一种基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划方法技术方案

本发明专利技术属于电力系统规划技术领域，具体涉及一种基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划方法，将火电机组补偿能力、直流输电系统容量等作为约束条件，以整个打捆系统的单位发电成本最小为目标函数，采用模拟退火算法求解，该方法弥补了现有打捆系统优化规划模型和算法的不足，所建立的模型考虑的因素更为全面，为我国能源基地外送的混合规划提供了坚实、有效的理论指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统规划
，具体涉及一种基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划的建模和求解方法。
技术介绍
随着全球能源需求的不断增长及环境问题(酸雨、雾霾等)的日益严峻，世界各国都在调整其能源政策，加大可再生能源的开发力度。风能，由于其分布广泛，技术成熟，已成为最具开发潜力的可再生能源之一。目前，我国在甘肃、内蒙等地规划了多个大型风电基地以应对不断增长的能源需求并缓解日益严峻的环境问题。然而由于风电固有的波动性及间歇性，风电并网，特别是大规模风电并网会对其所连接电网的安全稳定运行带来严峻挑战。考虑到我国风电资源丰富的北方地区常常紧邻或位于煤炭资源储量丰富的地区，因此，统筹风火电联合规划，建设风火电打捆发输电系统，是一种即可大规模利用可再生能源，又可减小可再生能源并网对电力系统影响的规划方式。需要注意的是，我国大多数规划的风电开发地区及可与之配套的煤炭资源产区均分布在北方地区，这些地区虽然资源丰富，但受制于经济发展水平，用电需求较小，且由于网架结构薄弱，无法消纳大规模输入电力。因此，有必要将风火电打捆的电力通过直流传输送往经济发达的东南沿海地区。目前，针对风火电打捆发输电系统优化规划的研究还相对较少。已有研究大多着眼于发电系统规划，很少涉及发输电系统联合规划。但是由于我国资源地区与负荷中心呈远距离逆向分布，大规模能源基地的电力多需经直流输电系统远距离传输至重负荷中心，而直流输电系统会对整个风火电打捆系统的投资成本、运行成本、发电成本等产生影响，因此，有必要进行基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划研究。
技术实现思路
针对现有风火电打捆系统优化规划研究的不足，本专利技术提出一种基于直流传输的风火电打捆发电系统优化规划方法。本方法将火电机组补偿能力、直流输电系统容量等作为约束条件，以整个打捆系统的单位发电成本最小为目标函数，弥补了现有打捆系统优化规划模型和算法的不足，所建立的模型考虑的因素更为全面，为我国能源基地外送的混合规划提供了坚实、有效的理论指导。本专利技术采用的技术方案如下：步骤1：表征风火电出力由于风电机组出力依赖于风能(速)，因此其出力在时序上具有很强的波动性。本方法在进行含风电机组电力系统规划时，考虑其宏观出力变化规律，采用持续出力曲线来表征风电出力特性。图1给出了采用持续出力曲线表征风火电打捆发输电系统风电出力时，系统中风电、火电及打捆系统的出力示意图。其中，pT表示风火电打捆系统的基准输送功率，Pw,max表示风电的最大出力，Pw为风电年持续出力曲线，T表示年小时数。步骤2：确定波动功率上、下限时间对于风火电打捆发输电系统，考虑到机组运行约束，其输送功率不宜设为恒定值，而应允许在某一范围内波动。本方法采用含上下限约束的功率输送模式，即在风电出力较大时，允许打捆系统的输送功率向上波动+δ％，当风电出力较小时，允许打捆系统的输送功率向下波动–δ％；其对应的向上、下波动持续时间T1和T2则根据风电出力较大时段向下波动–δ％和较小时段向上波动+δ％确定，并由式(1)和(2)计算：T1=t|Pw(t)=Pw,max-δ%×pT---(1)]]>T2=t|Pw(t)=δ%×pT---(2)]]>其中，Pw(t)为风电t时刻出力。