计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，属于风力发电的技术领域，该方法包括如下：建立上层模型的目标函数f1，通过目标函数f1优化在给定时间内可容纳的风电场发电量的最大值，求取输电系统规划方案并传递至下层模型；建立下层模型的目标函数f2，通过目标函数f2优化在给定时间内需求侧响应成本与弃风成本之和的最小值，并将优化后目标函数f2中的各个变量返回至目标函数f1中；反复交替运行，计算线路投资成本CL的最小值、在给定时间内需求侧响应成本和弃风成本之和CW的最小值以及在给定时间内可容纳的风电场发电量R的最大值，以获取最佳的输电系统规划方案，具有优化系统潮流，减少输电系统投资，并提高风电的利用水平的优点。

【技术实现步骤摘要】
计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法
本专利技术属于风力发电的
，具体而言，涉及一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法。
技术介绍
在大规模风电并网环境下，风电所具有的间歇性、随机性以及不可控性，给输电系统的规划和运行带来了新的挑战。输电系统规划时既要充分考虑系统对风电的接纳能力，也要计及系统调节能力和备用容量。随着一次能源的不断开发，世界各国近年来不断发展替代一次能源的清洁能源如风电和光伏，在中国，2018年风电总装机容量达到1.84亿kW，占全部发电装机容量的9.7％。由于风电出力具有间歇性、波动性和反调峰性等特点，大规模风电并入电力系统后，一方面需充分考虑系统对风电的接纳能力，2018年中国风电平均利用小时数仅为2095h，全年弃风电量277亿kWh，弃风限电情况较为突出；另一方面对系统调节能力和备用容量提出了更高的要求，在原有的运行方式基础上，需要额外安排一定的备用容量，以响应风电的随机波动，维持电力系统的功率平衡与稳定。在输电系统规划阶段适当考虑风电对电力系统的影响可以最大程度上平衡电网经济安全运行和风电的不利影响。就含风电场的输电系统规划问题，国内外的研究已经做了一些工作。在《大规模风电接入下输电网扩展规划的启发式优化算法》中针对含大规模风电的输电系统，提出了计及控制措施成本的扩展规划方法；《考虑负荷和风电出力不确定性的输电系统机会约束规划》中采用机会约束规划方法求解含风电场的输电系统规划问题，考虑了负荷功率和风电场输出功率的不确定性；《基于多场景概率的含大型风电场的输电网柔性规划》中针对多种场景，构建了计及风电场的输电系统规划模型；《计及风险控制策略的含风电机组的输电系统规划》中通过概率方法描述与风电机组相关的不确定性因素，但没有考虑系统接纳风电的能力；《计及风电场和储能系统联合运行的输电系统扩展规划》构造了计及风险的含风电场的输电系统规划模型，考虑了风储系统联合运行；《含风电的输电系统规划方案优选的区间熵方法》采用区间熵方法对含风电场的输电系统规划方案进行了综合优选，实现了对规划方案比较全面的评估；《电网规划中考虑风电场影响的最小切负荷量研究》采用鲁棒线性优化理论确定含风电场的电力网络规划中的最小切负荷量。从总体上讲，传统的输电系统规划往往以最小化投资为目标，现有的针对含风电的输电系统规划研究还比较初步，未能适应未来多样的电源结构。大规模风电并网给输电系统规划和运行带来了新的挑战，仅通过发电侧实现电力平衡已难以满足日益增长的风电并网需求。从需求侧看，不断发展成熟的需求侧响应机制能促使用户根据实时供用电情况改变电量消费行为。因此，在输电规划中引入需求侧响应机制，可以应对风电出力的间歇性和波动性对输电规划带来的影响，同时最大程度接纳风电出力。
技术实现思路
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法以达到提出计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统两层规划模型，将需求侧响应和风电接纳能力引入输电系统规划，利用需求侧响应机制应对风电的不确定性，根据用户意愿，通过用电激励和可中断负荷对负荷进行“削峰填谷”，优化系统潮流，减少输电系统投资，并提高风电的利用水平的目的。本专利技术所采用的技术方案为：一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，该方法包括如下：(1)建立上层模型的目标函数f1，通过目标函数f1优化在给定时间内可容纳的风电场发电量的最大值，求取输电系统规划方案并传递至下层模型：f1:maxR＝W/(CL+CW)；式中：R为在给定时间内可容纳的风电场发电量；W为由下层模型计算的风电场发电量，CL为线路投资成本，CW为由下层模型返回的在给定时间内需求侧响应成本和弃风成本之和，(2)建立下层模型的目标函数f2，通过目标函数f2优化在给定时间内需求侧响应成本与弃风成本之和的最小值，并将优化后目标函数f2中的各个变量返回至目标函数f1中：(3)反复交替运行步骤(1)和步骤(2)，计算线路投资成本CL的最小值、在给定时间内需求侧响应成本和弃风成本之和CW的最小值以及在给定时间内可容纳的风电场发电量R的最大值，以获取最佳的输电系统规划方案；其中，pwj(t)为风电场j在时段t发出的有功功率；pfj(t)为风电场j在时段t的弃风功率；r为资金贴现率；m为分摊的年限；CLi为候选线路i的造价；Zi为线路所在走廊的新建线路条数；βai(t)为负荷i增加用电的单位激励成本；pai(t)为负荷i在时段t增加的负荷功率；βbi(t)为可中断负荷i中断供电的单位补偿成本；pbi(t)为负荷i在时段t被中断的负荷功率；Kj为风电场j的单位弃风惩罚成本；NB、NL、NW、T分别表示候选线路集合、负荷节点集合、风电场集合、研究时长；△t为时段t的持续时间长度。