一种考虑差异化场景的220kV电网网架结构规划方法技术

一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法,涉及一种网架规划方法。本发明专利技术包括以下步骤：1)根据电网可靠性水平差异和新能源接入比例差异，生成多个规划场景；2)以综合投资最小为规划的目标函数，对规划的目标函数进行数学建模；3)对于不同规划方案，生成不同的导纳矩阵；4)获取最优网架序列所述220kV电网规划方法中，根据电网可靠性水平差异、新能源接入比例差异生成多个规划场景。本技术方案以综合投资最小为目标函数进行数学建模，对于不同规划方案，生成不同的导纳矩阵，并应用遗传算法进行求解。与现有技术相比，本发明专利技术综合考虑了电力系统规划中约束条件的差异性。在不同场景各项约束指标波动范围较大时，本发明专利技术有更好的适应性。

A network frame structure planning method for 220kV Power Grid Considering differential scene

A network frame planning method for 220kV grid, which considers differential scenes, involves a network framework planning method. The invention comprises the following steps: 1) according to the power grid reliability level differences and differences in the proportion of new energy access, generating a plurality of planning scenarios; 2) to minimize the objective function of comprehensive investment planning, the objective function of planning mathematical model; 3) for different planning schemes, generating different admittance matrix; 4) to obtain the optimal the sequence of 220kV grid network planning method, according to the difference and the reliability level of power grid new energy access ratio differences generate multiple planning scenarios. This technology plan takes the minimum comprehensive investment as the objective function for mathematical modeling, and generates different admittance matrices for different planning plans, and applies genetic algorithm to solve them. Compared with the existing technology, the invention comprehensively considers the difference of constraints in the planning of power system. The invention has better adaptability when the fluctuation range of various constraint indexes in different scenes is large.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑差异化场景的220kV电网网架结构规划方法
本专利技术涉及一种网架规划方法，尤其涉及一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法。
技术介绍
首先，我国大部分地区的220kV电网处于电压等级序列的中间位置，介于输电与配电功能的中间地带，对输配电网起着重要的承上启下作用。当前，在我国负荷密度较高的大城市，220kV电网功能已由传统的输送电能的输电网转变为主要作用为分配电能的高压配电网；但在负荷密度不高的城镇和广大乡村地区，220kV电网仍然是骨干输电网。正是由于220kV电网的承上启下作用，其结构研究就显得尤为重要。一方面，在负荷密度较高地区，220kV电网层面的短路电流问题已日益突出，成为影响电网安全运行的重要隐患，要求220kV电网结构能够尽量简单，分区运行；另一方面，在负荷密度不高地区，220kV电网作为重要供电电源，其供电可靠性问题又较为突出，要求220kV电网结构能尽量保证双电源，满足电网运行可靠性要求。220kV电网的可靠性可以用不同的指标来进行衡量。通常发输电系统可靠性评估是对发输电系统的充裕度(Adequacy)和安全性(Security)进行评估。由此可见，对于220kV电网进行规划，所考虑的场景参数范围取值较大。