一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法技术

本发明专利技术涉及一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法，包括：步骤1：设定混合性规划模型的目标函数；步骤2：设定电网运行基本约束条件；步骤3：利用N-1强制约束条件和N-2柔性约束条件检测电网；步骤4：判断是否需要特定可靠性约束条件加强输电网以满足N-1强制约束和N-2柔性约束条件；步骤5：寻求最优规划方案进行仿真计算。本发明专利技术提供的技术方案可以为输电网中长期拓展规划提供评估新的评价指标、新的目标函数、更加合理全面的可靠性和经济性约束条件，该方法具有简单、实用、全面、操作性强的特点。

A mixed programming method for mid long term transmission network expansion planning in power market environment

The invention relates to a power market environment in the long-term development of hybrid transmission network planning method, planning includes the following steps: Step 1: objective function set mixed programming model; step 2: set the grid operation constraint conditions; step 3: using the N-1 constraint conditions and N-2 flexible constraints of grid detection; step 4: to determine whether the specific reliability constraint to strengthen the transmission network to meet the N-1 constraint and N-2 flexible constraints; step 5: seeking the optimal planning scheme by simulation calculation. The technical scheme provided by the invention can provide the transmission network expansion planning long-term evaluation of new evaluation index, the objective function, a new and more reasonable and comprehensive reliability and economic constraints, the method is simple, practical, comprehensive, operational characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法
本专利技术涉及一种电力系统规划方法，具体涉及一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法。
技术介绍
随着我国电力改革的进一步深入和电力市场的快速发展，发电企业和电网公司都面临着新的挑战和机遇。电力市场的兴起也为输电网拓展规划带来了新特点。建立电力市场的主要目的：通过在电力工业中引入新的参与者、竞争者来打破电力系统的垄断，实现优化电力工业资源组合配置，提高电力系统的运行效率的目的。输电网的拓展规划不仅需要计及电网本身的不确定性因素，还需要在决策过程中充分考虑发电厂商、输电网公司、用户的利益需求，以及市场监管集团的管理职能等。因此，输电网拓展规划成为涉及金融、投资、电力工程技术等多个领域的交叉课题，变得更加复杂。与此同时，国内外电网规划准则和方法在应对新一轮变化中已显不足。在电力工业集中管制的环境下，确定性规划准则是应用最为广泛的一种规划标准，主要的形式为将N-1、N-2作为可靠性约束条件。其优点主要有思路清晰，易于使用，对计算工具要求低；缺点有：1.只分析了故障的影响不考虑故障发生的概率，可能造成过度投资；2.不能很好地处理电网规划中的不确定因素。随着电力工业结构的重组、电力市场的不断发展与完善，概率性规划准则由于其在处理不确定因素的良好表现，也得到了迅速的发展和应用但是，概率性规划准则由于其采用了大量的统计数据，而统计数据本身的随机性会影响计算的准确性。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：设定混合性规划模型的目标函数；(混合性规划模型是确定性规划模型和概率性规划模型的混合)；步骤2：设定电网运行基本约束条件；步骤3：利用N-1强制约束条件和N-2柔性约束条件检测电网；步骤4：判断是否需要特定可靠性约束条件加强输电网以满足N-1强制约束和N-2柔性约束；步骤5：寻求最优规划方案进行仿真计算。