步骤3：构建基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型本方法假设风电场已知，则基于直流输送的风火电打捆发输电系统优化规划涉及的规划内容包括：火电机组配置、直流输电系统和系统输送功率的选择。该模型的决策变量包括：火电机组的安装容量、直流输电系统的电压等级、换流站额定容量以及整个打捆系统的输送功率。3.1模型的目标函数基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型的目标函数如下：minUGC＝(Cfuel+Ccapi+Cmaint)/Erec(3)其中，UGC表示打捆发输电系统的单位发电成本；Cfuel为打捆系统的运行(燃料)成本，由式(4)～(7)计算；Ccapi为打捆系统的投资成本，由式(8)计算；Cmaint为打捆系统的维护成本，由式(9)计算；Erec为受端系统在打捆系统规划期内接受的总电量，由式(10)～(12)计算。①燃料成本计算风火电打捆发输电系统的燃料成本为火电机组在规划期内各年煤炭消耗成本之和：Cfuel=Σj=1M(1+rcoal)j-1×Kcoal×f×(Ej-∫0TPjw(t)dt)(1+rd)j-1---(4)]]>Ej＝(1+δ％)pTT1,j+pT(T2,j-T1,j)+(1-δ％)pT(T-T2,j)(5)Pjw(t)=Σk=1NwPj,kWTG(t)---(6)]]>Pj,kWTG(t)=Pw,r[A+B×Vj(t)+C×Vj(t)2]Vci≤Vj(t)<VrPw,rVr≤Vj(t)<Vco0otherwise---(7)]]>其中，M为打捆系统规划周期；rcoal为煤炭价格增长率；Kcoal为规划水平年煤炭价格；f为火电机组单位煤耗；Ej为风火电打捆发输电系统在第j年的总发电量，由式(5)计算；T为年小时数，为风电在第j年t时刻的出力，由式(6)计算；rd为贴现率；δ为打捆系统输送功率允许波动的上、下限；pT表示打捆输电系统的基准输送功率；T1,j为第j年输送功率向上波动持续时间，T2,j为第j年输送功率向下波动持续时间；Nw为风电场中风电总装机数；为第k台风机在第j年t时刻的出力，由式(7)计算。Pw,r为风机的额定功率；A，B，C为风机系数，Vci，Vr和Vco为风机的切入风速，额定风速和切出风速；Vj(t)为第j年t时刻风速。②投资成本计算风火电打捆发输电系统的投资成本为火电机组、换流站、直流输电线路及风电场投资成本之和：Ccapi＝Cther,capi+Cstat,capi+Cln,capi+Cw,capi(8)其中，Cther,capi为打捆系统中的火电机组投资成本；Cstat,capi为打捆系统中的换流站投资成本；Cln,capi为打捆系统中直流输电系统投资成本；Cw,capi为打捆系统中的风电场投资成本。③维护成本计算风火电打捆发输电系统的年维护成本取为投资成本的百分比，并计入考虑设备老化及人工成本增加的年维护成本增长率和资金时间价值额贴现率：Cmaint=Σj=1Mτ×Ccapi×(1+rmaint)j-1(1+rd)j-1---(9)]]>其中，τ为维护成本占投资成本百分比，rmaint为维护成本增长率。④受端总电量计算风火电打捆发输电系统受端所接受的总电量为打捆发电系统送端总电量减去直流输电系统的损耗电量：Erec＝Egen×(1-2σstat-2L×σln)(10)Egen=Σj=1MEj---(11)]]>σ1n=r1nP1n(P1n2vstat)2---(12)]]>其中，Egen为风火电打捆发输电系统在规划期内总发电量；σstat为单个换流站损耗；L为送受端距离；σln为单极直流输电线路单位长度线损，由式(12)计算。