[发明专利]考虑源荷不确定性的输电网多目标柔性规划方法及系统

权利要求书

1.考虑源荷不确定性的输电网多目标柔性规划方法，其特征是，包括如下步骤：

获取电源新建方案数据，建立输电网双层规划模型，上层建立以成本最小、可靠性最高和运行效率最高为多目标的多目标规划模型；下层根据典型场景建立多场景校验模型；

对上层的多目标规划模型进行求解获得输电网配置方案，将求解结果发送至下层的多场景校验模型校验，下层模型校验结果返回给上层用于修正上层模型的求解结果，直到满足迭代精度，输出最终的输电网配置方案；

所述双层规划模型的上层多目标规划模型的目标函数包括：规划方案建设投资成本最小的目标函数、网损费用最小的目标函数、可靠性目标函数和运行效率最高的目标函数；

以上述四个指标为目标，其目标函数及约束条件为：

min(f₁(x),f₂(x),f₃(x),f₄(x))(8)

s.t.

x_mn∈{0,1,…,M},mn∈Ω₁(11)

式中：P_i^g与分别表示节点i上的各发电机有功出力和与无功出力；P_i^d与分别表示节点i上的有功负荷和无功负荷；和分别表示不考虑不确定性因素影响时节点i的弃风有功量和无功量，和分别表示不考虑不确定性因素影响时节点i的切负荷有功量和无功量；为节点i处电容或电抗器组注入的无功功率；G_ij和B_ij分别为导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部；V_i和V_j分别为节点i和节点j的电压幅值；θ_ij为节点i与节点j之间的电压相角差；x_mn表示节点m和n之间待建线路，取值为0～M之间的整数，M表示输电走廊可建线路的回数；f_mn和f_mnmax分别为位于节点m和n之间的线路的实际潮流和线路容量；为节点m和n间原有支路数；P_Gi为第i台发电机组有功出力，和分别表示第i台发电机组的出力上下限；R⁺和R^-分别表示系统上下备用要求；和表示由下层问题返回的弃风容量和切负荷容量的期望值；P_Wi为第i台风电机组有功出力；Ω₁、Ω_G、Ω_W、Ω_D分别表示候选线路集合、常规发电机组集合、风电场节点集合以及含负荷节点集合；

上述约束条件中：式(9)-(10)表示系统潮流平衡约束；式(11)表示新建线路数目受可用输电走廊数目约束；式(12)-(16)表示系统不越限的安全约束，其中：式(12)表示线路潮流极限约束；式(13)表示常规机组出力约束；式(14)表示系统备用约束；式(15)表示弃风容量不能超过风电场实际出力，并且小于下层返回的期望值；式(16)表示切负荷容量不能超过负荷功率需求，并且小于下层返回的期望值；

上层模型的求解过程中，为提高潮流计算的准确性，改进了风电机组节点的潮流计算方法：获取输电线路节点的电压幅值和相角；根据给定风速计算风电场有功出力，由转速特性求得风电机组的转差s，根据风电机组有功出力、节点电压初值和风电机相关参数计算风电场节点的无功功率；根据计算获得的无功功率，利用雅可比矩阵修正该节点电压和相角；

根据风电机组有功出力、节点电压初值和风电机组相关参数计算风电场节点的无功功率，风电场节点的无功功率的计算，可以通过如下公式计算：

其中：

式中，P_e为风力发电机注入输电系统的总有功功率，x_ss＝x_s+x_m，x_s为定子侧的漏抗，x_m为激磁电抗，U_S为定子侧电压幅值；s为转差，发电机的同步转速为ω₁，转子本身的旋转速度ω，则转差s计算公式为s＝(ω₁-ω)/ω₁；

所述下层的多场景校验模型的建立方法，包括如下步骤：

根据历史数据，建立拟合风速概率分布的风电出力概率分布模型和表征风电场负荷的分布特性的负荷概率分布模型；

分别对风电出力概率分布模型和负荷概率分布模型进行蒙特卡洛抽样，获得大量风电与负荷数据，进行聚类获得风电典型场景和负荷典型场景；

构建以弃风惩罚与切负荷惩罚量之和最小为目标的多场景校验模型；

下层规划所考虑的不确定性因素主要包括风电场出力不确定性与节点负荷随机波动，构建以弃风惩罚与切负荷惩罚量之和最小为目标的优化模型，具体如下：

s.t.

式中：ρ_s为场景s发生的概率，N为典型场景数；和分别为场景s下节点i的弃风有功量和无功量，和分别为场景s下节点i的切负荷有功量和无功量；α和β分别为对应的惩罚因子；和分别表示由上层问题求解得到的规划方案下的系统导纳矩阵第i行第j列元素的实部和虚部，在下层问题中为已知量；f_mn,s和表示基于上层模型所得规划方案中场景s中在节点m和n间的线路中的实际潮流和线路容量；P_Gi,s为场景s下第i台常规机组有功出力；P_Wi,s为场景s下第i个风电场发电有功出力；为场景s下节点i的有功负荷；和分别表示常规机组i的正负爬坡能力极限；η⁺和η^-表示系统所需要的最小正负爬坡容量；

作为进一步地改进，下层模型中的公式(34)和(35)为输电网系统潮流平衡约束，输电网系统潮流平衡约束为非凸规划问题，非凸规划问题的收敛性较差，因此，为提高收敛速度，将输电网系统潮流平衡约束非凸的交流潮流方程转化为凸的二阶锥约束，建立交流潮流方程的二阶锥近似模型，获得二阶锥约束组如下：

式中：和分别为节点j流向节点k的线路有功和无功功率；和分别为节点i流向节点j的线路有功和无功功率；和分别为节点j的有功和无功负荷；和分别为节点j所有发电机组的有功出力和与无功出力和；r_ij和x_ij分别为支路i→j的电阻和电抗；g_j和b_j分别为节点j对地的电导和电纳；V_i^(c)和为表示考虑节点i和节点j的电压幅值为常数的变量，而非优化变量；h_ij为支路i→j上流过电流的模平方；用式(41)-(45)替换下层规划模型中的(34)-(35)，注意所有的变量都是对应于场景s下的，此处为方便说明省略下标s。