CN116050625A - 一种考虑时序的输电扩展规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种考虑时序的输电扩展规划方法,属于电力系统规划技术领域。针对含有发电及负荷不确定较高的电力系统,提出的一种输电扩展规划模型。该模型考虑发电机组及负荷需求的时序性,构建考虑时序的输电扩展规划模型,并将模型通过循环时序的建模方法,采用混合整数线性规划模型的求解方法求解,最后得到考虑时序的输电扩展规划方案,在保证规划结果更经济的同时,提高规划模型的精确程度和合理性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统规划技术领域,具体涉及一种时序输电扩展规划建模和求解方法。
背景技术
随着社会的快速发展,电力负荷急速地增长和新能源发电设备的广泛应用,需要对传统的电力系统规划和运行方式做出改变以适应当下和未来的电力系统结构。在输电规划层面,风光等可再生能源并网及电动汽车、温控负荷等新型负荷的渗透率逐渐增加,使电力系统中的不确定性大幅增加。这些不确定性给电力系统规划带来很大的影响。
国内外不少学者对输电扩展规划模型和规划方法进行了研究,但主要存在以下几类不足:一是,在传统模型的基础上选择极端场景做输电扩展规划,这种规划方法使得规划线路冗余过度,经济性极差。二是,在规划期内选择典型发电、负荷场景做多场景随机输电扩展规划,但由于场景数量众多,这使得多场景随机规划的计算量十分巨大——会导致“计算量爆炸”问题而无法求解。三是,采用的聚类方法削减场景数以使得计算在可接受的时间内完成。但“聚类”方法本身,事实上减少了系统的不确定性,并削弱了规划结果对不确定性的应对能力。四是,多场景随机规划中的场景是相互无关联的场景。但是作为电力系统中的场景,无论是可再生能源出力,还是负荷,场景间是存在时间上的关联关系的。
对于这些问题,本发明建立时序输电扩展规划模型,该模型的关键点在于考虑机组出力和负荷需求随时间变化的关联关系。
发明内容
针对现有输电扩展规划模型和算法的不足,本发明的目的是建立一种考虑时序的输电扩展规划模型,并提供对应的求解方法。本方法弥补了现有输电扩展规划模型和算法的不足,所建立的模型考虑的因素更为全面。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
1、 获取电力系统网架数据,发电数据以及规划期内连续的负荷数据;
2、在本发明的输电扩展规划方法中,输电线路均考虑线路损耗;
3、构建时序输电扩展规划模型,优化模型以整个规划期内的投资费用和运行费用最经济为目标,并包括多个约束条件;
4、将优化模型中的非线性约束条件转换为线性约束条件,并用混合整数规划算法对模型进行求解,得到最终的考虑时序的输电扩展规划方案。
考虑到时模型中线路投资费用和机组运行费用并不在统一计量单位上,本发明采用分层目标函数对模型优化处理。
时序输电扩展规划模型的主要目标函数表达式为:
式中:为新扩展线路集合;为建设线路
l的投资费用(万元);为0-1线路状态变量,取1时线路
l存在,反之,取0时线路
l不存在。
时序输电扩展规划模型的次要目标函数表达式为:
式中:为规划期内机组运行小时数;为系统内所有发电机的集合;为机组
g的运行费用(元/MWh);为机组
g在
t时刻的有功功率。
约束条件为:
(1)功率平衡约束:
其中,表示在节点
b的发电机组的集合;为节点
b在
t时刻的负荷功率;表示与节点
b相连的线路
l的集合;为线路
l在
t时刻的有功功率;为线路
l在
t时刻的功率损耗。
(2)线路有功功率容量约束:
其中,为线路
l的容量上限,为在
t时刻线路
l两端母线电压相角差的辅助变量;为线路
l的电纳;M为很大的常数。
(3)线路功率损耗约束:
其中,为线路
l的电导;N为线路损耗线性化的最大分段数;
n为线路损耗线性化分段的第
n段;为线路
l两端母线电压相角差的上限;为在
t时刻的线路
l第
n段的斜率。
(4)发电机有功出力约束:
其中,为在
t时刻发电机
g超出有功出力下限的功率;为二进制变量,取1时说明在
t时刻发电机
g为开机状态,否则反之;为发电机
g的有功出力的下限;为发电机g 的有功出力的上限;发电机
g启动爬坡速率;为
t时刻的发电机
g启动状态,若发电机启动,则值为1,否则反之;为发电机
g的最小开机时间;为发电机
g的最小关机时间;为发电机
g关机下坡速率;为
t时刻的发电机关机状态,若发电机关机,则值为1,否则反之。
(5)发电机爬坡约束:
其中,为发电机
g的爬坡速率;为发电机
g的下坡速率。
(6)发电机最小开关机时间约束:
(7)发电机状态逻辑约束:
为提高模型求解和运算效率,引入以下辅助约束条件:
发明内容中所述的技术方案具有以下优点:
与现有技术相比,本发明考虑发电机和负荷的时序特征,将规划内的连续时段建立关联性约束条件,构建时序输电扩展规划模型,采用分段线性化方法对模型进行求解,提高模型的求解效率,从而得到时序输电扩展规划方案,提升电力系统输电规划投资的经济性。
