CN117200278B - 涉及储能的新能源输电网规划方法、规划模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涉及储能的新能源输电网规划方法、规划模型构建方法。根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型，通过求解模型，确定新能源输电网中的储能规划。能够对储能的安装位置进行合理规划，避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。
Description
技术领域
本发明涉及新型城市输电网规划技术领域，特别涉及一种涉及储能的新能源输电网规划方法、规划模型构建方法。
背景技术
伴随新型城市输电网能源结构化转型，新能源已成为电力系统能源供应的重要组成部分。新能源的规模化接入显著降低了新型城市电网对传统化石能源的需求、降低了电能供应成本并有效提升环境指标，然而，此举也提高了对新型城市输电网规划运行的要求。现有储能系统优化配置方法尚未考虑新型城市输电网供需时空错配特性，将导致储能资源浪费、稳定性裕度降低等问题。此外，现有静态电压稳定性评估方法忽略了规模化新能源接入下新型城市输电网电压波动，将导致稳定性指标计算不准确。
发明内容
为了解决上述问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种涉及储能的新能源输电网规划方法、规划模型构建方法。
第一方面，本发明实施例提供一种涉及储能的新能源输电网规划方法，包括以下步骤：
根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；
根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型，通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
第二方面，本发明实施例提供一种涉及储能的新能源输电网规划系统，包括：
时空错配特征确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型；
储能规划确定模块，用于通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
第三方面，本发明实施例提供一种输电网储能规划模型构建方法，包括以下步骤：
根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；
根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
第四方面，本发明实施例提供一种输电网储能规划模型构建系统，包括：
时空错配特征确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
第五方面，本发明实施例提供一种新能源输电网电压状态预测方法，包括以下步骤：
根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；
根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
建立输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，将所述潮流方程转换为以输电线路末端有功功率为自变量的一元二次方程，根据所述一元二次方程的判别式，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；
当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；
当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。
第六方面，本发明实施例提供一种新能源输电网电压状态预测系统，包括：
输电网电压稳定指标确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；建立输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，将所述潮流方程转换为以输电线路末端有功功率为自变量的一元二次方程，根据所述一元二次方程的判别式，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
输电网电压状态预测模块，用于预测输电网电压状态，包括：当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储于存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或前述的输电网储能规划模型构建方法，或前述的新能源输电网电压状态预测方法。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现前述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或前述的输电网储能规划模型构建方法，或前述的新能源输电网电压状态预测方法。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明所提出的输电网储能规划考虑了输电网供需时空错配特性，并建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，并提出了能够实现静态电压稳定裕度提升的新能源输电网储能规划模型，能够对储能的安装位置进行合理规划，避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中涉及储能的新能源输电网规划方法流程图；
