输入和输出，负荷预测向电源规划提供边界条件，电源规划向负荷预测提供计算净负荷所需参数。

进一步的，根据规划区净负荷的数据基础和实际需要，综合选用概率建模法、神经网络法、蒙特卡洛模拟法中的一种进行预测，并以另外两种方法进行校核。

进一步的，分布层电网进行空间净负荷预测时，以地块或用户区块为预测单位，根据其发电/用电特性、出力/消耗特性将其分为商用负荷、工业负荷、家庭负荷、农村/农牧区负荷、可调度负荷、快速响应储能、慢响应储能、不可调度电源、可调度电源、混合负荷。

进一步的，所述步骤二中，对配电网进行三层划分的方式为：

按照220kV变电站、110kV线路和110kV变压器的供电范围把配电网分成集中层、协调层和分布层；其中，

集中层负责整个配网区域的调度工作，根据下层协调层汇总的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，制定从输电网获取电能的计划以及不同协调层电网之间的能量交互计划；

协调层负责所覆盖区域的调度工作，根据实际情况不同该区域可能是全部或部分配电网的分布层电网，根据下层所属全部分布层电网的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，以可再生能源发电就地消纳为导向，制定发电计划并协助完成不同分布层电网之间的能量交互；当协调层无法做到区域内电力电量平衡时，可以将功率/能量、缺额/余额上报给集中层电网，由集中层进行再调度。

分布层作为集中—分布式形态的最后一层，起到连接电网与用户的末端功能，担负着电能分配的最终任务；根据运行时的实际情况，以集中层或协调层制定的发电计划为边界条件，以分布层电网内部经济性或可靠性为目标，以可再生能源就地消纳为导向，制定发电计划，并将功率/能量、缺额/余额上报给协调层进行再调度。

进一步的，所述步骤二中，对分布层进行分区得到多个分布层电网的过程为：1)确定配网规划范围；

2)使用负荷预测和电力电量平衡方法确定整个集中层的净负荷密度及未来增长情况，确定分布式电源和储能容量的分布情况，最终得到以上数据的分布密度统计图表；

3)明确分布层电网建设目标数量和范围，以分布层电网和集中/协调层功率交换最小为目标，计算得到每个分布层电网应有的最小净负荷值；

4)确定规划区域内所有地块或用户区块的类型、净负荷密度、地理位置和面；

5)以类型统一、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各供电单元；

6)以净负荷值平均最小、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各分布层电网。

进一步的，所述步骤三中，根据电力平衡的要求，充分考虑电力在各层级及各分布单元之间相互交互协调，优先进行源荷电力概率平衡，然后基于平衡后的结果判断储能出力概率，最后将储能出力加入概率平衡中进行修正，得到电力平衡和逐年新增分布式电源结果；

电量平衡与电力平衡相同，是综合考虑配网范围内所有新能源的源荷储之间的平衡。

进一步的，所述步骤三中，最终网架结构的形成过程为：

1)确定配电网结构应满足的基本要求；

2)对于供电区域等级较高的地区，选用较为复杂可靠性较高的接线模式，以保证在故障时有充足的备用线路可以及时转供负荷；对于供电区域等级较低的地区，考虑经济性因素，对接线模式的可靠性要求不太；

3)对于区域净饱和负荷密度较高的供电区域，线路选型采用线径粗、容量大的线路型号；对于其他净饱和负荷密度较低的供电区域，降低线径要求；

4)对于部分分布式电网内部源荷储平衡的供电区域，减少变压器出线条数；

5)变电站电气主接线应根据变电站在电网中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质及电源与用户接入的条件确定，并满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建要求。

进一步的，所述步骤三中，配电网结构应满足的基本要求为：

1)正常运行时，各变电站应有相对独立的供电范围，供电范围不交叉、不重叠，故障或检修时，变电站之间应有一定比例的负荷转供能力；

2)分布层电网的10kV出线所供负荷宜均衡，应有合理的分段和联络；故障或检修时，应具有转供非停运段负荷的能力；

3)合理选取分布式电源、储能、微电网、电动汽车等新能源的接入点，并考虑短路电流控制、重要负荷的转供因素的影响；

4)分布层电网和主网、协调层电网和主网之间都应有适当的结构保证其可以灵活地在并网和孤岛状态切换，从而保证故障隔离和恢复能力。

本发明的有益效果为：

1)本申请规范了新型电力系统的规划流程，创新性地提出了源荷协同预测核心步骤，在新型电力系统中，负荷预测、可再生能源预测、分布式电源定制定容有机结合为源荷协同预测，同时对比传统配电网规划，解决了传统配网规划不考虑电源规划及网络分层分区需求的问题。

