基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法。通过综合考虑投资与运行经济性、常规运行情况下的系统可靠性和发生自然灾害情况下的系统风险等因素，发展了输电系统规划的混合整数非线性规划模型。构建了计及风电与负荷波动以及发生自然灾害情形下的两类场景集——“常规场景集”和“灾害场景集”，分别用于对候选规划方案进行安全校验和风险评估。之后，在分层优化架构下采用粒子群优化算法求解所构造的优化模型。

Multi scenario planning method for transmission system based on natural disaster risk

The present invention provides a multi scenario planning method for transmission systems based on natural disaster risk. By considering the system reliability and economy, investment and operation of conventional operation conditions and the occurrence of natural disasters under the condition of system risk and other factors, the development of mixed integer nonlinear programming model of transmission system planning. Two kinds of scene construction considering wind power and load fluctuation and natural disaster situations in \conventional scenarios\ and \disaster scene set\, were used for checking the security and risk assessment of the candidate plan. Then, the particle swarm optimization algorithm is used to solve the optimization model under the hierarchical optimization framework.

【技术实现步骤摘要】
基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法
本专利技术属于电力系统控制
，特别是涉及一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法。
技术介绍
对于覆盖地理范围很大的跨区域输电系统，有些输电线路所跨越区域的地理环境复杂，遭受自然灾害的可能性较大。另一方面，随着电力网络互联的发展和结构复杂化，故障影响范围趋于增大，发生极端灾害事件时更容易诱发大面积停电事故。考虑到极端自然灾害发生的概率虽然很低，但可能给电力系统带来的危害极大，因此构建更有“弹性(resilience)”的电力系统是近年来国内外电力系统领域普遍关注的重要课题，这反映了当今电力系统所面临的新要求和发展趋势。因此，在输电系统规划时就应计及自然灾害因素的影响，有选择性地提升关键支路的建设，从而在考虑投资约束下最大限度降低自然灾害所可能导致的大面积停电风险非常必要。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于提供一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，能够降低自然灾害可能导致的大面积停电风险。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，针对电力系统在常规运行情况下的系统可靠性和发生自然灾害情况下的系统风险，考虑下述多种不确定性因素：1)间歇性能源发电如风电的发电出力波动、负荷的随机波动、元件随机停运等因素；2)严重自然灾害可能导致的多个元件停运；S2，将输电系统规划需要考虑的不确定性场景分为两类：1)计及风电出力和负荷波动的常规运行不确定场景集，简称为“常规场景集”；2)考虑自然灾害因素影响的预想事故场景集，简称为“灾害场景集”；S3，在常规场景集中考虑风电出力波动和负荷波动，以及N-1预想事故，采用蒙特卡洛仿真对风电出力和节点负荷概率分布进行抽样可得到常规不确定性场景，之后采用同步回代消除法对场景进行削减；S4，在灾害场景集中考虑部分影响较大的多重预想事故，采用“按场景概率排序和抽样”的思路选取典型故障场景集，对故障场景进行