图2为本发明实施例中新型城市输电网结构图；
图3为本发明实施例中输电线路示意图；
图4为本发明实施例中改进的IEEE 33节点系统拓扑图；
图5为本发明实施例中改进的IEEE 33节点系统储能规划图；
图6为本发明实施例中未规划储能时全系统静态电压稳定性指标图；
图7为本发明实施例中规划储能后全系统静态电压稳定性指标图；
图8为本发明实施例中未投入光伏时全系统潮流分布图；
图9为本发明实施例中投入光伏时全系统潮流分布图；
图10为本发明实施例中一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种涉及储能的新能源输电网规划方法、规划模型构建方法。
本发明实施例提供一种涉及储能的新能源输电网规划方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1：根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征。
以新型城市输电网结构模型为例进行说明，本发明的实施不限于城市输电网，接入新能源和储能的输电网都可以实施本发明。新型城市输电网通常基于现有220kV及以上输电线路和110kV及以下配电线路构，其结构模型如图2所示。新型城市输电网的电源主要包括火电机组、光伏机组、风力机组等，负荷主要包括城市居民用电、工业用电、行政用电等，考虑到城市环境、经济、新能源出力及负荷特点，新能源接入下的新型城市输电网往往具备供需时空错配特征，其具体体现在：(1) 供需空间错配。为便于发展工商业、提升城市宜居程度，城市规划时往往将经济中心、居民区、行政中心、工业园区等高密度负荷集中于城市中心；同时，为降低城市污染度、提升新能源利用效率，为城市供电的大规模火电机组群及新能源机组往往设置于城市边缘。此举将导致新型城市输电网呈现供需空间错配特性，输电环节往往需跨越较大的物理距离，为城市静态电压稳定性带来一定隐患。(2) 供需时间错配。新型城市输电网中，新能源将占据大额电源比重，然而，新能源具备强不确定性，其各时段实际出力波动较大，难以实现精确的新能源功率预测；同时，城市内含有大量刚性电负荷，其具备严格的用电量、用电时间需求。因此，新型城市输电网呈现供需时间错配特性，其新能源出力与实际电力负荷在时间上难以统一，传统电力系统的“即发即用”模式面临严峻挑战。
在上述供需时空错配形势下，新型城市输电网将呈现两种典型运行场景：一为新能源充足，系统需尽可能的消纳新能源，此时储能系统将作为负荷接入城市输电网；二为新能源不足，此时储能系统需作为电源接入新型城市输电网。
在一些具体的实施例中，根据，确定供需空间错配特征，y 1表示供需空间错配特征，i表示输电网节点编号，n表示输电网节点数目，/>表示节点i距离电源的最短距离。
在一些具体的实施例中，确定节点i距离电源的最短距离，包括以下步骤：根据输电网节点i到电源连接通路上每条线路阻抗膜值之和，确定电源阻抗参数；根据输电网所有电源对应的电源阻抗参数的最小值，确定节点i距离电源的最短距离。
在一些具体的实施例中，根据，确定电源阻抗参数，表示电源阻抗参数，j表示线路编号，P表示节点i到电源k连接通路上所有线路的集合，R j和X j分别表示线路j的电阻和电抗。
在一些具体的实施例中，根据，确定节点i距离电源的最短距离，K表示输电网所有电源构成的集合，k表示电源编号，/>表示电源阻抗参数，l B表示距离基值，l B为正的常数。如节点i与电源k间存在多条通路，则取电气距离最短的通路。
步骤S2：根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征。
在一些具体的实施例中，当输电网新能源总功率大于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
当输电网新能源总功率小于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
y 2表示供需时间错配特征，P PV表示输电网新能源总功率，P load表示输电网负荷总功率，P charge表示输电网所有储能装置最大输出功率之和，P B表示功率基值。
步骤S3：根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标。
在一些具体的实施例中，为准确评估供需时空错配形式下新型城市输电网静态电压稳定性，输电线路示意图如图3所示，建立输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，构建潮流方程为，R、X分别表示输电线路电阻、电抗参数，U 1、U 2分别表示输电线路始端、末端母线电压，P 1、P 2分别表示输电线路始端、末端有功功率，Q 1、Q 2分别表示输电线路始端、末端无功功率。图3中，/>表示复数，B表示线路的对地电纳，Z表示线路的阻抗，Z包括线路电阻R和电抗X。
将所述潮流方程转换为以输电线路末端有功功率为自变量的一元二次方程，根据所述一元二次方程的判别式，确定输电线路静态电压稳定性指标。具体的，以P 2为自变量，联立上述潮流方程得：
求解上述一元二次方程判别式得
当所述一元二次方程的判别式大于0时，输电线路运行正常；
当所述一元二次方程的判别式等于0时，输电线路处于电压临界状态；
当所述一元二次方程的判别式小于0时，输电线路处于电压崩溃状态。
由于R 2>0恒成立，所以R 2不影响上述一元二次方程实数解的数量，所以上述一元二次方程的解可简化为如下三种情形：
(1) 当时，方程有两个实数解，此时对应电力线路正常状态；