2)将负荷预测和分布式电源规划有机结合，将净负荷预测和分布式电源规划作为规划的两层目标，净负荷预测给分布式电源规划提供指导，分布式电源规划结果将影响净负荷预测结果，最终在考虑经济性和可靠性的基础上得到净负荷预测结果。

3)细化了新能源接入后供电区域等级的划分，对集中层、协调层、分布层以及供电单元的划分进行了详细介绍，并提出了基于多层聚类的分布层电网分区方法，该方法首先对供电单元进行聚类，将地理位置相邻、负荷类型相同的地块聚集，得到一个个不同的供电单元；接着对分布层电网进行聚类，以源荷储平衡、功率缺额平均、地理位置邻接为目标聚类得到分布层电网。

4)通过分区分层方法，提出了新型电力系统分层分区电力电量平衡方法，该方法有机结合了配网三层划分模式，逐级进行电力电量平衡，并根据新能源随机性和不确定性影响提出了基于出力分布的电力电量概率平衡方法。该方法设定了不平衡可接受误差，以一定概率下满足电力电量平衡为最终目标，有机结合了分布式电源发电特性。

5)通过分区分层方法，对不同供电区域不同层级电网的网架结构进行了规范，对集中层、协调层、分布层的主接线模式进行了介绍；对不同供电区域等级的电网，集中层、协调层、分布层的主接线模式都有所不同，总体上说，集中层的可靠性要求较高，一般采用双环网等接线模式，协调层和分布层在供电区域等级较高的区域会选择双环网、多分段联络等高可靠性接线模式，而在供电区域等级较低的区域则采用手拉手辐射式等低可靠性接线模式。

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中五幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中方法的流程框图。

图2为源荷协同预测方法流程图。

图3为供电单元聚类流程图。

图4为分布层电网聚类流程图。

图5为分层分区电力平衡流程图。

图6为电量平衡流程图。

具体实施方式：

下面将参照附图详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。

本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

实施例

如图1所示，本发明提供一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其步骤是：

步骤S1、对配电网的可再生能源分布情况以及负荷情况进行负荷预测，根据负荷预测结果制定分布式电源和储能的电源规划并得到净负荷预测结果。

净负荷是指一个区域内所有负荷、分布式发电、储能等所有发用电设备的出力/负值与负荷/正值之和，是一个区域相对于电网整体的对外负荷特性表现情况。双碳背景下的负荷均为净负荷。

假设规划区域内有N个网格或者规划单元，针对每个规划单元有：

P_Di＝P_Di0+ΔP_Di(1)

其中：i＝1,2,...,N表示规划单元的序号。

ΔP_Di＝-P_Gi(2)

上式表示负荷的二级平衡，即规划单元内部的负荷平衡，也是负荷的分布平衡，主要是针对负荷的一般变化。而针对负荷较大的变化，则需要在整个规划区域内部进行平衡，即一级负荷平衡，也是集中层面的负荷平衡。在规划区域内需要进行一级负荷平衡的总量为∑P_Di0。

当计及负荷弹性时，上述电力平衡方程(2)变化为：

(1-γ_D)P_Di＝P_Di0-P_Gi(3)

因此，在不考虑负荷弹性的情况下，负荷分布平衡的量取决于储能或者可调发电机组的容量P_Gi；如果考虑负荷弹性，则为P_Gi/(1-γ_D)。分布电力平衡的比例为P_Gi/P_Di。在新能源电力系统的发展过程中，分布式电源和储能装置在配电系统中的比例越来越大，负荷峰值越来越小，分布式电力平衡的比例也越来越大。

考虑到负荷预测和电源规划容量预测相结合，需要构建分层预测方法，负荷预测和电源规划容量预测互相作为输入和输出，负荷预测向电源容量规划预测提供边界条件，电源规划容量向负荷预测提供计算净负荷所需参数，二者共同作用，如图2所示。

