一种用于输电网中长期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用于输电网中长期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：确定特定经济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：确定特定可靠性约束条件；步骤6：寻求最优规划方案进行仿真计算。本发明专利技术整合了确定性规划准则和概率性规划准则的相关约束和参数，同时整体考虑规划方案的经济性和可靠性，将输电网拓展规划问题转为混合整数线性规划问题，通过直流潮流模型和商业优化软件CPLEX，寻找输电网最优规划方案，该模型具有有效性、灵活性和经济性的特点。

A mixed programming method for mid long term development planning of power transmission network

The invention relates to a method for mixed programming method, the transmission network in long-term expansion planning including: 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: identify specific economic constraints to strengthen the transmission network to meet the N-1 constraint and N-2 constraint; step 5: determine the specific reliability constraints; step 6: seeking the optimal planning scheme by simulation calculation. The invention is related to the integration of deterministic and probabilistic constraint planning planning criteria and parameters at the same time, the overall consideration of the economy and reliability of the planning scheme, the transmission network expansion planning problem into a mixed integer linear programming problem, the DC power flow model and optimization software CPLEX, to find the optimal transmission planning scheme, this model has a feature the effectiveness, flexibility and economy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于输电网中长期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，具体涉及一种用于输电网中长期拓展规划的混合性规划方法。
技术介绍
随着电力工业改革的进一步深入，电力行业的结构也发生着重大变化。电网企业为了生存与发展，必然要在保证电网可靠性的同时，考虑电网建设、运行和运营的经济性，以便向用户提供价格合理、可靠性优良的电力供应。其中，电网规划，尤其是输电网拓展规划也面临着新的困难和挑战，诸如：负荷预测、风险控制与评估、稳定与潮流控制、过压与短路分析、应变能力评估、可靠性评价、网络损耗评估、经济分析、新能源并网，以及新技术应用等。目前，国内外电网规划准则主要分为确定性规划准则和概率性规划准则两大类。确定性规划准则的优点在于思路清晰、易于使用、对计算工具要求较低；缺点主要有：1.只分析事故影响而不考虑其发生概率，易造成过度投资等问题；2.无法很好的处理电网中的不确定因素。而概率性规划准则能够较好地处理此类问题，但是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。因此，现实的电网规划，尤其是输电网规划需要一个新型的规划模型来解决其面临的新问题和新挑战，使电网规划真正实现可靠性和经济性的平衡。
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用于输电网中长期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用于输电网中长期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；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：确定特定经济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：确定特定可靠性约束条件；步骤6：寻求最优规划方案进行仿真计算。进一步地，所述步骤1中，混合性规划模型的目标函数如下：式中：σ为资本回收系数；cij为在通道i-j中建设一回线路的总费用；nij为在通道i-j中新建的线路回数；r为折现率；P为特定故障发生的概率；Vk为在负荷点k上用户损失的单位电量对应的用户可靠性费用；Ek为负荷点k上的期望缺供电量EENS，单位为MWh/year；其中，目标函数的货币量考虑时间的因素，所有的投资费用通过资本回收系数将其归算到设备使用寿命的每一年，并假设都发生在年初；电量损失和投资收益等数值统一在每年的年末计算；i、j分别为电网中的任意两个节点；Minimize表示目标函数取最小值；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，因此资本寿命周期为t年，寿命周期t年的折现率为r，表达式为：负荷点k上的期望缺供电量EENS为Ek，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，k∈τ，τ为网络中负荷节点的集合，x为自变量。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：S0f0+Sf+g+l＝d(4)直流潮流约束：线路潮流约束，包括：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≤l≤d(9)新建线路回数的约束：其他：式中：S0为原网络分支节点的关联矩阵；为通道i-j中原有线路通过的潮流；f0为的向量和；S为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；f为新建线路中流过的潮流；g为节点上的发电机组的出力；l为负荷节点的电力损失；d为负荷节点的负荷值；γij为通道i-j中一回线路的导纳；为通道i-j中原有的线路回数；θi为节点i的电压角度；θj为节点j的电压角度；为原有网络线路的集合；为通道i-j中原有的线路数量；为通道i-j中一回线路的最大容量；为新建线路的集合；为发电机组的最大功率；nij为在通道i-j中新建的线路回数，为非负整数；为通道i-j中线路能够建设的最大回数；fij为新建线路中流过的潮流，其值为实数；i、j分别为电网中的任意两个节点；k为负荷节点；τ为网络中负荷节点的集合。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网络原有线路通过的潮流，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为负荷节点的负荷值；为在通道m-n中一条线路发生故障下，该通道中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；为通道i-j中原有线路通过的潮流；fij为新建线路中流过的潮流，其值为实数；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表示新建线路数量，为非负整数；ψ为故障集合；m、n分别表示线路发生故障下的任意两个节点；i、j分别为电网中的任意两个节点；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ij＝pq＝st且(32)ij＝pq＝st且(33)0≤lpq≤d,0≤lst≤d,0≤lpqst≤d(38)(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ(39)Eq.(4)-(11)(40)其中，S0pq为通道p-q中一条线路发生故障下原网络分支节点的关联矩阵；f0pq为通道p-q中一条线路发生故障下原有线路通过的潮流；f0pq为通道p-q中一条线路发生故障下的向量和；Spq为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fpq为通道p-q中新建线路通过的潮流；gpq为通道p-q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p-q中一条线路发生故障下，该通道中剩余线路通过的潮流；和为在通道p-q中一条线路发生故障下节点i和节点j的电压角度；S0st为通道s-t中一条线路发生故障下原网络分支节点的关联矩阵；fost为通道s-t中一条线路发生故障下网络原有线路通过的潮流；f0st为通道s-t中一条线路发生故障下的向量和；Sst为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；fst为通道s-t中新建线路通过的潮流；gst为通道s-t中一条线路发生故障下，发电机的出力；d为每个负荷节点的负荷；fij0st为在通道s-t中一条线路发生故障下，该通道剩余线路通过的潮流；和为在通道s-t中一条线路发生故障下节点i和节点j的电压角度；S0pqst为通道i-j中两条线路发生故障下，原网络分支节点的关联矩阵；f0pqst为通道i-j中两条线路同时发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于输电网中长期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：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：确定特定经济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：确定特定可靠性约束条件；步骤6：寻求最优规划方案进行仿真计算。

