一种发输电多阶段联合扩展规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发输电多阶段联合扩展规划方法及系统，包括：利用模糊聚类的方法对具有时空特性的运行数据进行削减作为研究期内的规划运行场景，以全寿命周期成本和连锁故障风险分别作为经济性和可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，建立多目标、多阶段发输电联合扩展规划模型进行寻优。本发明专利技术在整个研究年限内协调系统的经济性与运行可靠性，形成网源结构与负荷需求相匹配的渐进式扩展规划模式，可通过寻优获得帕累托最优解集及推荐的阶段式扩展规划序列。

A Multi-stage Joint Expansion Planning Method and System for Generation and Transmission

The invention discloses a multi-stage joint expansion planning method and system for power generation and transmission, which includes: using the method of fuzzy clustering to reduce the operation data with spatio-temporal characteristics as the planning operation scenario during the research period, taking the life cycle cost and cascading failure risk as the economic and reliability objectives respectively, and taking each level year in the research period as the planning stages; A multi-objective and multi-stage joint generation and transmission expansion planning model is established for optimization. The invention coordinates the economy and operation reliability of the system during the whole research period, forms a progressive expansion planning mode matching the network source structure and load demand, and obtains Pareto optimal solution set and recommended staged expansion planning sequence through optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种发输电多阶段联合扩展规划方法及系统
本专利技术属于电力系统规划领域，尤其涉及一种发输电多阶段联合扩展规划方法及系统。
技术介绍
近年来，随着经济的迅速发展，用电需求量大且呈持续增长态势，截止到2018年，山东省级电网用电高峰负荷突破7700万千瓦，高峰时的用电缺口使得部分用户的用电需求无法得到可靠保障。此外，随着可再生能源发电渗透率的不断提高以及大规模直流输电系统的相继投运，交流系统需具备合理且与负荷需求相匹配的网架结构和足够的系统强度以保证可再生能源的消纳和直流系统的稳定运行，避免因系统薄弱而引发大规模连锁故障进而导致大停电事故。在电力需求持续增长和不确定性因素不断渗透的背景下，电网扩展规划有利于确定合理的网架结构及电源分布情况，以满足日益增长的负荷需求，并保证电力系统经济、安全、可靠运行。目前的电力系统扩展规划方法大多存在以下不足：a.以规划初短期内的投资作为经济性目标进行优化，忽略了中长期时间段内运行场景的不断变化，可能会造成可靠性的牺牲从而使系统长期运行、故障成本大幅增加；b.研究期内单一阶段规划，扩建行为仅局限于初始规划点上，无法在整个研究年限内进行统一协调规划，使总成本大幅增加；c.网、源独立规划，不利于网源协调发展，无法从整体上保证系统的经济性和可靠性。综上所述，亟需一种考虑全寿命周期成本的发输电多阶段联合扩展规划方法及系统。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种发输电多阶段联合扩展规划方法及系统。利用模糊聚类的方法对具有时空特性的运行数据进行削减作为研究期内的规划运行场景，以全寿命周期成本和连锁故障风险分别作为经济性和可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，建立多目标、多阶段发输电联合扩展规划模型进行寻优。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：在一个或多个实施方式中公开的一种发输电多阶段联合扩展规划方法，包括：获取电力系统初始网架结构，确定备选扩增电源接入点、备选扩增电源容量集合和备选扩增线路集合；根据备选扩增电源以及备选扩增线路的寿命周期，确定该中长期规划的研究年限；考虑主体功能区规划对不同区域负荷差异化增长的影响，以历史时序负荷数据为依据进行研究年限内负荷预测，获得各年负荷时空场景；利用模糊聚类算法对研究年限内各年负荷和可再生能源发电数据进行削减，获得规划运行场景；以全寿命周期成本作为经济性目标，以连锁故障平均风险值作为可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，计及各项约束，建立多目标、多阶段优化模型。求解多目标优化模型，获得最优解集，对最优解集进行多目标决策，得到满意解作为扩展规划序列。进一步地，确定备选扩增电源接入点、备选扩增电源容量集合和备选扩增线路集合，具体为：选择距离负荷中心近的大规模电厂作为扩增电源的备选接入点；根据网架结构薄弱处确定备选扩增线路集合，备选扩增线路中包括新增输电走廊和原有输电走廊。进一步地，取寿命周期最小的设备寿命作为研究年限。进一步地，所述主体功能区包括优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发区域，且四个区域负荷增长速度存在差异。进一步地，考虑到资源环境的承载能力因素，不考虑在禁止开发区域增加电源，若备选电源接入节点在禁止开发区域内，增加相应发电机一次投资成本的惩罚系数。进一步地，所述全寿命周期成本包括整个研究期内所有的一次投资成本、检修维护成本、运行损耗成本、运行故障成本和报废成本；所述连锁故障平均风险值具体为：对研究期各年中各极端规划运行方式进行高风险连锁故障搜索、评估及筛选后所得到的平均故障风险值；所述优化模型约束条件包括：潮流约束、决策变量约束、短路电流约束、短路比约束、系统安全性约束和连通性约束；进一步地，利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法寻优求解该多目标优化模型，获得帕累托最优解集；针对寻优得到的帕累托最优解集，利用逼近理想解排序法进行多目标决策，得到满意解作为扩展规划序列。进一步地，利用TOPSIS算法对帕累托前沿进行两目标决策，利用熵权法获得经济性和可靠性目标的权重；将TOPSIS满意解作为最终的推荐渐进式规划方案。在一个或多个实施方式中公开的一种发输电多阶段联合扩展规划系统，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的发输电多阶段联合扩展规划方法。在一个或多个实施方式中公开的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述的发输电多阶段联合扩展规划方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用场景聚类的方法对具有时空特性的运行数据进行削减作为研究期内的规划运行场景，不仅大幅减少计算规模，还能在一定程度上保留负荷间以及负荷和可再生能源发电间的相关性；以全寿命周期成本和连锁故障风险分别作为经济性和可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，建立多目标、多阶段发输电联合扩展规划模型，可在整个研究年限内协调系统的经济性与运行可靠性，形成网源结构与负荷需求相匹配的渐进式扩展规划模式。本专利技术在整个研究年限内协调系统的经济性与运行可靠性，形成网源结构与负荷需求相匹配的渐进式扩展规划模式，可通过寻优获得帕累托最优解集及推荐的阶段式扩展规划序列。利用该方法可得到帕累托前沿解集及推荐的阶段式扩展规划序列；与单一阶段规划相比，多阶段规划在保证可靠性的同时可大幅降低投资成本。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是多阶段规划时设备非同步投运示意图；图2是本专利技术的一种发输电多阶段联合扩展规划方法流程图；图3是一种发输电多阶段联合扩展规划系统结构图；图4是山东电网单阶段规划和多阶段规划的帕累托前沿对比图，横坐标代表预想故障平均风险值，纵坐标代表全寿命周期成本；图5是针对山东电网进行仿真所得的推荐多阶段规划方案示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一在一个或多个实施方式中公开了一种一种发输电多阶段联合扩展规划方法，包括以下步骤：步骤1：获取电力系统初始网架结构，确定系统备选扩增电源接入点及容量集合和备选扩增线路集合。选择距离负荷中心较近的大规模电厂作为扩增电源的备选接入点，在发电机备选接入点选择时需考虑区域间差异化发展战略的影响；选择网架结构较薄弱处或负荷迅速增长处附近区域确定备选扩增线路集合，备选扩增线路中除了新增输电走廊外，还应包括原有输电走廊的扩建线路。步骤2：根据备选扩增设备集合中各设备的寿命周期，确定该中长期规划的研究年限。由于各备选扩增设备的寿命周期不同，且在多阶段规划过程中存在非同步投运的情形。需确定一个统一的研究年限进行寻优规划。为避免规划周期内设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，包括：获取电力系统初始网架结构，确定备选扩增电源接入点、备选扩增电源容量集合和备选扩增线路集合；根据备选扩增电源以及备选扩增线路的寿命周期，确定该中长期规划的研究年限；考虑主体功能区规划对不同区域负荷差异化增长的影响，以历史时序负荷数据为依据进行研究年限内负荷预测，获得各年负荷时空场景；利用模糊聚类算法对研究年限内各年负荷和可再生能源发电数据进行削减，获得规划运行场景；以全寿命周期成本作为经济性目标，以连锁故障平均风险值作为可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，计及各项约束，建立多目标、多阶段优化模型。求解多目标优化模型，获得最优解集，对最优解集进行多目标决策，得到满意解作为扩展规划序列。