基于上述分层预测可根据规划区净负荷的数据基础和实际需要，综合选用三种及以上适宜的方法进行预测，并相互校核。其中，分布层电网进行空间净负荷预测时，以地块(或用户区块)为预测单位，根据其发电/用电特性、出力/消耗特性将其分为以下几种类型，如表1所示。而分电压等级网供负荷预测可根据同一电压等级公用变压器的总负荷、直供用户负荷、自发自用负荷、变电站直降负荷、分布式电源接入容量等因素综合计算得到。

表1净负荷类型

步骤S2、将配电网分成集中层、协调层、分布层三层结构，并将分布层进行分区，得到多个分布层电网。

随着分布式发电的接入，相较于传统电网形态，双碳背景下新型电力系统有着较低的净负荷(密度)。净负荷的变化也会使规划地的供电区域等级发生变化。净负荷减小、供电区域等级发生变化，在可靠性要求不变的情况下，对线路选型、接线模式、系统备用量等都会造成影响，因而需要细化供电区域划分标准。

由于风光等可再生能源的分布特性，分布式发电将在其中扮演着较为重要的角色。根据周孝信专家在第三代电力系统的相关描述，可再生能源发电占比将达到50％～70％，若协调层向分区提供30％的功率需求且分区内分布式发电相对负荷占比达到30％，则实际分区的净负荷将可以降低为原来的一半 (70％*30％+30％＝51％)。这也意味着负荷密度的降低，原本供电区域等级为A+ (σ≥30)的区域可以降低至A(15≤σ＜30)甚至B(6≤σ＜15)，但是供电区域等级的降低并不意味着供电可靠性要求降低，这就说明不能单纯依靠负荷密度来进行供电区域等级划分，而是综合考虑负荷密度、可再生能源分布情况等重新定义划分标准，具体如下：

1)供电区域划分是新型电力系统差异化规划的重要基础，用于确定区域内配电网规划建设标准，主要依据可再生能源分布、净饱和负荷密度，也可参考行政级别、经济发达程度、城市功能定位、用户重要程度、用电水平、GDP 等因素确定，如表2所示，并符合下列规定：

(1)供电区域面积不宜小于5km2；

(2)计算饱和负荷密度时，应扣除110(66)kV及以上专线负荷，以及高山、戈壁、荒漠、水域、森林等无效供电面积；

(3)表中主要分布地区一栏作为参考，实际划分时应综合考虑其他因素；

(4)规划期内供电区域类型应相对稳定，主要边界条件发生重大变化时，可对供电区域类型进行调整；

(5)表中可再生能源密度应以电源规划后可有效利用于发电的可再生能源为准；

(6)净饱和负荷密度应以分布式发电电源规划后计算得到的净饱和负荷密度为准；

(7)对于供电区域等级为C、D和E的区域，应当考虑区域可利用的可再生能源大于等于其负荷的情况，具体表现为呈现零饱和负荷密度或负净饱和负荷密度的情况。

表2供电分区划分表

2)供电区域划分应在省级公司指导下统一开展，在一个规划周期内(一般五年)不宜调整。在新规划周期开始时调整的，或有重大边界条件变化需在规划中期调整的，应专题说明。

集中层负责整个配网区域的调度工作，根据下层协调层汇总的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，制定从输电网获取电能的计划以及不同协调层电网之间的能量交互计划；

协调层负责所覆盖区域的调度工作，根据实际情况不同该区域可能是全部或部分配电网的分布层电网，根据下层所属全部分布层电网的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，以可再生能源发电就地消纳为导向，制定发电计划并协助完成不同分布层电网之间的能量交互；当协调层无法做到区域内电力电量平衡时，可以将功率/能量、缺额/余额上报给集中层电网，由集中层进行再调度。

分布层作为集中—分布式形态的最后一层，起到连接电网与用户的末端功能，担负着电能分配的最终任务；根据运行时的实际情况，以集中层或协调层制定的发电计划为边界条件，以分布层电网内部经济性或可靠性为目标，以可再生能源就地消纳为导向，制定发电计划，并将功率/能量、缺额/余额上报给协调层进行再调度。

其中，集中层和协调层划分的方法为：

1)集中层和协调层是开展高压配电网规划的基本单位，主要用于高压配电网变电站布点和目标网架构建。

2)集中层为220kV变电站，直接与输电网相连。一个集中层一般以1～2 台220kV变电站组成，若对供电可靠性有特殊要求，可根据实际情况增设变电站台数。协调层为110kV线路，直接与集中层相连。一个集中层下对应一个或多个协调层，根据集中层接线模式的不同，同一集中层下的协调层一般不超过两个。