(2) 当时，方程仅有一个解，此时对应电力线路电压临界状态；
(3) 当时，方程无实数解，此时对应电力线路电压崩溃状态。
因此可以通过上述一元二次方程的判别式，构建输电线路的电压稳定性指标。
在一些具体的实施例中，根据，确定输电线路j静态电压稳定性指标，L j表示输电线路j静态电压稳定性指标，R、X分别表示输电线路电阻、电抗参数，U 2表示输电线路末端母线电压，P 1表示输电线路始端有功功率，Q 1表示输电线路始端无功功率。
根据输电网所有线路的电压稳定性指标，确定输电网电压稳定性指标。例如，由于电力系统将从最薄弱线路开始崩溃，因此全系统的电压稳定指标L取所有支路中电压稳定指标的最大值，将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标，如下式所示：
，L表示输电网电压稳定指标，L 1至L m分别表示输电网中线路1至线路m的静态电压稳定性指标，m表示输电网线路总数。
具体的，当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。当以确定输电线路j静态电压稳定性指标时，参照值为1。
步骤S4：以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型，通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
在一些具体的实施例中，目标函数为
y表示目标函数值，L charge和L discharge分别表示输电网中新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，y 1表示供需空间错配特征，y 2表示供需时间错配特征。r 1、r 2分别表示输电网中储能系统充电、放电时的稳定性系数，其数值根据实际工程需求设置。
在一些具体的实施例中，输电网储能规划模型的约束条件包括：
节点有功功率平衡约束
，/>表示节点i由输电线路注入的有功功率，/>表示节点i储能设备释放的有功功率，/>表示节点i发电机组及新能源机组发出的有功功率之和，/>表示节点i由输电线路输出的有功功率，/>表示节点i储能设备充电消耗的有功功率，/>表示节点i负荷消耗的有功功率；其中，储能系统充放电功率需满足/>，/>表示储能选址变量，仅为0或1，/>表示节点i装设的储能设备容量，其值为正的常数；上述公式表示储能设备充放电不能同时进行。
节点无功功率平衡约束，/>表示节点i由输电线路注入的无功功率，/>表示节点i发电机发出的无功功率之和，/>表示节点i向输电线路输出的无功功率，/>表示节点i负荷消耗的无功功率；
输电线路潮流约束，R、X分别表示输电线路电阻、电抗参数，U 1、U 2分别表示输电线路始端、末端母线电压，P 1、P 2分别表示输电线路始端、末端有功功率，Q 1、Q 2分别表示输电线路始端、末端无功功率；
储能建造约束，n表示输电网节点数目，i表示输电网节点编号，/>表示储能选址变量，C 1表示装设储能设备的基础建设成本，C 2表示装设单位容量储能设备的价格，C表示输电网储能配置总成本，C为定值；
支路功率约束，/>表示在线路j输送的有功功率，/>表示线路j有功功率输送上限；
节点电压约束，/>表示节点i的电压幅值，/>和/>分别表示节点i电压幅值上限和下限；
选址方案约束，/>为1表示在节点i装设储能设备，/>为0表示在节点i不装设储能设备。
在一个具体的实施例中，如图4所示，对IEEE33节点配电系统的进行改进。IEEE33节点配电系统是从实际系统中抽象等值出的经典配电网模型。改进措施为在节点17、节点32上分别接入1MW、0.5MW光伏机组进行仿真。
为验证本发明所提储能规划方案的有益效果，分别设立表1所示三种场景进行对比。
表1储能规划对比场景
其中，场景1不安装储能；场景2仅考虑供需空间错配特性，即认为光伏功率与负荷功率产生于不同节点，但产生时间相同；场景3考供需时空错配特性，即认为光伏功率与负荷功率产生于不同节点、不同时间。仿真结果如表2所示，供需空间错配特征、供需时间错配特征、输电网电压稳定性指标求和，得到综合指标。
表2场景对比结果
由表2得：
(1) 场景1不安装储能，其空间与时间错配指标均最大，表征场景1负荷与电源的空间、时间匹配度较差，且静态电压稳定性指标为7.0037，其数值远大于1，此时城市输电网电压已经崩溃。
(2) 场景2、场景3供需空间错配指标、供需时间错配指标均小于场景1，说明储能系统的配置将提升负荷与电源的匹配能力；场景2、场景3中静态电压稳定性指标均小于1，说明两场景城市输电网电压均处于稳定状态。
(3) 相较于场景2，场景3中供需空间错配指标更大，这是因为场景2仅考虑空间错配特性配置储能，储能资源向供需空间匹配能力倾斜，然而场景3的供需时间错配指标及静态电压稳定性指标小于场景2，说明场景3供需时间匹配能力和静态电压稳定性更强；场景3综合指标小于场景2，说明场景3综合性能最强。
为模拟城市输电网供需时空错配特性，本发明分别设置不投入光伏、完全投入光伏场景进行仿真。其中，不投入光伏代表新能源功率不足情形，完全投入光伏代表新能源功率充足的情形。
储能系统优化规划结果如图5所示，本发明方法在节点17、节点33安装储能装置，其中，节点17安装容量为1.1932MW·h，节点33安装容量为0.7162MW·h。分析原因如下：
(1) 由于节点17接入了大量光伏机组，且节点14、15、16、17、18负荷较轻，大量光伏功率需经由输电线路12、13、14、15、16送出，该线路上输送功率远大于不投入光伏状态，导致其线路静态电压稳定性较差，因此选择在节点17安装储能装置，减少线路功率输送。
(2) 为促进节点32光伏功率消纳，减少线路能源输送，需在节点32附近安装储能装置，但由于节点33负荷较重，为保证不投入光伏时各线路静态电压稳定性，故选择在节点33而非节点32。
