[发明专利]一种考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划方法

权利要求书

1.一种考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：获取风光电站一年的风电光伏历史出力数据进行归一化处理，用聚类算法得到夏季典型日和冬季典型日的典型场景，获取规划年内的典型负荷曲线和相关的规划成本参数，所述的规划成本参数包括输电线路投资成本、风光机组投资成本、发电机组的发电成本和弃风弃光的经济损失成本；

步骤二：获取水力发电站的历史信息参数以及水库的历年入库流量信息，根据历史水文资料，把年份按照入库流量大小划分为丰水年、平水年和枯水年，将水库的多年平均入库流量进行归一化处理作为模型的入库流量，进行水电出力计算；

步骤三：建立考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划模型；针对风光水一体化互补运行特点，建立源网协调规划模型，该模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际源网运行安全要求，所述的总成本为线路投资成本、风光机组投资成本、系统的发电成本(包含运行维护成本)、弃风弃光经济损失成本和切负荷成本之和；

步骤四：将建立的源网协调规划模型，转化为混合整数线性规划模型，利用Matlab、Yalmip工具箱和Gurobi求解器进行求解，采用改进的IEEE-24节点测试系统进行模拟运行，其规划结果为规划水平年的最优风光机组装机容量和电网线路扩展方案，并输出规划成本费用。

2.根据权利要求1所述的一种考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划方法，其特征在于，所述的改进的IEEE-24节点测试系统基于IEEE-RTS-24节点系统，改进后的系统包括10台常规发电机组其中包含1台水电机组，新增5台风电机组其中包含1台待建风电机组，新增3台光伏机组其中包含1台待建的光伏机组，未变的有29个输电走廊、38条支路和17个负荷节点；备选线路在原输电走廊是上取31条，输电走廊可扩建线路上限为3条。

3.根据权利要求1所述的一种考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划方法，其特征在于，源网协调规划模型的目标函数表达式为：

式中：为新建线路的年均初始投资成本；为新建风电机组和光伏机组的年均初始投资成本；C_gen为系统的发电成本；C_loss为弃风弃光经济损失成本；C_load为系统的切负荷损失成本；

(1)线路投资成本：

式中：x_l为第l条新建输电线路是否被选中的0-1变量，新建时值为1，未建时为0；c_l为第l条新建输电线路等年值的投资成本；L_l为第l条新建输电线路的长度；Ω⁺为待新建的输电线路集合；T_life是规划年限；r为贴现率；

(2)考虑风光水一体化互补运行的风光机组投资成本：

式中：c_w,c_v分别为新建的风电机组和光伏机组等年值的单位装机容量投资成本；S_w,S_v分别为新建的风电机组和光伏机组的装机容量；

(3)系统发电成本：

系统总发电成本包括常规机组(包括燃煤机组和水电机组)、风电机组和光伏机组的发电成本；

式中：S为典型运行场景集合，ρ_s为典型场景s出现的概率；T为时间周期；c_i,g为节点i第g台发电机的单位发电成本；P_i,g,s,t为节点i第g台发电机在场景s时段t下的有功出力；

(4)弃风弃光经济损失成本：

式中：分别为单位弃风弃光电量的经济损失成本，分别为弃风和弃光电量，分别为第m台风电机组和第n台光伏机组在场景s时段t下的计划有功出力；

(5)切负荷损失成本：

式中：c_load分别是单位切负荷量的损失成本，为节点i处在场景s时段t下的切负荷电量。

4.根据权利要求3所述的一种考虑风光水一体化互补运行的源网协调规划方法，其特征在于，约束条件包括水库库容约束、水电站发电流量约束、各节点功率平衡约束、线路潮流约束、发电机出力约束、风光水一体化电源并网约束和N-1安全约束；具体约束如下：(1)水电出力计算：

水库的蓄水量是可变化的，与上游流入水库的来水流量、水库用于发电的发电流量和弃水量有关，公式如下：

式中：V_t+1是水库在t时刻结束时的库容，V_t是水库在t时刻开始时的库容，V_t^r和分别是t时间段内的入库水量和入库流量，V_t^f和Q_t分别是t时间段内水电机组发电消耗的水量和发电流量，V_t^q和分别是t时间段内水库弃水量和相应的弃水流量，Δt是时间步长；

水力发电是通过水的势能差来实现的，其功率输出大小与流过水电机组的流量、水头以及转换效率有关；而水电机组的水头会随着水电站水位的改变而改变，其中水电机组做功的水头是静水头，一般计算水力发电时，水头损失基本可以忽略；而水电机组发电流量的大小主要取决于上游来水量的情况；另一个决定水轮机功率输出大小的因素是其水电转化效率，水电出力如公式所示：

式中：P_t^h为水电站在t时段下的实际有功出力，K为水电站的水电转换效率，Q_t为水电站在t时段下的平均发电流量，L_t为水库在t时段的水库上游水位；为水库在t时段的尾水位；

水库上游水位水位和水库库容，尾水位和发电流量存在非线性关系，因此，采用非线性函数关系表示，如公式：

L_t＝G₁(V_t)

式中：L_t分别代表水库在t时段的水库上游水位；为水库在t时段的尾水位；G₂(·)表示水库水位和水库库容之间的非线性函数关系；G₃(·)则表示尾水位和发电流量之间的非线性函数关系；

(2)各节点功率平衡约束

式中：P_l,s,t是与节点i连接的第l条线路在场景s时段t下的潮流，流进该节点为正，流出为负；是节点i在场景s时段t下的负荷需求；

(3)已有线路直流潮流约束：

式中：P_l,s,t为第l条线路在场景s时段t下的潮流；Ω为已有的输电线路集合；B_l为第l条线路的电纳；θ_i,s,t,θ_j,s,t分别为线路两端节点在场景s时段t下的相角；为第l条线路的最大有功功率传输；

(4)新建线路直流潮流约束：

式中：M为一足够大的正数，本发明方法取10³；

(5)发电机出力约束：

发电机：

风电场：

光伏站：

(6)水电站发电流量约束：

式中：为场景s下水电站发电流量的上下限；

(7)水库库容约束：

V^min≤V_t≤V^max

V_begin＝V_end

式中：V^min,V^max分别为水库的最小、最大库容；V_begin,V_end是规划水平年的始末库容；

(8)风光水一体化电源并网约束：

为了保证一体化电站内风光水协调运行系统能够达到一定的并网质量，在常规的约束条件当中加入一体化电站功率约束如下式：

式中为一体化电站在时段t的功率输出,μ为一体化电站在时段间功率波动的阈值，通过对一体化电站约束使得风光水互补发电集群的出力时段间波动在一定范围内，既保证了集群内部对风电光伏的补偿效果，也能兼顾整体调峰的运行需求；

(9)N-1安全约束：

式中：下标c表示系统N-1故障情况下变量的值；C_s,c为场景s下N-1故障矩阵，取总线路数和发电机节点数之和为N_E，则C_s,c为N_E阶方阵，其中，元素1表示设备正常，0表示设备故障；故障矩阵每列表示设备依次故障从而进行N-1安全校验。