进一步地，所述步骤1中，设定混合性规划模型的目标函数满足以下原则：1)采用资本回收系数将整个设备(整个设备是指需要建设的设备的总称)的投资费用由一个时间点归算到设备寿命的每一年；2)混合性规划模型的目标函数计算步长为一年，若有投资费用，则投资费用发生在年初，社会总效益和电能损失值在年终计算；3)采用净现值计算规划周期内的社会总效益和投资费用；一个规划周期中社会总效益和投资费用均以规划周期开始时间为计算净现值的时间点；社会效益盈余等于社会总效益减去投资费用；4)混合性规划模型通过不同的场景来模拟电力系统不同的负荷水平，同时赋予不同场景相应的比重系数用于衡量对应负荷在一年中的持续时间和负荷情况；混合性规划模型设置多个场景来模拟电力系统中各个典型的负荷水平及其持续时间，具体设置情况视具体的电网情况而定；混合性规划模型的目标函数如下：式中：P为特定故障发生概率；r为折现率；ωa为场景a的比重系数；Ωa为所有场景的集合；ΩD为所有负荷点的集合；Ωd为每个负荷所有区域的集合；a表示场景；Q表示发电机；d为每个负荷节点的负荷；h和b分别表示在场景a下负荷d的区域以及在场景a下发电机Q的区域；为在场景a下负荷d在其h区域中的购电价格；为在场景a下负荷d在其h区域中的负荷值；ΩG为所有发电机组的集合；ΩQ为发电机组所有区域的集合；为在场景a下发电机Q在其b区域中的供电价格；为在场景a下发电机Q在其b区域中的出力；为在场景a下负荷d在其h区域中损失单位电量对应的用户可靠性费用；为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力；σ为资本回收系数；Cij为在通道i-j中建设一条线路的总费用；nij为在通道i-j中新建的线路数量；为计算资本回收系数σ，设新建线路最少运行的寿命为t年，因此资本回收周期为t年，寿命周期t年的折现率为r,表达式如下式(2)：为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力在一年中损失的电量时，采用期望缺供电量EENS进行计算，单位为MWh/year，其数值通过负荷持续曲线计算得到，如下式(3)：式中：LPk-l为到达负荷节点k的最大潮流，单位为MW；LPk为节点k最大的用电负荷，单位为MW；φk为负荷节点k上有效负荷持续曲线。进一步地，所述步骤2中，电网运行基本约束条件包括：功率约束：直流潮流计算：线路潮流约束：原有线路的潮流约束新建线路的潮流约束发电机机组出力约束：节点上负荷损失值的约束：0≤La≤d(9)新建线路回数的约束：其他：式中：Ωa为所有场景的集合；S0为原网络分支节点的关联矩阵；为在场景a下通道i-j中线路通过的潮流；f0a为在场景a下的向量和；S为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fa为在场景a下通道i-j中新建线路通过的潮流，为场景a下的向量和；在场景a下通道i-j中新建每一条线路通过的潮流；ga为在场景a下节点上发电机的出力，即的和，为在场景a下发电机i在其b区域中的出力；La为在场景a节点上的电力损失，即的和，为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力；da为在场景a下节点的负荷值，即的向量和，为在场景a下负荷d在其h区域中的负荷值；γij为通道i-j中一条线路的导纳；为通道i-j中原有的线路数量；为在场景a下节点i的电压角度；为原有网络线路的集合；为通道i-j中一条线路的最大容量；为发电机组的最大功率；d为每个负荷节点的负荷；为通道i-j中线路的线路能够建设的最大条数；nij为非负整数；f0a和为实数。进一步地，所述步骤3中，N-1强制约束条件表述为：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn为通道m-n中一条线路发生故障下原网络分支节点的关联矩阵；f0mn为通道m-n中一条线路发生故障下原有线路通过的潮流；f0mn为通道m-n中一条线路发生故障下的向量和；Smn为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fmn为通道m-n中新建线路通过的潮流；gmn为通道m-n中一条线路发生故障下节点上发电机的出力；d为每个负荷节点的负荷；为在通道m-n中一条线路发生故障下剩余线路通过的潮流；γij为通道i-j中一条线路的导纳；为通道i-j中原有的线路数量；和为在通道m-n中一条线路发生故障下节点i和节点j的电压角度；为通道i-j中一条线路的最大容量；在通道m-n中一条线路发生故障下通道i-j中新建每一条线路通过的潮流；为发电机组的最大功率；为通道i-j中线路的线路能够建设的最大条数；nij为非负整数；ψ为故障集合；N-2柔性约束条件的表述为：S0pqf0pq+Spqfpq+gpq+lpq＝d,ij＝pq≠st(22)S0stf0st+Sstfst+gst+lst＝d,ij＝st≠pq(26)S0pqstf0pqst+Spqstfpqst+gpqst+lpqst＝d,(30)ij＝pq＝st且(31)ij＝pq＝st且且且0≤lpq≤d,0≤lst≤d,0≤lpqst≤d(38)(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ(39)Eq.(4)-(11)(40)其中，S0p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：设定混合性规划模型的目标函数；步骤2：设定电网运行基本约束条件；步骤3：利用N‑1强制约束条件和N‑2柔性约束条件检测电网；步骤4：判断是否需要特定可靠性约束条件加强输电网以满足N‑1强制约束和N‑2柔性约束；步骤5：寻求最优规划方案进行仿真计算。

【技术特征摘要】