从供电半径，负荷密度和电网安全等级，以及新能源渗透率来看，涉及的场景较多。对于参数取值范围较大的220kv电网规划问题，目前还缺少差异化的多场景规划建模方法。其次，在规划220kV电压等级的电网网架结构时，出于限制短路电流和避免电磁环网的目的，广泛采用的原则是分区分层，电网解环。虽然这样的做法牺牲了电网一定的安全裕度，但在理论设计的过程中，极大地减少了所要考虑系统的节点个数，从而规避了电力系统运算当中极易出现的维数灾问题。同时，考虑分层和区域化的220kV电网结构，也可以从设计上更加明确其与500kV系统衔接时的具体分工分配。现有220kV规划尚不能做到对短路电流在方案形成阶段进行先校验，因此在寻优方向上不够准确。再次，就目前而言，国内外的许多电力部门广泛采用确定性方法对发输电系统可靠性进行分析和评价，例如广为使用的N-1准则。N-1准则由于其使用的简单和明确性，在进行电网可靠性分析时，可以直接迅速地产生各种故障状态，并在此基础上进行分析(ContingencyAnalysis)。由于N-1准则产生的故障状态是对电力系统中任意主要元件非计划退出运行的遍历，其故障状态在进行选择(ContingencyFiltering)后，可以较好地代表电力系统中可能出现的重大典型故障。可以认为，N-1准则是判断电力系统可靠性的基本手段，在220kV电网的典型网架设计过程当中，无论是考虑送受端差异，还是考虑发展水平差异，N-1以至于N-2准则都是基础的，也是重要的规划原则。同时需要注意的是，在规划220kV等级网架结构时，N-1，N-2准则只是提供了故障态的便利手段，在考虑故障概率，在进一步进行差异化分析的过程当中，需要更多的量化标准来指导网架拓扑的设计与主要参数的选择。与此同时，日益增高的新能源渗透率使得N-1校验的计算必须并入更多的机会约束，而传统的建模和求解都相对复杂耗时。现阶段在进行电网规划时，对于考虑不确定因素的机会约束处理还没有成熟的手段，先校验的N-1原则并没有得到充分的应用。针对
技术介绍
中提到的问题以及现有技术的不足，具体有下述问题亟待解决：1)对于220kV电网规划参数取值波动较大，送受端差异明显的特点，缺少差异化的网架生成方法。2)对于220kV电网的短路电流水平限制的问题上，缺少先校验的规划方法，方案求解的准确性和寻优方向的精度较差。3)对于220kV电网的N‐1原则校验上，缺少以LOLP为指标，以先校验进行机会约束的停电事故风险校验。大规模风电并网规划中网架生成的灵活性不能得到保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，以达到差异化的网架生成目的。为此，本专利技术采取以下技术方案。一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据电网可靠性水平差异和新能源接入比例差异，生成多个规划场景,包括低失负荷概率高渗透率规划场景、低失负荷概率低渗透率规划场景、高失负荷概率高渗透率规划场景、高失负荷概率低渗场景透率规划场景；2)以综合投资最小为规划的目标函数，对规划的目标函数进行数学建模；3)对于不同规划方案，生成不同的导纳矩阵；并应用遗传算法进行求解，排除不满足安全约束的网架结构；对满足安全约束的网架结构进行检验；其具体包括：301)输入负荷数据，发电数据和算法参数；302)应用Floyd法产生初始网架规划方案；303)应用Warshall法校验系统连通性；当校验得到系统不连通时，则返回步骤302),当校验系统连通时，进入步骤304)；304)将产生的规划方案划入待选规划集合；305)应用二进制粒子群算法对网架结构求解；306)应用凸优化算法对LOLP约束和N-1约束进行校验；307)若校验不通过，则返回至步骤302)；若校验通过则进入下一步；4)获取最优网架序列。本技术方案在考虑规划参数取值范围变化较大的复杂综合规划问题时，本专利技术可以将不同的因素以分场景的方式进行讨论，所用规划求解计算时间随典型场景数量线性增加，在中型和大型系统中均具有良好的适应性。在考虑网架规划模型时，对于不同的求解步骤，应用不同的算法进行计算，使得综合计算成本较低。对于网架规划模型，采用粒子群算法进行求解。对于风电出力，采用蒙特卡罗法模拟，并由边缘概率分布结合Copula函数求得其联合概率分布。对于LOLP校验，采用凸优化算法进行快速求解。在生成网架结构时，采用二进制粒子群算法，通过限制生成的规划方案数量来减少求解时间。同时采用Warshall算法检验系统的连通性，防止出现电力孤岛，预防节点导纳矩阵奇异导致计算不收敛的情况。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本专利技术还包括以下附加技术特征。进一步的，所述规划的目标函数设定为投资CI，其包括一次或二次设备投入成本IC；运行成本CO；故障成本CF。