一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，包括：根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；基于建立的电力系统灵活性评价指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；基于建立的输电网双层扩展规划模型对输电网进行规划；有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。

A Transmission Network Planning Method Considering Flexible Supply-Demand Balance

The invention discloses a transmission network planning method considering flexible supply and demand balance, which includes: establishing an evaluation index of power system flexibility considering supply and demand balance according to flexible demand and supply in different types and time scales; establishing a flexibility evaluation index of power system based on the established evaluation index of power system flexibility, considering economy, reliability and security comprehensively, and establishing a flexibility evaluation index of power system based on power system flexibility. Two-level expansion planning model of index transmission network; transmission network planning based on the established two-level expansion planning model of transmission network; effectively solve the problem of serious abandonment of renewable energy in the current system and disconnection between power construction and power grid planning; at the same time, it can effectively solve the problem of economic and safe transmission of renewable energy in high proportion renewable energy system, and can be used for power grid planning. Work to make scientific and effective guidance, and ultimately achieve the optimization of resource utilization and maximization of social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法
本专利技术涉及电网规划领域，具体地，涉及一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法。
技术介绍
为应对全球环境恶化和传统能源枯竭，可再生能源发电技术迅猛发展,并网比例不断提高。中国已经提出，到2050年将可再生能源发电比提升至60％，届时，风力、光伏发电将成为系统中的主要电源。但由于可再生能源出力的时空分布特性，多时空耦合带来较强的不确定性，系统弃风、弃光问题日益凸显，电网的安全稳定运行面临严峻挑战,可再生能源的消纳问题亟待解决。灵活性作为评估系统对不确定性承受能力的指标，对提高可再生能源消纳能力，增强可再生能源并网后电力系统可靠性具有重要意义。目前，国内外对于电力系统灵活性的研究仍处于起步阶段，对灵活性定义也缺乏共识。北美电力可靠性协会(NorthAmericanElectricReliabilityCouncil，NERC)将电力系统灵活性定义为电力系统利用本身资源满足需求变化的能力；国际能源署(InternationalEnergyAgency，IEA)则将其定义为：电力系统在其运行约束边界内，对可预见和不可预见的变化和事件迅速反应的能力。虽然表述有所差异，但总的来说，电力系统灵活性就是电力系统对于不确定因素的耐受能力。对此，国内外学者也进行了一系列的研究。EamonnLannoye等学者初步阐述了灵活性概念，并定义了灵活性的方向性、灵活性不足概率指标等，建立了电力系统灵活性评估体系，还有学者提出灵活性雷达图、灵活性影响因素打分法、功率图谱法、技术经济不确定性灵活性指数等方法来评估系统灵活性。就目前研究而言，仅考虑经济性指标的传统电网规划模型已无法适应当前多重不确定性影响下的电网运行需求,而国内外学者对灵活性研究大部分都侧重灵活性概念的阐述和电力系统灵活性评估指标的建立，鲜有在输电网规划中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，有效解决当前系统可再生能源弃用较为严重与电源建设与电网规划脱节的问题，同时能有效解决高比例可再生能源系统可再生能源发电经济、安全外送问题，能够为电网规划工作做出科学有效的指导，最终实现资源利用最优化和社会效益最大化。针对以上不足，本方法根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立了考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；然后，利用所提灵活性指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立了基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；最后利用Garver-18节点系统求解该规划模型，验证了本申请模型的正确性和可行性；1、电力系统灵活性供需平衡现有研究表明，电力系统灵活性具有方向性,时间尺度特性,实时性,供需匹配性4个特征，在电网规划伊始考虑电力系统灵活性指标，不仅能有效提高可再生能源在电力系统中的渗透率，同时能保证系统安全、可靠、经济地运行。1.1电力系统灵活性需求电力系统的灵活性需求主要来自不确定性所引起的系统功率变化，这些功率变化主要集中在电源侧的出力波动和负荷的不可预测变化。1.1.1电源侧灵活性需求电源侧的灵活性需求主要来自可再生能源的出力波动。根据可再生能源机组出力的特点，将可再生能源出力分为两部分，一部分为预测值，另一部分为预测误差值，如下所示。PREG(t)＝PREG.F(t)+PREG.E(t)(1)式(1)中PREG(t)为t时刻可再生能源出力，PREG.F(t)和PREG.E(t)分别为可再生能源出力的预测值和预测误差值。而灵活性需求仅来自可再生能源的出力预测误差部分。可再生能源出力预测是根据当前时刻可再生机组出力及各监测数据，以其采样周期为预测步长进行的滚动预测，在预测方法和采样周期不变的前提下，认为其平均绝对百分误差EMAPE为固定值[26],再以平均绝对百分误差为基础，衡量各不同时刻可再生能源对电力系统灵活性的需求，如下所示。PREG.E.AVE＝±EMAPE·PREG.F(2)式(2)、(3)中，PREG.E.AVE代表可再生能源出力预测平均误差；τ代表可再生能源出力预测步长，即灵活性需求时间尺度；集合D代表灵活性的方向；表示时刻t至时刻t+τ系统的灵活性需求量。1.1.2负荷侧灵活性需求在不考虑负荷侧响应的情况下，负荷侧的灵活性需求主要来自系统故障所切负荷，系统的失负荷量与系统当前运行状态有关。当系统发生故障失掉部分负荷，系统需求向下灵活性资源。PL(t)＝PLOAD-PL.F(t)(4)PL.F(t)＝PLOAD·LOLP(5)式(4)-(6)中，为向下灵活性需求；PL(t)为系统负荷；PLOAD为系统总负荷；PL.F(t)为t时刻因故障失负荷量；LOLP为失负荷概率，其值与系统运行状态相关。1.1电力系统灵活性资源灵活性资源作用在相应时间尺度，为电力系统解决不确定性问题。目前应用最广泛的灵活性资源为可调机组。1.2.1可调机组提供灵活性可调机组包括火电机组、水电机组等具有调节能力的发电机组。根据其运行状态，可调机组能够调节出力以提供上、下调灵活性。式(7)、(8)中，和分别为可调机组供应上、下调灵活性的大小；Rg.up和Rg.down分别为可调机组上、下调节功率的速率；和Pg(t)分别代表可调机组的最大输出功率、最小输出功率以及t时刻的输出功率。需要补充的是，水电机组的调节能力还与季节、蓄水量和水头等因素有关。1.2.2其他灵活性资源储能装置作为灵活性资源，受制于其荷电状态与其充放电策略，提供上、下调灵活性如式(9)、(10)所示。式(9)、(10)中，Pd(t)、Pc(t)分别为储能装置的放电功率和充电功率，Smax与Smin分别为储能电量上、下限，S(t)为储能装置当前所存储的电量。系统还可以通过切除可再生能源和负荷为自身提供灵活性，如式(11)、(12)所示。式(11)、(12)中，集合Ω1为可切除可再生能源机组的集合，PL.cut(t)为切除负荷的功率。2.电力系统灵活性供需平衡及其指标建立2.1电力系统灵活性供需平衡根据以上对灵活性需求与灵活性资源的描述，本申请定义电力系统供需灵活性指标。不考虑系统中固定出力的机组与固定负荷，仅考虑系统安全运行状态下的不可控功率波动。和分别为t时刻、以τi为时间尺度的上、下调灵活性需求和供给的总和。令：式(13)中，FD(t,τi)为t时刻，以τi为时间尺度的上、下调灵活性的充裕量。当FD(t,τi)≥0时代表τi时间段内系统灵活性充裕，反之则代表此时系统缺少灵活性。根据灵活性的时间尺度特性，调节响应时间尺度较短的灵活性资源可以满足时间尺度较长的灵活性需求。2.2电力系统供需灵活性指标考虑到灵活性资源短缺经常出现“短时大量”的情况，单纯衡量一段时间内的灵活性不足期望不能表征灵活性缺额与其出现时长的关系，意义不大，针对以上现象，定义电力系统供需灵活性指标如下：定义灵活性平均不足度FADD(MW/min)如式(14)所示。式(14)中TD.ins为灵活性不足的总时间。其物理意义为，灵活性不足的情况下，平均每分钟出现的灵活性缺额。定义灵活性平均充裕度FAAD(MW/min)如式(15)所示。式(15)中TD.suf为灵活性充裕的总时间。其物理意义为，灵活性充裕的情况下，平均每分钟出现的灵活性充裕量。定义灵活性供应充裕率FSAP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，所述方法包括：根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；基于建立的电力系统灵活性评价指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；基于建立的输电网双层扩展规划模型对输电网进行规划。