【技术特征摘要】
1.一种用于输电网中长期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：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：确定特定经济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：确定特定可靠性约束条件；步骤6：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，混合性规划模型的目标函数如下式(1)所示：Minimize式中：σ为资本回收系数；cij为在通道i-j中建设一回线路的总费用；nij为在通道i-j中新建的线路回数；r为折现率；P为特定故障发生的概率；Vk为在负荷点k上用户损失的单位电量对应的用户可靠性费用；Ek为负荷点k上的期望缺供电量EENS，单位为MWh/year；其中，目标函数的货币量考虑时间的因素，所有的投资费用通过资本回收系数将其归算到设备使用寿命的每一年，并假设都发生在年初；电量损失和投资收益等数值统一在每年的年末计算；i、j分别为电网中的任意两个节点；Minimize表示目标函数取最小值；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，因此资本寿命周期为t年，寿命周期t年的折现率为r，表达式为：负荷点k上的期望缺供电量EENS为Ek，按下式(3)计算负荷持续曲线：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，k∈τ，τ为网络中负荷节点的集合，x为自变量。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：功率约束如下式(4)所示：S0f0+Sf+g+l＝d(4)直流潮流约束如下式(5)所示：线路潮流约束，包括：下式(6)所示的原有线路的潮流约束：下式(7)所示的新建线路的潮流约束：下式(8)所示的发电机机组出力约束：下式(9)所示的节点上负荷损失值的约束：0≤l≤d(9)下式(10)所示的新建线路回数的约束：下式(11)所示的其他：式中：S0为原网络分支节点的关联矩阵；为通道i-j中原有线路通过的潮流；f0为的向量和；S为新建线路的网络分支节点的关联矩阵；f为新建线路中流过的潮流；g为节点上的发电机组的出力；l为负荷节点的电力损失；d为负荷节点的负荷值；γij为通道i-j中一回线路的导纳；为通道i-j中原有的线路回数；θi为节点i的电压角度；θj为节点j的电压角度；为原有网络线路的集合；为通道i-j中原有的线路数量；为通道i-j中一回线路的最大容量；为新建线路的集合；为发电机组的最大功率；nij为在通道i-j中新建的线路回数，为非负整数；为通道i-j中线路能够建设的最大回数；fij为新建线路中流过的潮流，其值为实数；i、j分别为电网中的任意两个节点；k为负荷节点；τ为网络中负荷节点的集合。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强制约束条件如式(12)～(21)所示：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网络原有线路通过的潮流，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为负荷节点的负荷值；为在通道m-n中一条线路发生故障下，该通道中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；为通道i-j中原有线路通过的潮流；fij为新建线路中流过的潮流，其值为实数；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表示新建线路数量，为非负整数；ψ为故障集合；m、n分别表示线路发生故障下的任意两个节点；i、j分别为电网中的任意两个节点；N-2柔性约束条件的如下式(22)～(40)所示：S0pqf0pq+Spqfpq+gpq+lpq＝d,ij＝pq≠st(22)S0stf0st+Sstfst+gst+lst＝d,ij＝st≠pq(26)

【专利技术属性】
技术研发人员：王一哲，汤涌，顾卓远，韩奕，杨德洲，范雪峰，夏懿，宋汶勤，张中丹，杨昌海，陈兆雁，
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