rln为直流输电线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划方法，其特征在于：步骤1：表征风火电出力由于风电机组出力依赖于风速，因此其出力在时序上具有很强的波动性，考虑其宏观出力变化规律，采用持续出力曲线来表征风电出力特性；步骤2：确定波动功率上、下限时间对于风火电打捆发输电系统，考虑到机组运行约束，允许其输送功率在某一范围内波动，采用含上下限约束的功率输送模式，即在风电出力较大时，允许打捆系统的输送功率向上波动+δ％，当风电出力较小时，允许打捆系统的输送功率向下波动–δ％；其对应的向上、下波动持续时间T1和T2则根据风电出力较大时段向下波动–δ％和较小时段向上波动+δ％确定，并由式(1)和(2)计算：T1=t|Pw(t)=Pw,max-δ%×pT---(1)]]>T2=t|Pw(t)=δ%×pT---(2)]]>其中，pT表示风火电打捆系统的基准输送功率，Pw,max表示风电的最大出力，Pw(t)为风电t时刻出力，T表示年小时数；步骤3：构建基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型假设风电场已知，则基于直流输送的风火电打捆发输电系统优化规划涉及的规划内容包括：火电机组配置、直流输电系统和系统输送功率的选择，该模型的决策变量包括：火电机组的安装容量(数量)、直流输电系统的电压等级、换流站额定容量以及整个打捆系统的输送功率；3.1模型的目标函数基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型的目标函数如下：min UGC＝(Cfuel+Ccapi+Cmaint)/Erec              (3)其中，UGC表示打捆发输电系统的单位发电成本；Cfuel为打捆系统的运行成本，由式(4)～(7)计算；Ccapi为打捆系统的投资成本，由式(8)计算；Cmaint为打捆系统的维护成本，由式(9)计算；Erec为受端系统在打捆系统规划期内接受的总电量，由式(10)～(12)计算；①燃料成本计算风火电打捆发输电系统的燃料成本为火电机组在规划期内各年煤炭消耗成本之和：Cfuel=Σj=1M(1+rcoal)j-1×Kcoal×f×(Ej-∫0TPjw(t)dt)(1+rd)j-1---(4)]]>Ej＝(1+δ％)pTT1,j+pT(T2,j‑T1,j)+(1‑δ％)pT(T‑T2,j)             (5)Pjw(t)=Σk=1NwPj,kWTG(t)---(6)]]>Pj,kWTG(t)=Pw,r[A+B×Vj(t)+C×Vj(t)2]Vci≤Vj(t)<VrPw,rVr≤Vj(t)<Vco0otherwise---(7)]]>其中，M为打捆系统规划周期；rcoal为煤炭价格增长率；Kcoal为规划水平年煤炭价格；f为火电机组单位煤耗；Ej为风火电打捆发输电系统在第j年的总发电量，由式(5)计算；T为年小时数，为风电在第j年t时刻的出力，由式(6)计算；rd为贴现率；δ为打捆系统输送功率允许波动的上、下限；pT表示打捆输电系统的基准输送功率；T1,j为第j年输送功率向上波动持续时间，T2,j为第j年输送功率向下波动持续时间；Nw为风电场中风电总装机数；为第k台风机在第j年t时刻的出力，由式(7)计算，Pw,r为风机的额定功率；A，B，C为风机系数，Vci，Vr和Vco为风机的切入风速，额定风速和切出风速；Vj(t)为第j年t时刻风速；②投资成本计算风火电打捆发输电系统的投资成本为火电机组、换流站、直流输电线路及风电场投资成本之和：Ccapi＝Cther,capi+Cstat,capi+Cln,capi+Cw,capi                    (8)其中，Cther,capi为打捆系统中的火电机组投资成本；Cstat,capi为打捆系统中的换流站投资成本；Cln,capi为打捆系统中直流输电系统投资成本；Cw,capi为打捆系统中的风电场投资成本；③维护成本计算风火电打捆发输电系统的年维护成本取为投资成本的百分比，并计入考虑设备老化及人工成本增加的年维护成本增长率和资金时间价值额贴现率：Cmaint=Σj=1Mτ×Ccapi×(1+rmaint)j-1(1+rd)j-1---(9)]]>其中，τ为维护成本占投资成本百分比，rmaint为维护成本增长率；④受端总电量计算风火电打捆发输电系统受端所接受的总电量为打捆发电系统送端总电量减去直流输电系统的损耗电量：Erec＝Egen×(1‑2σstat‑2L×σln)                       (10)Egen=Σ...