3)集中层宜衔接城乡规划功能区、组团等区划，结合地理形态、行政边界进行划分，规划期内的高压配电网网架结构完整、供电范围相对独立。集中层一般可按县(区)行政区划划分，下设一个协调层，对于电力需求总量较大的市(县)，可在一个集中层下设多个协调层，原则上每个协调层下负荷不超过1000MW。

其中，分布层划分的方法为：基于多层聚类的分布层电网分区划分方法是一种自上而下确定标准、自下而上聚类划分的方法，其主要流程包括确定净负荷密度、以及多级聚类两个部分，具体流程如下：

1)确定配网规划范围，即集中层所覆盖的范围；

2)使用负荷预测和电力电量平衡方法确定整个集中层的净负荷密度及未来增长情况，确定分布式电源和储能容量的分布情况，最终得到以上数据的分布密度统计图表；

3)明确分布层电网建设目标数量和范围，以分布层电网和集中/协调层功率交换最小为目标，计算得到每个分布层电网应有的最小净负荷值P_min,avr：

式中：N_d—分布层电网建设目标数量；N_c—负荷预测和电力电量平衡统计区域数；P_Load,max,i—区域i的最大负荷；C_DG,avr,i—基于分布式发电处理模型和多能互补发电模型的区域i平均分布式发电出力；C_ES,max,i—区域i的储能最大出力；

4)确定规划区域内所有地块(或用户区块)的类型、净负荷密度、地理位置和面积；

5)以类型统一、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各供电单元；

6)以净负荷值平均最小、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各分布层电网，其中各分布层电网的净负荷值计算方法如下：

式中：P_avr—净负荷值；T—统计持续时间；C_DG,t—t时刻分布式电源的出力；C_ES,t—t时刻储能的出力(充电为负值)；P_L,t—t时刻的负荷；C_DG,avr—分布式电源的平均出力；C_ES,avr—储能的平均出力；P_L,avr—平均负荷。

式中：N_D—分布层电网中包括的供电单元数。从以上公式可以看出，分布层电网源荷储的容量是其所涵盖的供电单元的源荷储容量之和。

其中，分布层电网获得的方法为：

1)分布层电网是开展中压配电网目标网架规划的基本单位，也是构成分布层的基本单位，在分布层电网中，按照各级协调、全局最优的原则，统筹上级电源出线间隔及网格内廊道资源，确定分布层分区电网网架结构。

2)分布层为110kV变压器，直接与协调层相连。一个协调层下对应多个分布层，不同分布层电网间相互独立。

3)分布层电网划分的确定是未来配电网规划工作的重点，划分工作主要是在保证短时孤岛的能力下最小化功率缺额，因为功率缺额需要从协调层传输，较大的传输功率也意味着更高的运行损耗和故障电流，同时网架成本也会更高。最小化分布层电网的功率缺额可以有效提高系统的经济性和可靠性。依靠合理的分布层电网划分方式可以最大化利用源、储资源，有效减少功率缺额。

4)分布层电网宜结合道路、铁路、河流、山丘等明显的地理形态进行划分，与城乡控制性详细规划及区域性用地规划等相适应。在城市电网规划中，可以街区(群)、地块(组)作为分布层电网；在乡村电网规划中，可以乡镇作为分布层电网。

5)分布层电网的供电范围应相对独立，供电区域类型应统一，电网规模应适中，饱和期宜包含2～4座具有中压出线的上级公用变电站(包括有直接中压出线的220kV变电站)，且各变电站之间具有较强的中压联络。

6)在划分分布层电网时，应综合考虑中压配电网运维检修、营销服务等因素，以利于推进一体化供电服务。

7)分布层电网划分应相对稳定、不重不漏，具有一定的近远期适应性。划分结果应逐步纳入相关业务系统中。

其中，供电单元划分的方法为：集中电力平衡是在整个规划区域内进行的，为了保障电力传输的均衡，各个规划单元集中平衡负荷应该基本相等，即：

P_D10≈P_D20≈...≈P_DN0(9)

则规划单元的划分原则就是按照式(2)和(9)进行，其中：

1)供电单元是配电网规划的最小单位，是在分布层电网基础上的进一步细分，根据地块功能、开发情况、地理条件、负荷分布、现状电网等情况，规划中压网络接线、配电设施布局、用户和分布式电源接入，制定相应的中压配电网建设项目。