筛选和削减，以在大幅减少场景数的同时仍能充分衡量候选输电规划方案在故障场景集合下的风险；S5，综合衡量规划方案的经济性、可靠性、对不确定条件下的适应性和失负荷风险，构建输电系统规划模型；S6，对输电系统规划模型这一混合整数非线性规划问题采用了两层优化方法进行简化求解；第一层以线路初始建设成本和常规场景集下系统切负荷与弃风电量的惩罚期望值为目标函数，考虑N-1准则和常规场景集，采用粒子群算法得到多个满足N-1预想事故校验和常规场景集要求的基本候选规划方案；第二层以线路加强成本和故障场景下系统切负荷损失风险最小为目标函数，对基本候选规划方案在预想事故场景下进行校验，得到对应每一个基本候选规划方案的最优加强方案及相应系统失负荷风险值；最后综合衡量各方案的总投资成本及两类场景集下的弃风惩罚值和失负荷损失，得到兼顾经济性、可靠性和系统灾害风险的综合较优方案。进一步，采用同步回代消除法对场景进行削减，基本步骤如下：1)确定常规场景集S，对于任意场景si和sj计算它们之间的概率距离d(si,sj)＝pipj||si-sj||2，pi和pj分别为场景si和sj的概率，在求得所有场景组合的概率距离后，剔除与其它场景概率距离之和最小的场景；2)置场景总数ns＝ns-1，并将被剔除场景的概率值并入到与其概率距离最近的场景概率中，从而保证剩余场景的概率之和为1；3)按步骤1)和2)逐个剔除场景直至剩余场景数达到所要求数量为止。进一步，采用“按场景概率排序和抽样”的思路选取典型故障场景集，对故障场景进行筛选和削减，具体步骤如下：1)按照输电系统规模和各线路综合故障率，选取最大预想事故重数M，M为需要考虑的预想事故重数m的最大值；2)对单个预想事故和双重预想事故，即N-m中的m≤2，对全部场景进行分析；对于包括m个停运线路的预想事故场景k，其出现概率可用计算；3)对于m重，m≥3，多重预想事故，先按场景出现概率从大到小排序，而后依次累加直到前m1个预想事故场景概率之和达到给定概率水平称此概率为排序累计概率；之后，从剩余的m重预想事故场景中随机抽样得到m2个场景，直至这m2个场景的概率之和达到给定概率水平称此概率为抽样累计概率；和的选取基于m重预想事故场景的概率总和∑pk；最后，由排序得到的m1个场景和抽样得到的m2个场景组成灾害场景集。进一步，步骤S5的输电系统规划模型的目标函数表示为：等号右边包括三项，各项的含义如下：第一项表示规划方案的投资建设总成本的年值，包括线路初始建设成本年值和加强成本年值；为资金回收系数，ε为贴现率，T为给定的线路运行年限；l、xl、cl分别为规划方案f中的线路、线路l的建设条数和单位长度成本，类似地l’、xl’、cl’为线路加强方案f’中的对应量，且为各线路走廊可新建线路数，Ll为线路l的长度；第二项表示在规划水平年常规场景集下系统切负荷与弃风电量的惩罚期望值年值，ΩU为常规场景集，pj为场景j的出现概率，wj和dj分别为场景j下系统弃风电量和切负荷电量年值，αj和βj为对应的单位电量惩罚成本系数；第三项表示灾害场景集下系统切负荷损失风险，ΩR为灾害场景集，pk为场景k的出现概率，dk为场景k下系统失负荷量，τ为单位失负荷量的经济损失，tR为系统受灾害影响失负荷持续时间。本专利技术涉及一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法。通过综合考虑投资与运行经济性、常规运行情况下的系统可靠性和发生自然灾害情况下的系统风险等因素，发展了输电系统规划的混合整数非线性规划模型。构建了计及风电与负荷波动以及发生自然灾害情形下的两类场景集——“常规场景集”和“灾害场景集”，分别用于对候选规划方案进行安全校验和风险评估。之后，在分层优化架构下采用粒子群优化算法求解所构造的优化模型。附图说明图1是是本专利技术的基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法的流程示意图。图2是本专利技术一实施例的采用18节点系统拓扑结构图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。请参照图1，在一个实施例中，本专利技术提出的基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，包括步骤如下：考虑了下述多种不确定性因素：1)间歇性能源发电如风电的发电出力波动、负荷的随机波动、元件随机停运等因素；2)严重自然灾害可能导致的多个元件停运。并且相应地将输电系统规划需要考虑的不确定性场景分为两类：1)计及风电出力和负荷波动的常规运行不确定场景集，简称为“常规场景集”；2)考虑自然灾害因素影响的预想事故场景集，简称为“灾害场景集”。在常规场景集中考虑风电出力波动和负荷波动，以及N-1预想事故，采用蒙特卡洛仿真(MonteCarlosimulation)对风电出力和节点负荷概率分布进行抽样可得到常规不确定性场景，之后采用同步回代消除法对场景进行削减。