[发明专利]高比例可再生能源在输配电网协同接入下的配比优化方法

说明书

本发明涉及一种高比例可再生能源在输配电网协同接入下的配比优化方法，包括以下步骤：1)获取基础数据；2)基于所述基础数据进行聚类，获得典型规划场景；3)针对所述典型规划场景，建立输配电网协同规划模型，该输配电网协同规划模型以成本最低为目标，考虑的约束条件包括输配电网独立约束条件和输配电网协同约束条件，决策变量包括输配电网中可再生能源机组投资容量、常规机组发电功率、可再生能源弃能功率和切负荷功率；4)求解所述输配电网协同规划模型获得最优可再生能源投资容量方案；5)基于所述最优可再生能源投资容量方案获得高比例可再生能源在输配电网的最优配比。与现有技术相比，本发明具有准确性高、实用性强、效率高等优点。

技术领域

本发明涉及电力系统规划技术领域，尤其是涉及一种高比例可再生能源在输配电网协同接入下的配比优化方法。

背景技术

日益严重的能源危机和环境污染问题使以传统能源为基础的能源生产和消费方式难以为继，以风能、太阳能为代表的可再生能源正逐步成为人类能源可持续发展的重要选择。预计至2050年，中国总发电量将达15.2万亿千瓦时，其中水电、风电、太阳能等可再生能源发电量将占总发电量的85.8％，高比例可再生能源并网将成为未来电力系统的重要特征。高比例可再生能源的随机性和间歇性给电力系统带来强不确定性，传统输配独立规划以等效方法考虑相互影响，忽略了输配电网之间的双向交互过程，无法体现输配电网各自的灵活调节能力以及相互支撑作用，在高比例可再生能源接入背景下已无法满足系统运行的经济性和灵活性要求。同时，在面对一定容量的可再生能源机组投资时，可同时选择集中式接入和分布式接入，将直接影响输配电网的结构形态和实际运行效果，因此有必要对可再生能源的优化配比进行研究。

