一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法，包括构建考虑风电的电网规划模型，获取随机变量风电出力和负荷的极限场景，并基于田口直交表，根据田口直交表获得风机出力和负荷的所有极限场景的H个测试场景，将田口直交表中各变量的水平转换为各自对应的水平值，将每一个测试场景中每个变量的水平值代入电网规划模型中，得到H组确定性式子；采用MINLP问题中的外逼近算法对H组确定性式子进行求解，得到最终电网规划方案。本发明专利技术在获取风功率出力概率特性的基础上，选择风功率出力的极限值，基于田口直交表，采用外逼近算法对所建模型进行求解，得到一种适用于求解大规模风电接入电力系统的电网规划方法，保证电力系统能够应对风电的随机性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，更具体地，涉及一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法。
技术介绍
由于煤炭、石油等不可再生能源的日益枯竭及其对环境的严重污染，世界各国都在致力于寻求一种经济、环保、可靠的新能源。风电因其无污染、可再生等特性备受全球的关注。然而，风电出力具有波动性、随机性和低可调性，风电的不断并网，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战，也给电网规划带来了难题。常规的电网规划方法建立在确定的电源结构和负荷水平之下，无法应对风电的随机性。因此，有必要考虑风电的随机特性，使电力系统能够灵活地接纳风电。在中国专利技术专利申请文件(公开号为CN102545258A)中公开了一种大规模风电并网的电网优化规划方法，该方法综合考虑新建线路投资和风电综合效益两个方面，利用网架规划数据、系统运行预测数据、风电规划数据，考虑风电出力的“尖峰特性”，通过允许概率较小的风电出力尖峰值的一定损失保证电网规划方案的经济合理性。上述文件中，概率较少的风电尖峰值有时会导致电力系统遭受特大的损失，风功率的选取完全依据历史数据，并未考虑风功率的随机性，所得到的规划方案也难以适应风功率的随机变化。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法，其目的在于考虑风电出力的随机特性，将考虑风电接入的不确定性电网规划模型转换为确定性模型，并采用外逼近方法对模型进行求解，由此解决了考虑风电的电网规划问题中模型复杂、求解困难、计算量大的技术问题。本专利技术提供的适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)构建考虑风电的电网规划模型；所述电网规划模型的目标函数为：所述电网规划模型的约束条件包括：直流形式的潮流方程S×Pij，h+Gh+Uh+Rh=Dh+Wh、线路传输容量约束火电机组出力约束切负荷约束0≤Rh≤Dh；弃风量约束0≤Wh≤Uh；每条走廊可架设线路的回数约束S为节点注入功率与支路有功潮流关联矩阵，i、j分别为支路i-j中的两个节点，βij为支路i-j的电纳，θi，h为场景h中节点i的电压相角，θj，h为场景h中节点j的电压相角，cij为支路i-j中增加一条线路的费用，nij为增加到支路i-j的线路回数，α为切负荷与弃风量的惩罚因子，h为场景，H为风机出力和负荷的所有极限场景中测试场景的总数，ri，h为场景h的切负荷量数组中第i个元素，wi，h为场景h的弃风量数组中第i个元素，pij，h为场景h的支路有功潮流数组中的元素，为支路i-j中原有的线路回数，为每条增加到支路i-j的线路的有功潮流上限，为火电机组最大有功出力数组，Gh为场景h的火电机组有功出力数组，Rh为场景h的切负荷量数组，Dh为场景h的负荷预测值数组，Uh为场景h的风电场有功出力数组，Wh为场景h的弃风量数组，为支路i-j中可增加线路回数的最大值；(2)获取随机变量风电出力u和负荷d的极限场景，并根据所述随机变量风电出力u和负荷d的极限场景获得田口直交表；(3)根据所述田口直交表获得风机出力和负荷的所有极限场景的H个测试场景，将田口直交表中各变量的水平转换为各自对应的水平值，将每一个测试场景中每个变量的水平值代入所述电网规划模型中，得到H组确定性式子；(4)采用MINLP问题中的外逼近算法对所述H组确定性式子进行求解，得到最终电网规划方案。本专利技术立足于计及风功率的随机性，在获取风功率出力概率特性的基础上，选择风功率出力的极限值，基于田口直交表，采用MINLP模型中的外逼近算法对所建模型进行求解，得到一种适用于求解大规模风电接入电力系统的电网规划研究方法，保证电力系统能够应对风电的随机性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的田口直交表L4(23)示意图；图3是本专利技术实施例提供的修正Garver6系统拓扑结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术在统计风电出力特性的基础下，选取风机的极限取值，基于田口直交表(Orthogonal Array)，利用较少的场景提供良好的统计信息，从所有可能的场景中生成极限场景，将考虑风电的不确定性电网规划模型转化为确定性模型。