进一步地，所述线路投资成本CL的约束条件为：式中，Zimax为线路i所在走廊最大允许新增线路条数。进一步地，所述目标函数f2优化时的约束条件包括：系统和支路潮流约束、常规电厂出力约束、常规机组旋转备用约束和需求侧相应约束与弃风约束。进一步地，所述系统和支路潮流约束应满足：PG+PW+pb-pf-PD-pa＝Bθ式中:PG、PW、pb、pf、PD、pa分别为常规电厂输出功率向量、风电场输出功率向量、可中断负荷向量、弃风向量、负荷向量和增加负荷向量；B为节点导纳矩阵；θ为节点电压相角向量；fij(t)和分别为支路ij在时刻t的潮流和潮流上限。进一步地，所述常规机组旋转备用约束应满足：式中：NG为常规电厂集合；为在时刻t常规电厂k所能提供的最大功率；pDm(t)为负荷m在时段t的功率；Ru(t)为时段t内需预留的正旋转备用容量下限值；ωUk为常规电厂k的爬坡速率；为在时刻t常规电厂k所能提供的最小功率；Rd(t)为时段t内需预留的负旋转备用容量下限值；ωDk为常规电厂k的滑坡速率。进一步地，所述常规电厂出力约束应满足：式中：pGk(t)、pGk分别为常规发电机组k在时刻t的有功出力及其上限和下限值。进一步地，所述需求侧响应约束与弃风约束应满足：0≤pfj(t)≤pwj(t)式中：和分别为负荷i在时段t的用电激励负荷的下限值和上限值；和分别为负荷i在时段t的可中断负荷的下限值和上限值。进一步地，所述目标函数f1采用改进的PSO算法求解，其求解方法如下：1)输入系统参数；2)设置粒子群大小和迭代总次数；3)将每个线路走廊的新增线路回数作为决策变量，随机产生初始种群；4)对每个粒子对应的网络进行连通性校验；5)对每个粒子(每种网络)进行贯序蒙特卡洛仿真；6)求解并优化目标函数f2，以获取各个方案的惩罚成本、风电场发电量和线路投资成本；7)计算各粒子的适应度函数；8)更新每个粒子的惯性权重以及个体最优值和全局最优值；9)更新粒子的位置和速度；10)判断迭代条件是否满足，若不满足，则返回至步骤5)；若满足，则输出输电系统规划最优方案。进一步地，所述步骤6)中目标函数f2采用线性规划求解器ILOGCPLEX进行求解。本专利技术的有益效果为：1.采用本专利技术所公开的计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其上层模型将需求侧响应和风电接纳能力引入输电系统规划，以单位投资下给定时间内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其特征在于，该方法包括如下：(1)建立上层模型的目标函数f1，通过目标函数f1优化在给定时间内可容纳的风电场发电量的最大值，求取输电系统规划方案并传递至下层模型：f1:max R＝W/(CL+CW)；式中：R为在给定时间内可容纳的风电场发电量；W为由下层模型计算的风电场发电量，

【技术特征摘要】
1.一种计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其特征在于，该方法包括如下：(1)建立上层模型的目标函数f1，通过目标函数f1优化在给定时间内可容纳的风电场发电量的最大值，求取输电系统规划方案并传递至下层模型：f1:maxR＝W/(CL+CW)；式中：R为在给定时间内可容纳的风电场发电量；W为由下层模型计算的风电场发电量，CL为线路投资成本，CW为由下层模型返回的在给定时间内需求侧响应成本和弃风成本之和，(2)建立下层模型的目标函数f2，通过目标函数f2优化在给定时间内需求侧响应成本与弃风成本之和的最小值，并将优化后目标函数f2中的各个变量返回至目标函数f1中：(3)反复交替运行步骤(1)和步骤(2)，计算线路投资成本CL的最小值、在给定时间内需求侧响应成本和弃风成本之和CW的最小值以及在给定时间内可容纳的风电场发电量R的最大值，以获取最佳的输电系统规划方案；其中，pwj(t)为风电场j在时段t发出的有功功率；pfj(t)为风电场j在时段t的弃风功率；r为资金贴现率；m为分摊的年限；CLi为候选线路i的造价；Zi为线路所在走廊的新建线路条数；βai(t)为负荷i增加用电的单位激励成本；pai(t)为负荷i在时段t增加的负荷功率；βbi(t)为可中断负荷i中断供电的单位补偿成本；pbi(t)为负荷i在时段t被中断的负荷功率；Kj为风电场j的单位弃风惩罚成本；NB、NL、NW、T分别表示候选线路集合、负荷节点集合、风电场集合、研究时长；△t为时段t的持续时间长度。2.根据权利要求1所述的计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其特征在于，所述线路投资成本CL的约束条件为：式中，Zimax为线路i所在走廊最大允许新增线路条数。3.根据权利要求1所述的计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其特征在于，所述目标函数f2优化时的约束条件包括：系统和支路潮流约束、常规电厂出力约束、常规机组旋转备用约束和需求侧相应约束与弃风约束。4.根据权利要求3所述的计及风电接纳能力和需求侧响应的输电系统规划方法，其特征在于，所述系统和支路潮流约束应满足：PG+PW+pb-pf-PD-pa＝Bθ式中:PG、PW、pb、pf、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙波，严居斌，李松涛，苟旭丹，汪小明，张琳，杨宇玄，白小龙，陈晓娟，杨有清，李萌，干华，朱兴谊，
申请(专利权)人：成都城电电力工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51