附图说明
图1 循环时序输电扩展规划方法建模流程图。
图2 传统随机规划模型与循环时序输电扩展规划模型求解时间和建模时间的对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的时序输电扩展规划方法进行详细说明。
如图1所示,本发明公开了一种循环结构的建模方法,所述方法包括以下操作:
本发明将24小时作为一个循环间隔,并将8736个小时的计划周期分成364个连续循环间隔。根据发电机的运行状态,即前一天已经开始的发电机开关机时间与当天的模型求解结果一并输出到下模型中进行求解。具体的建模流程如下:
步骤1:输入初始数据,包括机组参数、规划期内的负荷数据、网架参数;
步骤2:将第一天的负荷数据和机组数据传输到第一个循环体中进行求解;
步骤3:根据第一天发电机的运行状态,将发电机开关机时间输出且替换初始数据中的发电机开关机时间数据;
步骤4:将第一天的规划的路线和第二天的负荷数据和发电机开关机时间传输到第二个循环体中进行求解;
步骤5:重复步骤3的操作计算第三天的发电机初始数据;
步骤6:重复步骤4的操作求解第三天的规划结果;
步骤7:反复重复步骤5和步骤6的操作直到完成规划周期内所有的循环;
步骤8:循环操作结束后得出模型最后的规划结果。
由此提高了时序输电扩展规划模型的求解效率,大幅减少模型的求解时间。
具体的模型构建的目标函数和约束条件包括以下几点:
时序输电扩展规划模型的主要目标函数表达式为:
式中:为新扩展线路集合;为建设线路
l的投资费用(万元);为0-1线路状态变量,取1时线路
l存在,反之,取0时线路
l不存在;
时序输电扩展规划模型的次要目标函数表达式为:
式中:为规划期内机组运行小时数;为系统内所有发电机的集合;为机组
g的运行费用(元/MWh);为机组
g在
t时刻的有功功率。
约束条件为:
(1)功率平衡约束:
其中,表示在节点
b的发电机组的集合;为节点
b在
t时刻的负荷功率;表示与节点
b相连的线路
l的集合;为线路
l在
t时刻的有功功率;为线路
l在
t时刻的功率损耗。
(2)线路有功功率容量约束:
其中,为线路
l的容量上限,为在
t时刻线路
l两端母线电压相角差的辅助变量;为线路
l的电纳;M为很大的常数。
(3)线路功率损耗约束:
其中,为线路
l的电导;N为线路损耗线性化的最大分段数;
n为线路损耗线性化分段的第
n段;为线路
l两端母线电压相角差的上限;为在
t时刻的线路
l第
n段的斜率。
(4)发电机有功出力约束:
其中,为在
t时刻发电机
g超出有功出力下限的功率;为二进制变量,取1时说明在
t时刻发电机
g为开机状态,否则反之;为发电机
g的有功出力的下限;为发电机g 的有功出力的上限;发电机
g启动爬坡速率;为
t时刻的发电机
g启动状态,若发电机启动,则值为1,否则反之;为发电机
g的最小开机时间;为发电机
g的最小关机时间;为发电机
g关机下坡速率;为
t时刻的发电机关机状态,若发电机关机,则值为1,否则反之。
(5)发电机爬坡约束:
其中,为发电机
g的爬坡速率;为发电机
g的下坡速率。
(6)发电机最小开关机时间约束:
(7)发电机状态逻辑约束:
为提高模型求解和运算效率,引入以下辅助约束条件:
为了清楚的说明本专利提出的循环时序建模的优势,图2显示了本专利模型和传统随机规划模型求解时间和建模时间的对比结果。时间对比图表明,无论是否考虑线路损耗的情况案例下,时序输电扩展规划(Chr-TEP)模型的建模时间和求解时间都远远小于随机扩展规划(Sto-TEP)模型的建模时间和求解时间。说明本专利提供的循环时序建模方法能有效的提高模型的求解效率。
为了清楚的说明本专利提出的规划方案的优势,表1显示了本专利规划方案和传统规划方法的方案对比结果:
表1线路扩增方案对比
项目 | 方案1 | 方案2 | 方案3 |
线路总投资(万元) | 1400 | 1600 | 1600 |
线路扩增方案 | 2-6×2、3-5、4-6×2 | 2-3、2-6×2、3-5、4-6×2 | 2-3、2-6×2、3-5、4-6×2 |
结果表明,在满足系统安全稳定运行条件下,方案1在仅考虑线路损耗的情况进行的输电网扩展规划,扩增线路虽然更经济但不符合方案3中提供的实际规划结果,方案2考虑发电机出力和负荷不确定性进行的时序输电网扩展规划方法,保证规划结果更经济的同时,提高规划模型的精确程度和合理性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或者交换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权力要求书为准。
Claims (8)
1.一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述方法包括以下操作:
构建时序输电扩展规划模型,优化模型以整个规划期内的投资费用和运行费用最经济为目标,并包括多个约束条件;将优化模型中的非线性约束条件转换为线性约束条件,并用混合整数规划算法对模型进行求解,得到最终的考虑时序的输电扩展规划方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述方法还包括在构建模型之前获取电力系统网架数据,发电数据以及规划期内连续的负荷数据,输电线路均考虑线路损耗。
3.根据权利要求1所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述方法还包括构建模型时提供的一种循环时序建模方法。将24小时作为一个循环间隔,并将8736个小时的计划周期分成364个连续循环间隔,根据发电机的运行状态,即前一天已经开始的发电机开关机时间与当天的模型求解结果一并输出到下模型中进行求解的。
4.根据权利要求1所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述模型的主要目标函数表达式为:
其中,为新扩展线路集合; 为建设线路l的投资费用(万元);为0-1线路状态变量,取1时线路l存在,反之,取0时线路l不存在。
5.根据权利要求1所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述模型的次要目标函数表达式为:
其中,为规划期内机组运行小时数;为系统内所有发电机的集合;为机组g的运行费用(元/MWh);为机组g在 t时刻的有功功率。
6.根据权利要求1所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述模型的约束条件包括:
1)功率平衡约束:
其中,表示在节点b的发电机组的集合; 为节点b在t时刻的负荷功率;表示与节点b相连的线路l 的集合;为线路l在t时刻的有功功率;为线路l在t时刻的功率损耗;
2)线路有功功率容量约束:
其中,为线路l的容量上限,为在t时刻线路l两端母线电压相角差的辅助变量;为线路l 的电纳;M为很大的常数;
3)线路功率损耗约束:
其中,为线路l 的电导;N为线路损耗线性化的最大分段数;n为线路损耗线性化分段的第n段;为线路l两端母线电压相角差的上限;为在t时刻的线路l第n段的斜率;
4)发电机有功出力约束:
其中,为在t时刻发电机g超出有功出力下限的功率;为二进制变量,取1时说明在t时刻发电机g为开机状态,否则反之;为发电机g 的有功出力的下限;为发电机g 的有功出力的上限;为发电机g启动爬坡速率;为t时刻的发电机g启动状态,若发电机启动,则值为1,否则反之;为发电机g的最小开机时间;为发电机g的最小关机时间;为发电机g关机下坡速率;为t时刻的发电机关机状态,若发电机关机,则值为1,否则反之;
5)发电机爬坡约束:
其中,为发电机g的爬坡速率;为发电机g 的下坡速率;
6)发电机最小开关机时间约束:
7)发电机状态逻辑约束:
。
7.根据权利要求6所述的一种考虑时序的输电扩展规划方法,其特征在于,所述模型的线性约束条件包括:
8.一种计算机设备,包括处理器、存储器及存储器设备上并可在处理器上的运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所属程序时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
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CN202310056438.0A CN116050625A (zh) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | 一种考虑时序的输电扩展规划方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117913921A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 长春工业大学 | 一种考虑风光并网的时序输电扩展规划方法 |
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2023
- 2023-01-17 CN CN202310056438.0A patent/CN116050625A/zh active Pending
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CN117913921A (zh) * | 2024-03-19 | 2024-04-19 | 长春工业大学 | 一种考虑风光并网的时序输电扩展规划方法 |
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