【技术特征摘要】
1.一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，包括：获取电力系统初始网架结构，确定备选扩增电源接入点、备选扩增电源容量集合和备选扩增线路集合；根据备选扩增电源以及备选扩增线路的寿命周期，确定该中长期规划的研究年限；考虑主体功能区规划对不同区域负荷差异化增长的影响，以历史时序负荷数据为依据进行研究年限内负荷预测，获得各年负荷时空场景；利用模糊聚类算法对研究年限内各年负荷和可再生能源发电数据进行削减，获得规划运行场景；以全寿命周期成本作为经济性目标，以连锁故障平均风险值作为可靠性目标，以研究年限内每一水平年作为规划分阶段，计及各项约束，建立多目标、多阶段优化模型。求解多目标优化模型，获得最优解集，对最优解集进行多目标决策，得到满意解作为扩展规划序列。2.如权利要求1所述的一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，确定备选扩增电源接入点、备选扩增电源容量集合和备选扩增线路集合，具体为：选择距离负荷中心近的大规模电厂作为扩增电源的备选接入点；根据网架结构薄弱处确定备选扩增线路集合，备选扩增线路中包括新增输电走廊和原有输电走廊。3.如权利要求1所述的一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，取寿命周期最小的设备寿命作为研究年限。4.如权利要求1所述的一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，所述主体功能区包括优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发区域，且四个区域负荷增长速度存在差异。5.如权利要求1所述的一种发输电多阶段联合扩展规划方法，其特征在于，考虑到资源环境的承载能力因素，不考虑在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹相阳，李文博，丛淼，王敏，刘晓明，刘玉田，杨斌，杨思，孙东磊，牟颖，刘冬，高效海，田鑫，魏佳，王男，张丽娜，魏鑫，张家宁，王轶群，薄其滨，张玉跃，付一木，孙毅，张栋梁，袁振华，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司经济技术研究院，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37