未规划储能时，不投入光伏机组、完全投入光伏机组各线路静态电压稳定性指标如图6所示；利用本发明所提方法配置储能，不投入光伏机组、完全投入光伏机组各线路静态电压稳定性指标如图7所示。
如图6所示，不投入光伏时，系统各线路静态电压稳定性指标均小于1，系统处于稳定运行状态；投入光伏时，线路5、7、8、9、12、13、14、15、16均处于电压崩溃状，线路10、11处于静态电压稳定性较差的正常运行状态。即规模化新能源投入下，电力供需错配的输电网电压稳定性已不满足运行要求，亟需设置有效的电压稳定裕度提升方法。
如图7所示，利用本发明所提方法配置储能装置后，不投入光伏时，全系统静态电压稳定性相对于投入储能时均有所提升；投入光伏时，全系统静态电压稳定性指标均小于1，其最大值为-0.0621，满足静态电压稳定性要求。
可见，本发明所提方法适应城市输电网供需时空错配特性，能够提升其新能源充足、新能源不足两类场景的静态电压稳定裕度。
新型城市输电网投入光伏、不投入光伏时各线路潮流分布分别如图8、图9所示。
由图8、图9对比得：
(1) 如图8所示，当系统不投入光伏时，为满足全系统正常运行，即便储能装置于节点17、节点33放出能量，仍有大量有功功率由线路1、2输送至电力系统，此时线路1、2负载较重，线损较大；线路17附近线路、线路33附近线路有功功率输送较少，这是因为储能装置放出能量尽可能就地满足各节点有功需要，从而降低线路输送功率。
(2) 如图9所示，当系统投入光伏时，为增加光伏消纳率并提升系统经济性，储能装置将作为负荷尽可能多的吸收光伏功率，因此线路17附近线路、线路33附近线路有功功率较未投入光伏情形更大；同时，光伏机组的投入使得发电机无需投入过多功率，因此线路1、线路2有功功率输送相较于图8更少。
本实施例的上述方法中，本发明所提出的输电网储能规划考虑了输电网供需时空错配特性，并建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，并提出了能够实现静态电压稳定裕度提升的新能源输电网储能规划模型，能够对储能的安装位置进行合理规划，避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。同时，本实施例考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性评估的精度。
本领域技术人员能够对上述顺序进行变换而并不离开本公开的保护范围。
本发明另一实施例提供一种涉及储能的新能源输电网规划系统，包括：
时空错配特征确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型；
储能规划确定模块，用于通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
关于上述实施例中的系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本实施例中，本发明所提出的输电网储能规划考虑了输电网供需时空错配特性，并建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，并提出了能够实现静态电压稳定裕度提升的新能源输电网储能规划模型，能够对储能的安装位置进行合理规划，避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。同时，本实施例考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性评估的精度。
本发明另一实施例提供一种输电网储能规划模型构建方法，包括以下步骤：
根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；
根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
本实施例中，本发明所提出的输电网储能规划考虑了输电网供需时空错配特性，建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，并提出了能够实现静态电压稳定裕度提升的新能源输电网储能规划模型，能够避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。同时，本实施例考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性评估的精度。
本发明另一实施例提供一种输电网储能规划模型构建系统，包括：
时空错配特征确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
本实施例中，本发明所提出的输电网储能规划考虑了输电网供需时空错配特性，建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，并提出了能够实现静态电压稳定裕度提升的新能源输电网储能规划模型，能够避免可再生能源浪费、促进新能源消纳、提升输电网稳定性裕度、降低用电成本。同时，本实施例考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性评估的精度。
本发明另一实施例一种新能源输电网电压状态预测方法，包括以下步骤：
根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；
根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；