2)供电单元一般由若干个相邻的、开发程度相近、供电可靠性要求基本一致的地块(或用户区块)组成。在划分供电单元时，应综合考虑供电单元内各类负荷的互补特性，兼顾分布式电源发展需求，提高设备利用率。

3)供电单元的划分应综合考虑饱和期上级变电站的布点位置、容量大小、间隔资源等影响，饱和期供电单元内以1～4组中压典型接线为宜，并具备2个及以上主供电源。正常方式下，供电单元内各供电线路宜只为本单元内的负荷供电。

4)供电单元划分应相对稳定、不重不漏，具有一定的近远期适应性。划分结果应逐步纳入相关业务系统中。

步骤S3、根据负荷预测与电源规划、分层分区的结果逐级确定主接线模式以及电力电量平衡，确定变电设施和输电线路的建设及扩建计划，形成最终网架结构。

充分考虑电力在各层级及各分布单元之间相互交互协调，得到电网全局电力平衡，具体分层分区电力平衡步骤如下：

1)集中层电力概率平衡

集中层在整个配网范围内对所有协调层电网进行电力平衡，从输电网调度电力，满足区域内分布式电源出力无法覆盖的负荷，依据下式进行：

该式表示集中层优先在所有协调层配电网之间进行电力平衡，剩余部分从输电网调度，其中：C_TtF——集中层从输电网调度的出力；N_C——集中层所属的协调层电网数；C_FtC,i——第i个协调层电网从集中层调度的出力。

2)协调层电力概率平衡

协调层要在所覆盖的分布层电网间完成概率平衡，依据下述公式进行：

该式表示协调层从集中层调度的出力和储能出力之和满足所属所有分布层电网中分布式电源不能覆盖部分的概率要满足一定的要求，其中：C_FtC——协调层从集中层调度的出力，该值可能为负值，表示协调层下所有分布层电网的总出力大于总负荷，需要向集中层输送电能的情况；C_ES,C——协调层中储能出力；N_D——协调层电网下所属的分布层电网数；α_i——第i个分布层电网的平衡比；P_Load,max,i—第i个分布层电网的最大负荷。

3)分布层电网分区电力概率平衡

分布层电网分区的电力概率平衡需要综合考虑源荷储出力概率模型，依照下述公式进行平衡：

P(C_DG,d+C_ES,d≥α(1+D)P_Load,max,d)≥1-σ (12)

该式表示分布层电网中分布式电源和储能的出力，满足其所需承担的最大负荷比例的概率要满足一定的要求，其中：C_DG,d—分布层电网中分布式电源出力；C_ES,d—分布层电网中储能出力；P_Load,max,d—分布层电网中最大负荷；D—备用系数，考虑到分级调度以及可再生能源就地消纳，一般取0.2～0.3；σ—可接受误差，表示要求电力平衡概率所接受的失误率，该参数与可靠性相关，可靠性越高，该系数越小；α—平衡比，表示分布式电源要承担的负荷比例，该系数与规划区域的可再生能源分布情况、投资成本等相关。

进行分层分区的电力平衡，每一层的概率平衡都有着不同的可接受误差。对于分布层来说，可靠性要求较高、重要负荷占比大的分布层电网的可接受误差较小，其他分布层电网的可接受误差可以适当放宽要求；协调层根据其所属的分布层电网的整体性质，有着较低的可接受误差；集中层的可接受误差最小。

同时，考虑到储能出力概率与源荷比例相关，可以优先进行源荷电力概率平衡，然后基于平衡后的结果判断储能出力概率，最后将储能出力加入概率平衡中进行修正。依据电力平衡全局分析，可得到电力平衡和逐年新增分布式电源结果，

与电力平衡相同，电量平衡同样基于分层分区平衡，是综合考虑配网范围内所有新能源的源荷储之间的平衡。

同时，考虑到储能的出力/负荷时间平均为零的情况，规划中的电量平衡不对储能电量进行考虑，但是储能容量配置需要满足相关规定要求。为保证可再生能源发电就地消纳，电量平衡应以分布式发电全部消纳为基础进行，具体步骤如图6所示。