模型中考虑了输电线路剩余容量，进一步有效应对风机出力的随机性。本专利技术采用MINLP(mixed-integer nonlinear programming)问题中的外逼近算法(Outer-Approximation Method)对所建模型进行求解，并用Gaver6节点系统进行了测试，结果证明了所提专利技术能够使电力系统有效应对风电的随机性，并大大减少了计算量，降低了求解模型的难度。本专利技术的目的在于针对风电的随机性，选取风电出力的极限取值，使电力系统能随机应对风电出力的随机性，采用MINLP问题中的外逼近算法对所建模型进行求解，得到一种适用于大规模风电接入的电网规划模型求解方法。本专利技术的技术方案如下：(1)建立考虑风电的电网规划模型。电网规划的目的在于寻求一个最优的经济方案，保证电力系统在不同的运行方式下能够正常运行。考虑风电的电网规划模型是一个混合整数非线性随机规划模型，其求解难度会随着变量数据量的增大而增大，甚至无法找到可行解。因此，本专利技术建立基于极限场景的考虑风电的电网规划模型(如式(1)所示)，不仅可将不确定性规划问题转化为确定性规划问题，而且大大降低了求解难度。式(1)表示以架设成本最小为目标，并尽可能使电网不发生切负荷与弃风现象。式(1.1)和(1.2)为直流形式的潮流方程。式(1.3)为线路传输容量约束。所形成的规划方案中，会出现部分线路负载偏高，重载线路会导致输电阻塞。而在实际的电网运行中，线路运行一般都留有充足的裕度，调度人员会调整线路潮流，平衡各线路的负载率。为避免重载线路因规划问题而造成运行后无法缓解的局面，在规划阶段就应该将线路负载水平作为一项重要的规划内容，更能应对风机出力的随机性。本专利技术定义线路平均剩余容量ε来衡量线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)构建考虑风电的电网规划模型；所述电网规划模型的目标函数为：所述电网规划模型的约束条件包括：直流形式的潮流方程S×Pij，h+Gh+Uh+Rh=Dh+Wh、线路传输容量约束火电机组出力约束切负荷约束0≤Rh≤Dh；弃风量约束0≤Wh≤Yh；每条走廊可架设线路的回数约束S为节点注入功率与支路有功潮流关联矩阵，i、j分别为支路i‑j中的两个节点，βij为支路i‑j的电纳，θi，h为场景h中节点i的电压相角，θj，h为场景h中节点j的电压相角，cij为支路i‑j中增加一条线路的费用，nij为增加到支路i‑j的线路回数，α为切负荷与弃风量的惩罚因子，h为场景，H为风机出力和负荷的所有极限场景中测试场景的总数，ri，h为场景h的切负荷量数组中第i个元素，wi，h为场景h的弃风量数组中第i个元素，pij，h为场景h的支路有功潮流数组中的元素，为支路i‑j中原有的线路回数，为每条增加到支路i‑j的线路的有功潮流上限，为火电机组最大有功出力数组，Gh为场景h的火电机组有功出力数组，Rh为场景h的切负荷量数组，Dh为场景h的负荷预测值数组，Uh为场景h的风电场有功出力数组，Wh为场景h的弃风量数组，为支路i‑j中可增加线路回数的最大值；(2)获取随机变量风电出力u和负荷d的极限场景，并根据所述随机变量风电出力u和负荷d的极限场景获得田口直交表；(3)根据所述田口直交表获得风机出力和负荷的所有极限场景的H个测试场景，将田口直交表中各变量的水平转换为各自对应的水平值，将每一个测试场景中每个变量的水平值代入所述电网规划模型中，得到H组确定性式子；(4)采用MINLP问题中的外逼近算法对所述H组确定性式子进行求解，得到最终电网规划方案。...

【技术特征摘要】
1.一种适合于考虑风电随机特性的电力系统的电网规划方法，其特征
在于，包括下述步骤：
(1)构建考虑风电的电网规划模型；
所述电网规划模型的目标函数为：所述电网规
划模型的约束条件包括：直流形式的潮流方程S×Pij，h+Gh+Uh+Rh=Dh+Wh、
线路传输容量约束火电机组
出力约束切负荷约束0≤Rh≤Dh；弃风量约束0≤Wh≤Yh；每条
走廊可架设线路的回数约束S为节点注入功率与支路有功潮流关联矩阵，i、j分别为支路i-j中的
两个节点，βij为支路i-j的电纳，θi，h为场景h中节点i的电压相角，θj，h为场
景h中节点j的电压相角，cij为支路i-j中增加一条线路的费用，nij为增加
到支路i-j的线路回数，α为切负荷与弃风量的惩罚因子，h为场景，H为
风机出力和负荷的所有极限场景中测试场景的总数，ri，h为场景h的切负荷
量数组中第i个元素，wi，h为场景h的弃风量数组中第i个...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎静华，兰飞，曾炎，韦化，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45