建立输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，将所述潮流方程转换为以输电线路末端有功功率为自变量的一元二次方程，根据所述一元二次方程的判别式，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；
当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；
当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。
当以前述实施例中的确定输电线路j静态电压稳定性指标时，参照值为1。
本实施例中，本发明所提出的新能源输电网电压状态预测，考虑了输电网供需时空错配特性，并建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性预测的精度。
本发明另一实施例一种新能源输电网电压状态预测系统，包括：
输电网电压稳定指标确定模块，用于根据输电网节点距离与电源最短距离的平均值，确定供需空间错配特征；根据输电网储能、新能源对输电网负荷供应情况，确定供需时间错配特征；根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
输电网电压状态预测模块，用于预测输电网电压状态，包括：当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。
本实施例中，本发明所提出的新能源输电网电压状态预测，考虑了输电网供需时空错配特性，并建立了面向新能源输电网供需时间错配、供需空间错配指标体系，考虑了新能源接入带来的电压波动，能够提升稳定性预测的精度。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种电子设备，其结构如图10所示，包括：存储器、处理器及存储于存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或前述的输电网储能规划模型构建方法，或前述的新能源输电网电压状态预测方法。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现前述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或前述的输电网储能规划模型构建方法，或前述的新能源输电网电压状态预测方法。
凡在本发明的原则范围内做的任何修改、补充和等同替换等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (15)
1.一种涉及储能的新能源输电网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
将输电网节点与电源最短距离的平均值，确定为供需空间错配特征；
当输电网新能源总功率大于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
当输电网新能源总功率小于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
y 2表示供需时间错配特征，P PV表示输电网新能源总功率，P load表示输电网负荷总功率，P charge表示输电网所有储能装置最大输出功率之和，P B表示功率基值；
根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型，通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据，确定供需空间错配特征，y 1表示供需空间错配特征，i表示输电网节点编号，n表示输电网节点数目，/>表示节点i距离电源的最短距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定节点i距离电源的最短距离，包括以下步骤：
根据输电网节点i到电源连接通路上每条线路阻抗膜值之和，确定电源阻抗参数；
根据输电网所有电源对应的电源阻抗参数的最小值，确定节点i距离电源的最短距离。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据，确定电源阻抗参数，/>表示电源阻抗参数，j表示线路编号，P表示节点i到电源k连接通路上所有线路的集合，R j和X j分别表示线路j的电阻和电抗。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据，确定节点i距离电源的最短距离，K表示输电网所有电源构成的集合，k表示电源编号，/>表示电源阻抗参数，l B表示距离基值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述潮流方程为，R、X分别表示输电线路电阻、电抗参数，U 2表示输电线路末端母线电压，P 1、P 2分别表示输电线路始端、末端有功功率，Q 1、Q 2分别表示输电线路始端、末端无功功率。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标，包括以下步骤：
建立输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，
将所述潮流方程转换为以输电线路末端有功功率为自变量的一元二次方程，根据所述一元二次方程的判别式，确定输电线路静态电压稳定性指标。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
当输电网电压稳定指标小于参照值时，输电网运行正常；
当输电网电压稳定指标等于参照值时，输电网处于电压临界状态；