国内对于高比例可再生能源接入下的输配电网优化规划问题的研究，在文献方面主要有以下成果。张衡、程浩忠等在《电机工程学报》(2018，1-9)上发表的《高比例风电背景下计及N-1安全网络约束的发输电优化规划》利用多场景技术对风电、负荷的不确定性进行建模，在此基础上建立了计及N-1安全网络约束的发输电双层随机规划模型，该模型可同时考虑发电机组的开停机和输电网拓扑结构的改变，同时计及了机组爬坡/下坡速率和备用，并以N-1为纽带连接双层模型。该文关注高比例可再生能源下电源和电网侧的协同优化，对于配电网仍以等效负荷处理，对于实际运行下的电网潮流估计不准确，且无法充分利用配电网灵活调节性能和反向输送潮流的能力。赵昱宣、孙磊等在《电力系统自动化》(2018,42：1-10)上发表的《计及微网作为黑启动电源的电力系统网架重构优化策略》分析了含高比例可再生能源微网作为黑启动电源的优势及其可行性，同时以最大化恢复系统的发电量和最小化微网内的负荷损失量为目标构建计及微网作为黑启动电源的网架重构优化模型，并基于节点重要度和路径恢复时间构建综合路径评价指标以优化待恢复机组的恢复路径。该文献充分利用了微网作为黑启动电源的优势，但是其未考虑在严重故障下对主网的恢复作用以及主网对其限制约束，因此在实际采取该策略时与优化结果存在一定偏差。韩为超、刘俊勇等在《电力建设》(2017,38(4)：71-78)发表的《基于目标机会约束规划的储能容量优化配置模型》针对高比例可再生能源的不确定性给主动配电网的电力平衡与灵活性运行带来的影响，提出了一种基于目标机会约束规划的储能容量配置方法，分析了含高比例可再生能源的主动配电网中典型“鸭型净负荷曲线”场景下的电力需求与灵活性需求问题，并由此引入目标机会约束规划方法，建立了考虑电力需求裕度、灵活性需求裕度的目标机会约束规划模型。同样，该文只针对配电网侧，未计及高比例可再生能源下输电网对配电网的支撑作用，实际运行偏差较明显。李海波、鲁宗相等在《电力系统自动化》(2017，41(21)：46-54)上发表的《源荷储一体化的广义灵活电源双层统筹规划》首先基于灵活性供需平衡机理提出了源荷储一体化的广义灵活电源概念，并建立了含资源投资决策和运行模拟校验的双层统筹规划模型，并最终基于最大净收益增量比优化目标设计了两阶段迭代求解优化算法。该文以灵活性为分析指标，对高比例可再生能源下的电源规划做出指导，但其未考虑电网约束，只对源荷两端进行平衡计算，忽略电网侧影响时电源实际运行中若发生输电线路阻塞，则对广义灵活电源投资效果将产生很大影响。对于输配电网协同下的研究，主要集中于输配电网潮流计算和优化调度方面。高明、赵月辉等在《电力系统保护与控制》(2014，42(23)：63-68)上发表的《基于网络分区的多适配性输配网协同潮流算法研究》针对传统算法不适用于输配电网一体化潮流计算这一情况，提出输配协同潮流算法。该算法基于输配电网之间的电气连接关系及其各自网络结构特点，对整个网络进行区域划分，建立输配电网边界映射区，处理其失配功率，给出收敛判据。根据配电网部分不同地区的网络结构特征，采用适合的算法对配电网进行分区计算。针对一体化潮流计算时电网中负荷功率被人工置数的情况，给出相应处理方法。陈羽、刘东等在《电力系统保护与控制》(2012,40(5)：42-47)上发表的《网格计算环境下输配电网联合潮流计算》在网格计算环境下基于配电网的结构特点对配电线路按空间划分来进行并行化处理，在输配电网的边界进行功率交换与迭代，构造了输配电网联合潮流并行算法。鲁跃峰、刘东等在《华东电力》(2010,38(3)：0345-0348)上发表的《全电压序列电网规划中的输配电联合潮流计算》根据全电压序列规划的需求，提出了在电网规划平台中嵌入输配电联合潮流计算，其根据实际电网的特点，首先对电网拓扑进行了收缩简化，在此基础上，将规模庞大的输配电联合潮流分解成输电潮流和一系列小规模的配电馈线潮流子问题，并统一了输配电潮流算法。以上潮流计算方法虽然适用于输配电网协同的情况，但均未考虑高比例可再生能源接入时的迭代求解方法，对于强不确定性和随机性特点均无法处理。同时，丰颖、贠志皓等在《电力系统自动化》(2016,40(12)：37-44)上发表的《输配协同的配电网快速感知方法》针对预估的配电网负荷变化计算输电网的状态，并从配电网根节点处将输电网进行戴维南等值并辨识等值参数，最后，将戴维南等值后的输电网接入配电网感知配电网负荷变化后的态势。该方法利用戴维南等值方法根据输电网拓扑结构对输电网进行等值计算，在一定程度上等值后的网络可以反映输电网的一些特性，但是由于其没有计及潮流，因此对于实际的运行考虑不足。叶畅、苗世洪等在《电工技术学报》上发表的《基于改进并行子空间算法的输配两级电网协同优化调度》针对传统输配分离调度可能产生的边界功率不平衡、资源利用不充分等问题，提出一种从全局角度对系统进行优化的输配两级电网协同调度策略。具体地，该文以输配系统整体供电成本最低为目标函数，建立了输配两级电网基础调度模型，并讨论了相应的约束条件。为了降低该模型求解的复杂度，引入改进并行子空间算法对该模型进行标准化处理，进而建立了基于改进并行子空间算法的输配两级电网协同调度通用模型。该模型将输电网和各配电网作为并行子空间进行学科分析，并在系统层统一完成优化设计，可有效避免优化过程中输配网频繁地进行信息交互。该文同样未考虑高比例可再生能源接入对电力系统优化运行的影响，结果均只对传统确定性下的情况进行考虑。在现有专利中，林振智、赵昱宣等发明人申请的发明专利《一种高比例可再生能源电力系统的骨干网架优化方法》提出了一种高比例可再生能源电力系统的骨干网架优化方法，来考虑高比例可再生能源在电力系统核心骨干网架中的作用和对电力系统的影响。该方法实施流程首先包括电力系统拓扑结构和电气特性参数的输入，然后分别对负荷节点、光伏、风电节点、常规机组节点计算相对重要度，之后采用改进的熵权-理想解法来求取不同类型节点间的相对重要度，最后采用分阶段骨干网架构建策略，利用蜂群算法结合贪心策略进行求解。王晞、雷斌和张全明发明人申请的发明专利《一种高比例清洁能源接入下的输电网规划方法》通过建立并求解双层规划模型，而得到使上、下两层规划模型相对最优的规划方案。该规划模型上层以待建线路、待建灵活性机组和灵活性资源调用量为变量，以规划总投资、网架灵活性指标为目标函数进行决策，决策结果通过系统导纳矩阵传递给下层规划模型，而下层规划模型通过不同模拟场景的运行检验，以待建灵活性机组容量与灵活性调用量为变量，优化灵活性指标和灵活性机组配置，并通过灵活性资源的调用总量和待建可调机组建设容量返回给上层规划模型，从而影响上层规划模型的可变参数。陈磊、路晓敏等发明人申请的发明专利《一种电源容量配比的优化方法》提供了一种电源容量配比的优化方法，该方法基于电网系统中各类电源和热源的运行特性和约束条件，以系统总化石能源消耗最少为目标，对所述电网系统中各类电源容量配比进行优化。该方法虽然对电源配比进行优化，但是没有考虑电网侧的约束限制，因此仍然存在实际运行的偏差。以上专利均只针对于输电网进行研究，同时不涉及输配电网之间的协同优化，因此无法满足高比例可再生能源接入下的灵活性要求。