最终网架结构的形成过程为：

1)确定配电网结构应满足的基本要求；

2)对于供电区域等级较高的地区(A、B、C)，一般会选用较为复杂可靠性较高的接线模式，以保证在故障时有充足的备用线路可以及时转供负荷；对于供电区域等级较低的地区(D、E)，考虑经济性因素，对接线模式的可靠性要求不会太高。

3)对于区域净饱和负荷密度较高的供电区域(A+、A、B+、B、C+)，线路选型要求较高，一般采用线径较粗、容量较大的线路型号；对于其他净饱和负荷密度较低的供电区域，可以适当降低线径要求。

4)对于部分分布式电网内部源荷储平衡的供电区域(B-、C、D+、E+)，可以减少变压器出线条数。

5)在电网建设的初期及过渡期，可根据供电安全准则要求和实际情况，适当简化目标网架作为过渡电网结构。

6)变电站电气主接线应根据变电站在电网中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质及电源与用户接入等条件确定，并满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

其中，配电网结构应满足的要求为：

(1)正常运行时，各变电站(包括直接配出10kV线路的220kV变电站) 应有相对独立的供电范围，供电范围不交叉、不重叠，故障或检修时，变电站之间应有一定比例的负荷转供能力。

(2)分布层电网的10kV出线所供负荷宜均衡，应有合理的分段和联络；故障或检修时，应具有转供非停运段负荷的能力。

(3)合理选取分布式电源、储能、微电网、电动汽车等新能源的接入点，一般来说需要考虑短路电流控制、重要负荷的转供等因素影响。

(4)分布层电网和主网、协调层电网和主网之间都应有适当的结构保证其可以灵活地在并网和孤岛状态切换，从而保证故障隔离和恢复能力。

集中层和协调层的结构为：

1)集中层作为集中—分布式形态的最上层结构，在双碳背景下新型电力系统中的作用及其重要。集中层一般为1～2个220kV变电站，如对供电可靠性有特殊要求可以再增设。不同变电站的变压器出线之间形成双环网主接线模式。

2)集中层变电站之间形成的110kV双环网即协调层电网，一般来说一个集中层下只有一个协调层，根据实际需要，也会存在一个集中层对应多个协调层的情况。

3)对于部分只有D、E级供电区域的配电网，考虑经济性要求，协调层也可以选用其他可靠性要求较低的主接线模式。

4)110kV变电站高压侧有桥式、线变组、环入环出、单母线(分段)接线等型式。站内高压侧电气主接线应尽量简化，宜采用桥式、线变组接线型式。考虑规划发展需求并经过经济技术比较，也可采用其他型式。

5)110kV和220kV变电站的10kV侧主要采用单母线分段接线。

6)110kV变电站10kV侧一般采用单母线分段接线或单母线分段环形接线，可采用n变n段、n变n+1段、2n分段接线。220kV变电站直接配出10kV线路时，其10kV侧主接线参照执行。

分布层的结构为：在分布层面的规划单元，其供电可靠性是不同的。在此假设每个规划单元内部负荷的供电可靠性要求是一致的。

在不同的规划单元当中，针对负荷的供电可靠性要求较高的规划单元，其供电模式也要采取复杂的接线方式，保障负荷转供。同样道理，针对此规划单元的区外来电接线模式也相对复杂化，可以考虑双回路、或者两主一备的接线模式进行供电。而针对供电可靠性要求较低的规划单元，也可以考虑单回线路送电，同时考虑负荷弹性的规模等因素。针对于分布层各区域的目标网架结构如表3所示。

表3各类供电区域分布层电网目标电网结构

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本申请不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其步骤是：步骤一、对配电网的可再生能源分布情况以及负荷情况进行负荷预测，根据负荷预测结果制定分布式电源和储能的电源规划并得到净负荷预测结果；

步骤二、将配电网分成集中层、协调层、分布层三层结构，并将分布层进行分区，得到多个分布层电网；

步骤三、根据负荷预测与电源规划、分层分区的结果逐级确定主接线模式以及电力电量平衡，确定变电设施和输电线路的建设及扩建计划，形成最终网架结构。

2.根据权利要求1所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤一中，构建分层预测方法，使负荷预测和电源规划相结合，负荷预测和电源规划互相作为输入和输出，负荷预测向电源规划提供边界条件，电源规划向负荷预测提供计算净负荷所需参数。

3.根据权利要求2所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：根据规划区净负荷的数据基础和实际需要，综合选用概率建模法、神经网络法、蒙特卡洛模拟法中的一种进行预测，并以另外两种方法进行校核。