【技术特征摘要】
1.一种基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划方法，其特征在于：步骤1：表征风火电出力由于风电机组出力依赖于风速，因此其出力在时序上具有很强的波动性，考虑其宏观出力变化规律，采用持续出力曲线来表征风电出力特性；步骤2：确定波动功率上、下限时间对于风火电打捆发输电系统，考虑到机组运行约束，允许其输送功率在某一范围内波动，采用含上下限约束的功率输送模式，即在风电出力较大时，允许打捆系统的输送功率向上波动+δ％，当风电出力较小时，允许打捆系统的输送功率向下波动–δ％；其对应的向上、下波动持续时间T1和T2则根据风电出力较大时段向下波动–δ％和较小时段向上波动+δ％确定，并由式(1)和(2)计算：T1=t|Pw(t)=Pw,max-δ%×pT---(1)]]>T2=t|Pw(t)=δ%×pT---(2)]]>其中，pT表示风火电打捆系统的基准输送功率，Pw,max表示风电的最大出力，Pw(t)为风电t时刻出力，T表示年小时数；步骤3：构建基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型假设风电场已知，则基于直流输送的风火电打捆发输电系统优化规划涉及的规划内容包括：火电机组配置、直流输电系统和系统输送功率的选择，该模型的决策变量包括：火电机组的安装容量(数量)、直流输电系统的电压等级、换流站额定容量以及整个打捆系统的输送功率；3.1模型的目标函数基于直流传输的风火电打捆发输电系统优化规划模型的目标函数如下：minUGC＝(Cfuel+Ccapi+Cmaint)/Erec(3)其中，UGC表示打捆发输电系统的单位发电成本；Cfuel为打捆系统的运行成本，由式(4)～(7)计算；Ccapi为打捆系统的投资成本，由式(8)计算；Cmaint为打捆系统的维护成本，由式(9)计算；Erec为受端系统在打捆系统规划期内接受的总电量，由式(10)～(12)计算；①燃料成本计算风火电打捆发输电系统的燃料成本为火电机组在规划期内各年煤炭消耗成本之和：Cfuel=Σj=1M(1+rcoal)j-1×Kcoal×f×(Ej-∫0TPjw(t)dt)(1+rd)j-1---(4)]]>Ej＝(1+δ％)pTT1,j+pT(T2,j-T1,j)+(1-δ％)pT(T-T2,j)(5)Pjw(t)=Σk=1NwPj,kWTG(t)---(6)]]>Pj,kWTG(t)=Pw,r[A+B×Vj(t)+C×Vj(t)2]Vci≤Vj(t)<VrPw,rVr≤Vj(t)<Vco0otherwise---(7)]]>其中，M为打捆系统规划周期；rcoal为煤炭价格增长率；Kcoal为规划水平年煤炭价格；f为火电机组单位煤耗；Ej为风火电打捆发输电系统在第j年的总发电量，由式(5)计算；T为年小时数，为风电在第j年t时刻的出力，由式(6)计算；rd为贴现率；δ为打捆系统输送功率允许波动的上、下限；pT表示打捆输电系统的基准输送功率；T1,j为第j年输送功率向上波动持续时间，T2,j为第j年输送功率向下波动持续时间；Nw为风电场中风电总装机数；为第k台风机在第j年t时刻的出力，由式(7)计算，Pw,r为风机的额定功率；A，B，C为风机系数，Vci，Vr和Vco为风机的切入风速，额定风速和切出风速；Vj(t)为第j年t时刻风速；②投资成本计算风火电打捆发输电系统的投资成本为火电机组、换流站、直流输电线路及风电场投资成本之和：Ccapi＝Cther,capi+Cstat,capi+Cln,capi+Cw,capi(8)其中，Cther,capi为打捆系统中的火电机组投资成本；Cstat,capi为打捆系统中的换流站投资成本；Cln,capi为打捆系统中直流输电系统投资成本；Cw,capi为打捆系统中的风电场投资成本；③维护成本计算风火电打捆发输电系统的年维护成本取为投资成本的百分比，并计入考虑设备老化及人工成本增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：董吉哲，高辉，郭玉福，王朝辉，刘欣，高峰，郝意闻，吴龙飞，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网吉林省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11