进一步的，在步骤2)中，在确定目标函数后，模型的数学表达为：minF(n(i,j))＝CLCC其中：N表示待选线路集合；C表示预想故障集合；L表示系统线路集合；B表示系统节点集合；T表示规划考虑连续时间集合；n(i,j)表示支路(i,j)间的规划待建线路条路；n(i,j),max表示支路(i,j)间的规划待建线路条路上限；n(i,j),max表示支路(i,j)间的原有线路条数；Pd为预测得到的负荷有功功率列向量；Pg,max为发电机有功出力上限列向量；S为节点支路关联矩阵；f表示正常情况下的支路有功功率列向量；f(i,j)表示支路(i,j)间的有功功率；f(i,j),max表示支路(i,j)间的有功功率上限；Pg表示发电机有功出力列向量；θi、θj为节点i、j的相角；在短路电流约束当中，Id表示短路电流，Id,max表示短路电流上限，Um表示故障处端口电压，Zmm表示故障处对应节点阻抗矩阵的自阻抗；在N-1约束当中，fc为故障态下的线路潮流向量，Pg,c为故障态下的发电机有功出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据电网可靠性水平差异和新能源接入比例差异，生成多个规划场景,包括低失负荷概率高渗透率规划场景、低失负荷概率低渗透率规划场景、高失负荷概率高渗透率规划场景、高失负荷概率低渗场景透率规划场景；2)以综合投资最小为规划的目标函数，对规划的目标函数进行数学建模；3)对于不同规划方案，生成不同的导纳矩阵，并应用遗传算法进行求解，排除不满足安全约束的网架结构；对满足安全约束的网架结构进行检验；其具体步骤包括：301)输入负荷数据，发电数据和算法参数；302)应用Floyd法产生初始网架规划方案；303)应用Warshall法校验系统连通性；当校验得到系统不连通时，则返回步骤302),当校验系统连通时，进入步骤304)；304)将产生的规划方案划入待选规划集合；305)应用二进制粒子群算法对网架结构求解；306)应用凸优化算法对LOLP约束和N‑1约束进行校验；307)若校验不通过，则返回至步骤302)；若校验通过则进入下一步；4)获取最优网架序列。

【技术特征摘要】
1.一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据电网可靠性水平差异和新能源接入比例差异，生成多个规划场景,包括低失负荷概率高渗透率规划场景、低失负荷概率低渗透率规划场景、高失负荷概率高渗透率规划场景、高失负荷概率低渗场景透率规划场景；2)以综合投资最小为规划的目标函数，对规划的目标函数进行数学建模；3)对于不同规划方案，生成不同的导纳矩阵，并应用遗传算法进行求解，排除不满足安全约束的网架结构；对满足安全约束的网架结构进行检验；其具体步骤包括：301)输入负荷数据，发电数据和算法参数；302)应用Floyd法产生初始网架规划方案；303)应用Warshall法校验系统连通性；当校验得到系统不连通时，则返回步骤302),当校验系统连通时，进入步骤304)；304)将产生的规划方案划入待选规划集合；305)应用二进制粒子群算法对网架结构求解；306)应用凸优化算法对LOLP约束和N-1约束进行校验；307)若校验不通过，则返回至步骤302)；若校验通过则进入下一步；4)获取最优网架序列。2.根据权利要求1所述的一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于：所述规划的目标函数设定为投资CI，其包括一次或二次设备投入成本IC；运行成本CO；故障成本CF。3.根据权利要求2所述的一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于：在步骤2)中，在确定目标函数后，模型的数学表达为：minF(n(i,j))＝CLCC其中：N表示待选线路集合；C表示预想故障集合；L表示系统线路集合；B表示系统节点集合；T表示规划考虑连续时间集合；n(i,j)表示支路(i,j)间的规划待建线路条路；n(i,j),max表示支路(i,j)间的规划待建线路条路上限；n(i,j),max表示支路(i,j)间的原有线路条数；Pd为预测得到的负荷有功功率列向量；Pg,max为发电机有功出力上限列向量；S为节点支路关联矩阵；f表示正常情况下的支路有功功率列向量；f(i,j)表示支路(i,j)间的有功功率；f(i,j),max表示支路(i,j)间的有功功率上限；Pg表示发电机有功出力列向量；θi、θj为节点i、j的相角；在短路电流约束当中，Id表示短路电流，Id,max表示短路电流上限，Um表示故障处端口电压，Zmm表示故障处对应节点阻抗矩阵的自阻抗；在N-1约束当中，fc为故障态下的线路潮流向量，Pg,c为故障态下的发电机有功出力向量，Sc为故障态下的节点-支路关联矩阵，f(i,j),c为故障态下的支路(i,j)间的有功功率，γ(i,j)表示支路(i,j)间的电纳。4.根据权利要求3所述的一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于：步骤302)具体步骤包括：假设网络图中有N个顶点，通过有向图的带权矩阵中插入顶点的方法来构造矩阵，最后得到的矩阵为网络图的距离矩阵，同时记录插入点以便得到两点间的最短路径；即定义一矩阵，其元素为其值根据网络图中各顶点间的连接关系确定；插入一个顶点，两点之间距离根据下式由确定；以此类推，直到确定为止；5.根据权利要求4所述的一种考虑差异化场景的220kV电网网架规划方法，其特征在于：步骤303)中，包括：A)通过Warshall法从图的邻接矩阵A推出可达矩阵P；得到可达矩阵P后通过查询矩阵中对应元素的值，求得子图的连通性；子图中节点数为N，线路数为L，则其邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，徐谦，程浩忠，兰洲，刘盾盾，吴俊利，方卜珣，杨升峰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司经济技术研究院，上海交通大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33