当输电网电压稳定指标大于参照值时，输电网处于电压崩溃状态。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标函数为
y表示目标函数值，r 1、r 2分别表示输电网中储能系统充电、放电时的稳定性系数，L charge和L discharge分别表示输电网中新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，y 1表示供需空间错配特征，y 2表示供需时间错配特征。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输电网储能规划模型的约束条件包括：
节点有功功率平衡约束
，/>表示节点i由输电线路注入的有功功率，/>表示节点i储能设备释放的有功功率，/>表示节点i发电机组及新能源机组发出的有功功率之和，/>表示节点i由输电线路输出的有功功率，/>表示节点i储能设备充电消耗的有功功率，/>表示节点i负荷消耗的有功功率；其中，储能系统充放电功率需满足/>，/>表示储能选址变量，仅为0或1，/>表示节点i装设的储能设备容量；
节点无功功率平衡约束，/>表示节点i由输电线路注入的无功功率，/>表示节点i发电机发出的无功功率之和，/>表示节点i向输电线路输出的无功功率，/>表示节点i负荷消耗的无功功率；
输电线路潮流约束，R、X分别表示输电线路电阻、电抗参数，U 2表示输电线路末端母线电压，P 1、P 2分别表示输电线路始端、末端有功功率，Q 1、Q 2分别表示输电线路始端、末端无功功率；
储能建造约束，n表示输电网节点数目，i表示输电网节点编号，/>表示储能选址变量，C 1表示装设储能设备的基础建设成本，C 2表示装设单位容量储能设备的价格，C表示输电网储能配置总成本；
支路功率约束，/>表示在线路j输送的有功功率，/>表示线路j有功功率输送上限；
节点电压约束，/>表示节点i的电压幅值，/>和/>分别表示节点i电压幅值上限和下限；
选址方案约束，/>为1表示在节点i装设储能设备，/>为0表示在节点i不装设储能设备。
11.一种涉及储能的新能源输电网规划系统，其特征在于，包括：
时空错配特征确定模块，用于将输电网节点与电源最短距离的平均值，确定为供需空间错配特征；当输电网新能源总功率大于输电网总负荷时，根据，确定供需时间错配特征；当输电网新能源总功率小于输电网总负荷时，根据/>，确定供需时间错配特征；y 2表示供需时间错配特征，P PV表示输电网新能源总功率，P load表示输电网负荷总功率，P charge表示输电网所有储能装置最大输出功率之和，P B表示功率基值；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型；
储能规划确定模块，用于通过求解所述模型，确定新能源输电网中的储能规划。
12.一种输电网储能规划模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
将输电网节点与电源最短距离的平均值，确定为供需空间错配特征；
当输电网新能源总功率大于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
当输电网新能源总功率小于输电网总负荷时，
根据，确定供需时间错配特征；
y 2表示供需时间错配特征，P PV表示输电网新能源总功率，P load表示输电网负荷总功率，P charge表示输电网所有储能装置最大输出功率之和，P B表示功率基值；
根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；
将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；
以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
13.一种输电网储能规划模型构建系统，其特征在于，包括：
时空错配特征确定模块，用于将输电网节点与电源最短距离的平均值，确定为供需空间错配特征；当输电网新能源总功率大于输电网总负荷时，根据，确定供需时间错配特征；当输电网新能源总功率小于输电网总负荷时，根据/>，确定供需时间错配特征；y 2表示供需时间错配特征，P PV表示输电网新能源总功率，P load表示输电网负荷总功率，P charge表示输电网所有储能装置最大输出功率之和，P B表示功率基值；
输电网储能规划模型构建模块，用于根据输电网中输电线路阻抗参数、输电线路始末端的有功功率、无功功率和母线电压的潮流方程，确定对应输电线路静态电压稳定性指标；将输电网所有输电线路静态电压稳定性指标最大值确定为输电网电压稳定指标；以供需空间错配特征、供需时间错配特征、新能源充足及不足场景下输电网电压稳定指标，设置目标函数，建立约束条件包括储能选址变量的输电网储能规划模型。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储于存储器上并在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10任一所述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或权利要求12所述的输电网储能规划模型构建方法。
15.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现权利要求1至10任一所述的涉及储能的新能源输电网规划方法，或权利要求12所述的输电网储能规划模型构建方法。
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