1.一种电力市场环境下中长期输电网拓展规划的混合性规划方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：设定混合性规划模型的目标函数；步骤2：设定电网运行基本约束条件；步骤3：利用N-1强制约束条件和N-2柔性约束条件检测电网；步骤4：判断是否需要特定可靠性约束条件加强输电网以满足N-1强制约束和N-2柔性约束；步骤5：寻求最优规划方案进行仿真计算。2.如权利要求1所述的混合性规划方法，其特征在于，所述步骤1中，设定混合性规划模型的目标函数满足以下原则：1)采用资本回收系数将新建线路的投资费用由一个时间点归算到线路寿命的每一年；2)混合性规划模型的目标函数计算步长为一年，若有投资费用，则投资费用发生在年初，社会总效益和电能损失值在年终计算；3)采用净现值计算规划周期内的社会总效益和投资费用；一个规划周期中社会总效益和投资费用均以规划周期开始时间为计算净现值的时间点；社会效益盈余等于社会总效益减去投资费用；4)混合性规划模型通过不同的场景来模拟电力系统不同的负荷水平，同时赋予不同场景相应的比重系数用于衡量对应负荷在一年中的持续时间和负荷情况；混合性规划模型的目标函数如下：式中：P为特定故障发生概率；r为折现率；a表示场景，ωa为场景a的比重系数；Ωa为所有场景的集合；ΩD为所有负荷点的集合；Ωd为每个负荷所有区域的集合；Q表示发电机；d为每个负荷节点的负荷；h和b分别表示在场景a下负荷d的区域以及在场景a下发电机Q的区域；为在场景a下负荷d在其h区域中的购电价格；为在场景a下负荷d在其h区域中的负荷值；ΩG为所有发电机组的集合；ΩQ为发电机组所有区域的集合；为在场景a下发电机Q在其b区域中的供电价格；为在场景a下发电机Q在其b区域中的出力；为在场景a下负荷d在其h区域中损失单位电量对应的用户可靠性费用；为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力；σ为资本回收系数；Cij为在通道i-j中建设一条线路的总费用；nij为在通道i-j中新建的线路数量；为计算资本回收系数σ，设新建线路最少运行的寿命为t年，因此资本回收周期为t年，寿命周期t年的折现率为r，表达式为：为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力在一年中损失的电量时，采用期望缺供电量EENS进行计算，单位为MWh/year，其数值通过负荷持续曲线计算得到：式中：LPk-l为到达负荷节点k的最大潮流，单位为MW；LPk为节点k最大的用电负荷，单位为MW；φk为负荷节点k上有效负荷持续曲线。3.如权利要求1所述的混合性规划方法，其特征在于，所述步骤2中，电网运行基本约束条件包括：功率约束：直流潮流计算：线路潮流约束：原有线路的潮流约束新建线路的潮流约束发电机机组出力约束：节点上负荷损失值的约束：0≤La≤d(9)新建线路回数的约束：其他：式中：Ωa为所有场景的集合；S0为原网络分支节点的关联矩阵；为在场景a下通道i-j中线路通过的潮流；f0a为在场景a下的向量和；S为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fa为在场景a下通道i-j中新建线路通过的潮流，为场景a下的向量和；在场景a下通道i-j中新建每一条线路通过的潮流；ga为在场景a下节点上发电机的出力，即的和，为在场景a下发电机i在其b区域中的出力；La为在场景a节点上的电力损失，即的和，为在场景a下负荷d在其h区域中的损失电力；da为在场景a下节点的负荷值，即的向量和，为在场景a下负荷d在其h区域中的负荷值；γij为通道i-j中一条线路的导纳；为通道i-j中原有的线路数量；a为在场景a下节点i的电压角度；为原有网络线路的集合；为通道i-j中一条线路的最大容量；为发电机组的最大功率；d为每个负荷节点的负荷；为通道i-j中线路的线路能够建设的最大条数；nij为非负整数；f0a和为实数。4.如权利要求1所述的混合性规划方法，其特征在于，所述步骤3中，N-1强制约束条件表述为：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn为通道m-n中一条线路发生故障下原网络分支节点的关联矩阵；f0mn为通道m-n中一条线路发生故障下原有线路通过的潮流；f0mn为通道m-n中一条线路发生故障下的向量和；Smn为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fmn为通道m-n中新建线路通过的潮流；gmn为通道m-n中一条线路发生故障下节点上发电机的出力；d为每个负荷节点的负荷；fij0mn为在通道m-n中一条线路发生故障下剩余线路通过的潮流；γij为通道i-j中一条线路的导纳；为通道i-j中原有的线路数量；和为在通道m-n中一条线路发生故障下节点i和节点j的电压角度；为通道i-j中一条线路的最大容量；在通道m-n中一条线路发生故障下通道i-j中新建每一条线路通过的潮流；为发电机组的最大功率；为通道i-j中线路的线路能够建设的最大条数；nij为非负整数；ψ为故障集合；N-2柔性约束条件的表述为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一哲，汤涌，董朝阳，顾卓远，韩奕，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网甘肃省电力公司，国网甘肃省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11