在灾害场景集中考虑部分影响较大的多重预想事故，采用“按场景概率排序和抽样”的思路选取典型故障场景集，以在大幅减少场景数的同时仍能充分衡量候选输电规划方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，针对电力系统在常规运行情况下的系统可靠性和发生自然灾害情况下的系统风险，考虑下述多种不确定性因素：1)间歇性能源发电如风电的发电出力波动、负荷的随机波动、元件随机停运等因素；2)严重自然灾害可能导致的多个元件停运；S2，将输电系统规划需要考虑的不确定性场景分为两类：1)计及风电出力和负荷波动的常规运行不确定场景集，简称为“常规场景集”；2)考虑自然灾害因素影响的预想事故场景集，简称为“灾害场景集”；S3，在常规场景集中考虑风电出力波动和负荷波动，以及N‑1预想事故，采用蒙特卡洛仿真对风电出力和节点负荷概率分布进行抽样可得到常规不确定性场景，之后采用同步回代消除法对场景进行削减；S4，在灾害场景集中考虑部分影响较大的多重预想事故，采用“按场景概率排序和抽样”的思路选取典型故障场景集，对故障场景进行筛选和削减，以在大幅减少场景数的同时仍能充分衡量候选输电规划方案在故障场景集合下的风险；S5，综合衡量规划方案的经济性、可靠性、对不确定条件下的适应性和失负荷风险，构建输电系统规划模型；S6，对输电系统规划模型这一混合整数非线性规划问题采用了两层优化方法进行简化求解；第一层以线路初始建设成本和常规场景集下系统切负荷与弃风电量的惩罚期望值为目标函数，考虑N‑1准则和常规场景集，采用粒子群算法得到多个满足N‑1预想事故校验和常规场景集要求的基本候选规划方案；第二层以线路加强成本和故障场景下系统切负荷损失风险最小为目标函数，对基本候选规划方案在预想事故场景下进行校验，得到对应每一个基本候选规划方案的最优加强方案及相应系统失负荷风险值；最后综合衡量各方案的总投资成本及两类场景集下的弃风惩罚值和失负荷损失，得到兼顾经济性、可靠性和系统灾害风险的综合较优方案。...

【技术特征摘要】
2017.04.12 CN 201710236097X1.一种基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，针对电力系统在常规运行情况下的系统可靠性和发生自然灾害情况下的系统风险，考虑下述多种不确定性因素：1)间歇性能源发电如风电的发电出力波动、负荷的随机波动、元件随机停运等因素；2)严重自然灾害可能导致的多个元件停运；S2，将输电系统规划需要考虑的不确定性场景分为两类：1)计及风电出力和负荷波动的常规运行不确定场景集，简称为“常规场景集”；2)考虑自然灾害因素影响的预想事故场景集，简称为“灾害场景集”；S3，在常规场景集中考虑风电出力波动和负荷波动，以及N-1预想事故，采用蒙特卡洛仿真对风电出力和节点负荷概率分布进行抽样可得到常规不确定性场景，之后采用同步回代消除法对场景进行削减；S4，在灾害场景集中考虑部分影响较大的多重预想事故，采用“按场景概率排序和抽样”的思路选取典型故障场景集，对故障场景进行筛选和削减，以在大幅减少场景数的同时仍能充分衡量候选输电规划方案在故障场景集合下的风险；S5，综合衡量规划方案的经济性、可靠性、对不确定条件下的适应性和失负荷风险，构建输电系统规划模型；S6，对输电系统规划模型这一混合整数非线性规划问题采用了两层优化方法进行简化求解；第一层以线路初始建设成本和常规场景集下系统切负荷与弃风电量的惩罚期望值为目标函数，考虑N-1准则和常规场景集，采用粒子群算法得到多个满足N-1预想事故校验和常规场景集要求的基本候选规划方案；第二层以线路加强成本和故障场景下系统切负荷损失风险最小为目标函数，对基本候选规划方案在预想事故场景下进行校验，得到对应每一个基本候选规划方案的最优加强方案及相应系统失负荷风险值；最后综合衡量各方案的总投资成本及两类场景集下的弃风惩罚值和失负荷损失，得到兼顾经济性、可靠性和系统灾害风险的综合较优方案。2.根据权利要求1所述的基于自然灾害风险的输电系统多场景规划方法，其特征在于，采用同步回代消除法对场景进行削减，基本步骤如下：1)确定常规场景集S，对于任意场景si和sj计算它们之间的概率距离d(si,sj)＝pipj||si-sj||2，pi和pj分别为场景si和sj的概率，在求得所有场景组合的概率距离后，剔除与其它场景概率距离之和最小的场景；2)置场景总数ns＝ns-1，并将被剔除场景的概率值并入到与其概率距离最近的场景概率中，从而保证剩余场景的概率之和为1；3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭嫣，杨婉，文福拴，李力，杨银国，华威，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，浙江大学，
类型：发明
国别省市：广东,44