4.根据权利要求3所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：分布层电网进行空间净负荷预测时，以地块或用户区块为预测单位，根据其发电/用电特性、出力/消耗特性将其分为商用负荷、工业负荷、家庭负荷、农村/农牧区负荷、可调度负荷、快速响应储能、慢响应储能、不可调度电源、可调度电源、混合负荷。

5.根据权利要求4所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤二中，对配电网进行三层划分的方式为：

按照220kV变电站、110kV线路和110kV变压器的供电范围把配电网分成集中层、协调层和分布层；其中，

集中层负责整个配网区域的调度工作，根据下层协调层汇总的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，制定从输电网获取电能的计划以及不同协调层电网之间的能量交互计划；

协调层负责所覆盖区域的调度工作，根据实际情况不同该区域可能是全部或部分配电网的分布层电网，根据下层所属全部分布层电网的电力电量信息，以配网区域经济性或可靠性为目标，以可再生能源发电就地消纳为导向，制定发电计划并协助完成不同分布层电网之间的能量交互；当协调层无法做到区域内电力电量平衡时，可以将功率/能量、缺额/余额上报给集中层电网，由集中层进行再调度。

分布层作为集中—分布式形态的最后一层，起到连接电网与用户的末端功能，担负着电能分配的最终任务；根据运行时的实际情况，以集中层或协调层制定的发电计划为边界条件，以分布层电网内部经济性或可靠性为目标，以可再生能源就地消纳为导向，制定发电计划，并将功率/能量、缺额/余额上报给协调层进行再调度。

6.根据权利要求5所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤二中，对分布层进行分区得到多个分布层电网的过程为：1)确定配网规划范围；

2)使用负荷预测和电力电量平衡方法确定整个集中层的净负荷密度及未来增长情况，确定分布式电源和储能容量的分布情况，最终得到以上数据的分布密度统计图表；

3)明确分布层电网建设目标数量和范围，以分布层电网和集中/协调层功率交换最小为目标，计算得到每个分布层电网应有的最小净负荷值；

4)确定规划区域内所有地块或用户区块的类型、净负荷密度、地理位置和面；

5)以类型统一、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各供电单元；

6)以净负荷值平均最小、地理位置接近为目标，利用聚类方法得到各分布层电网。

7.根据权利要求1所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤三中，

根据电力平衡的要求，充分考虑电力在各层级及各分布单元之间相互交互协调，优先进行源荷电力概率平衡，然后基于平衡后的结果判断储能出力概率，最后将储能出力加入概率平衡中进行修正，得到电力平衡和逐年新增分布式电源结果；

电量平衡与电力平衡相同，是综合考虑配网范围内所有新能源的源荷储之间的平衡。

8.根据权利要求1所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤三中，最终网架结构的形成过程为：

1)确定配电网结构应满足的基本要求；

2)对于供电区域等级较高的地区，选用较为复杂可靠性较高的接线模式，以保证在故障时有充足的备用线路可以及时转供负荷；对于供电区域等级较低的地区，考虑经济性因素，对接线模式的可靠性要求不太；

3)对于区域净饱和负荷密度较高的供电区域，线路选型采用线径粗、容量大的线路型号；对于其他净饱和负荷密度较低的供电区域，降低线径要求；

4)对于部分分布式电网内部源荷储平衡的供电区域，减少变压器出线条数；

5)变电站电气主接线应根据变电站在电网中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质及电源与用户接入的条件确定，并满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建要求。

9.根据权利要求1所述的一种双碳背景下高渗透率新能源消纳与电网适应性规划方法，其特征是：所述步骤三中，配电网结构应满足的基本要求为：

1)正常运行时，各变电站应有相对独立的供电范围，供电范围不交叉、不重叠，故障或检修时，变电站之间应有一定比例的负荷转供能力；

2)分布层电网的10kV出线所供负荷宜均衡，应有合理的分段和联络；故障或检修时，应具有转供非停运段负荷的能力；

3)合理选取分布式电源、储能、微电网、电动汽车等新能源的接入点，并考虑短路电流控制、重要负荷的转供因素的影响；

4)分布层电网和主网、协调层电网和主网之间都应有适当的结构保证其可以灵活地在并网和孤岛状态切换，从而保证故障隔离和恢复能力。

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