[发明专利]适用于新能源大规模接入下的电网演化模拟方法

摘要

适用于新能源大规模接入下的电网演化模拟方法，步骤如下：1、读入系统负荷和能源的预测信息；2、根据区域内同一电压等级的变电站密度，确定是否需要进行电压等级的提升；3、求解电源规划问题，确定新建发电厂的个数和预期出力；4、求解输电网规划问题，确定线路的建设方案；本发明考虑了新能源大规模接入和新技术应用对于未来电网的影响，借鉴电网规划的思路，以建设成本最小为优化目标，将电力、电量、调峰和环保约束引入电力系统演化模型，并从电力系统运行的角度建立了若干种前沿技术的简化模型，最后结合启发式规则和模拟植物生长算法提出了演化模型的求解方法；使用该电网演化模拟方法可以为能源政策和电力战略提供定量的决策依据。

主权项

1.适用于新能源大规模接入下的电网演化模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1：读入系统负荷和能源预测信息，更新节点信息；对前沿技术进行建模，具体步骤如下：/n步骤1.1：对前沿技术进行建模，确定各技术场景的约束方程修正系数，所涉及的约束方程包括电力约束方程(1)、电量约束方程(2)和调峰约束方程(3)：/n /n /n /n对前沿技术进行建模的方法如下：/n步骤1.1.1：对超导输电进行建模/n有关超导输电成本的乐观预测是每10年降低一个数量级，这一成本减少过程假设设为线性；/nc_l＝c_l0(1-η_sS)L_l/n式中c_l0为单位容量每百公里输电初始成本，η_s为系数，L_l为线路l长度，S为技术运用成熟度，是与时间y相关的曲线；技术运用成熟度函数取为:/n /n其中时间节点y₁与y₂的取值取决于对于未来技术发展的乐观程度，除此之外，超导线路的容量约为常规线路的2～10倍，阻抗为原线路的25％～50％；/n步骤1.1.2：对储能技术和需求侧响应进行建模/n储能技术和需求侧响应的主要作用均为平抑输出功率的波动，削峰填谷，减少对电力系统的冲击，亦即在总体电量需求不变前提下，降低系统的峰荷和调峰需求；因此对于电力约束方程(1)和调峰约束方程(3)的右端项分别引入如下的修正系数：/nα_es,1＝1-η_es,1S/nα_es,2＝1-η_es,2S/n其中，α_es,1为电力约束方程(1)的右端项修正系数，α_es,2为调峰约束方程(2)右端项的修正系数，η_es,1、η_es,2为可调参数，S为技术运用成熟度；/n步骤1.1.3：对分布式发电场景进行建模/n分布式发电的主要优势在于能够提供更多的电能，因此对于电力约束方程(1)、调峰约束方程(3)和电量约束方程(2)的右端项引入如下的修正系数：/nα_d,1＝1-η_d,1S/nα_d,2＝1-η_d,2S/nα_d,3＝1-η_d,3S/n式中a_d,1,a_d,2,a_d,3为峰荷、调峰、电能需求与原始需求的比值，η_d,1,η_d,2,η_d,3为系数，S为技术运用成熟度；此外考虑到技术本身的特点，分布式发电技术只在受入电区域运用；/n步骤1.2:确定应用的技术场景，采用的技术场景包括正常模式、分布式发电、储能以及超导共4种技术场景，对于不同的技术场景，需要读入相应的约束方程修正系数；/n步骤1.3：根据演化所处年份，修改各种类发电厂的发电成本；/n步骤1.4：根据预测的负荷和能源信息，确定各个区域的供给特性：根据预测的负荷和能源信息中的经度和纬度信息与现有节点进行匹配，使用预测的负荷总量和能源总量修正区域i在阶段y中的负荷节点和能源节点数据，区域i中已存在的负荷点j在第y+1阶段末期的负荷量为：/n /n其中，为第y年中区域i的负荷总量；为第y+1年中区域i的负荷总量；为负荷增长的分配系数，与年份和具体负荷点有关；为第y年区域i中节点j的负荷；为第y+1年区域i中节点j的负荷；/n在更新节点的可用能源量信息时，需要将大型能源基地的兴建造成的能源阶跃式增长纳入考虑，区域i中已存在的负荷点j在第y+1阶段末期的负荷量为：/n /n 为第y年区域i的最大能源量；为第y+1年区域i的最大能源量；为第y年区域i的最大能源量；为第y+1年区域i的最大能源量；为能源增长的分配系数，与年份、具体能源点、能源类型有关；如第y年在点j处有大型能源基地建设完成能够提供能源，则为当年计划供出的能源量，否则为0；/n步骤1.5：若在预测数据中区域i处出现了新的负荷节点和能源点，则在区域i的辖区内，按均匀分布随机确定新的负荷点和能源点，并分配剩余的负荷量和能源量；/n步骤1.6：对于新出现的负荷节点，新建节点和线路，寻找距离最近的母线作为连接点接入电网；/n步骤2：检查各区域中，中低压节点的密度是否超过限度/n /n其中为距离各负荷节点为r的区域i内的中低压节点，若区域i内中低压节点总数超过设定限值n_max且周围无高压母线节点，则需要新建高压母线节点，更新母线和线路信息；/n步骤3：电源规划，针对当前的系统信息，检查是否满足各项约束，进而对电源建设方案进行排序和筛选，具体步骤如下：/n步骤3.1：在不考虑新建电厂的情况下，求解如下的优化问题，检查系统是否满足各项约束，分别为电力约束、电量约束、调峰约束和环保约束：/n /n /n /n /n /n决策变量共有n_p个，即连续变量P_g,j，表示节点j处发电厂的预期出力；P_d,j表示节点j处的负荷大小；n_p为发电厂的总数；R_p为容量备用系数；R_e为电量备用系数；A_j为节点j处发电厂的可用时间；T_j为节点j处负荷的最大负荷利用小时；P_R,j为节点j处发电厂的单位发电调峰深度，对于新能源机组，由于反调峰特性，该值为负；F_j为节点j处负荷的最大波动比例；P_oll,j为节点j处发电厂的单位发电污染量；P_o,max为当年系统最大允许污染量，该值以总量形式给出或以平均污染量形式给出；/n步骤3.2：若当前系统满足上面的四个约束，则对当前的系统进行直流潮流计算，并记录过载线路信息，电源规划完成，转至步骤4；/n步骤3.3：若当前系统无法全部满足上面的四个约束，则需要再进行电源规划，考虑新建电厂，确定电厂建设的备选方案，具体步骤如下：/n步骤3.3.1：求出所有可利用资源点处线路建设成本预估值：在求解预估值的过程中，关键是计算输送距离，首先计算出各个区域的供需情况，确定缺电区域，根据之前读入的各节点的经度和纬度信息，利用下式计算出缺电区域i的负荷中心：/n /n其中，n为缺电区域i的负荷点数；(x_j,y_j)为负荷点j的地理坐标；备选电厂与最近的缺电区域负荷中心距离和单位长度建设费用的乘积即为线路建设成本预估值；/n步骤3.3.2：设第k个约束不能满足，且不满足量为u_k0；依次计算当前阶段可供选择的n_p个电源对于该约束的有效性：/n /n其中，u_j为增加1后约束k的不满足量；为节点j处新建电厂的个数；c_g,j为节点j处发电厂的建设费用；c_b,j为该电厂送电所需线路的建设费用；以E_gj为标准对所有备选方案排序，若不满足电力约束，则将电厂容量与线路建设成本预估值成本相除，作为排序依据；若不满足电量约束，则将电厂容量与线路建设成本预估值相除，作为排序依据；若不满足调峰约束，则将电厂调峰容量与线路建设成本预估值相除，作为排序依据；若不满足环保约束，则将污染排放量与线路建设成本预估值相除，作为排序依据；根据最终得到的排序结果，从中选取前β个方案作为最终备选方案；/n步骤3.3.3：对于每种电厂建设备选方案，若能源供应点处无对应能源类型的发电机组，则需要新建发电机，否则需要新建发电机组，并就地新建高压侧母线，根据距离最小原则，寻找相同电压等级的线路接入原系统之中，更新原有的发电机和线路信息；/n步骤4：对于不同的电源建设备选方案，选取评价函数，利用植物生长算法，确定优先生长点，逐次迭代求解，最终算法会收敛至满足各约束条件的较优解；/n步骤5：求解输电网规划问题，确定输电线路的建设方案；/n步骤5.1：对于电源规划后新的系统，求解下面的优化问题，进行直流潮流计算，确定新系统中的线路过载情况；/n /ns.t.(Y_l^C+Y_l^E)(1+R_l)C_l≥|F_l|/n /n /n其中，决策变量为整数变量Y_l^C，表示线路l需并联条数；c_l为线路l单位容量建设费用；C_l为线路l单条容量；Y_l^E为线路l已并联条数；R_l为线路容量备用系数；F_l为线路l潮流；θ_l1、θ_l2分别为线路l首末端相角；θ为节点相角向量；B为节点导纳矩阵，ΔB_l为新建支路l引起的节点导纳矩阵改变量；P_inj为节点注入功率向量，根据电源规划的P_g,j和P_d,j结果得出；/n步骤5.2:针对过载最严重的线路：首先，判定其潮流方向，然后，线路始端不改变，求得其他节点中与原末端相距最近的β-1个节点作为新的末端；最后，将新的始末端线路以及原线路并联共β个方案作为最终备选方案；/n步骤5.3：对于上面的备选方案进行拓扑优化，检验连接在一起的任意三个节点的最大角是否超过规定阈值；如超过则说明存在较为贴近的线路，则删去最大角对应对角边；/n步骤6：对于不同的电网建设备选方案，选取评价函数，利用植物生长算法，确定优先生长点，最终算法会收敛至较优解；/n步骤7：对系统进行完善，并安排下一阶段的发电计划；/n步骤7.1：完成电源规划和电源规划后，计算系统的直流潮流，对系统的线路进行升级；/n步骤7.2：求解线性规划问题，确定下一阶段的发电机出力安排，之后进入下一个阶段的电网演化；/n /n /n /n /n决策变量共有n_p个，即连续变量P_g,j，表示节点j处发电厂的预期出力；n_p为发电厂的总数；P_d,j表示节点j处的负荷大小；A_j为节点j处发电厂的可用时间；P_R,j为节点j处发电厂的单位发电调峰深度，对于新能源机组，由于反调峰特性，该值为负；F_j为节点j处负荷的最大波动比例；P_oll,j为节点j处发电厂的单位发电污染量；P_o,max为当年系统最大允许污染量，该值以总量形式给出或以平均污染量形式给出。/n