【技术特征摘要】
1.一种考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，所述方法包括：根据不同类型、时间尺度下的灵活性需求与供给，建立考虑供需平衡的电力系统灵活性评价指标；基于建立的电力系统灵活性评价指标，综合考虑经济性、可靠性和安全性，建立基于电力系统灵活性指标的输电网双层扩展规划模型；基于建立的输电网双层扩展规划模型对输电网进行规划。2.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，所述方法中电力系统灵活性供需平衡包括：电力系统灵活性需求和电力系统灵活性资源，其中，电力系统灵活性需求包括：电源侧灵活性需求和负荷侧灵活性需求，电力系统灵活性资源包括：可调机组提供灵活性和其他灵活性资源。3.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，电力系统灵活性供需平衡及其指标建立包括：电力系统灵活性供需平衡：定义电力系统供需灵活性指标，和分别为t时刻、以τi为时间尺度的上、下调灵活性需求和供给的总和令：式(13)中，FD(t,τi)为t时刻，以τi为时间尺度的上、下调灵活性的充裕量；当FD(t,τi)≥0时代表τi时间段内电力系统灵活性充裕，反之则代表此时电力系统缺少灵活性；电力系统供需灵活性指标：定义电力系统供需灵活性指标如下：定义灵活性平均不足度FADD如式(14)所示：式(14)中TD.ins为灵活性不足的总时间；定义灵活性平均充裕度FAAD(MW/min)如式(15)所示：式(15)中TD.suf为灵活性充裕的总时间；定义灵活性供应充裕率FSAPD如式(16)所示：电网运行灵活性指标：E2＝max{fi}-min{fi}(18)式(17)、(18)中，E1和E2分别为系统中所有输电线路负载率的标准差和极差，作为电网均匀性指标；fi、fave分别表示线路i的负载率和负载率平均值；l表示电网中输电线路的总数；由此，定义电力系统所有运行方式对应状态均匀度的最大值为系统固有均匀度，即电网运行灵活性FNS：FNS＝max(E1,E2)(19)该指标表征了电力系统最大均匀程度。4.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，利用电力系统运行灵活性指标，分别从源、网、荷三方面表征电力系统接纳高比例可再生能源能力，综合考虑电源侧与电网侧规划需求，协调网源；以新建线路、灵活性资源为规划变量，进行协同规划，在满足各新建线路的回数约束，及电网运行约束前提下，综合考虑规划总成本Ctotal，电力系统灵活性指标，违反电网安全约束惩罚量O；建立输电网双层扩展规划模型。5.根据权利要求1所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，输电网双层扩展规划模型包括：上层规划模型和下层规划模型；上层规划模型以规划投资总成本Ctotal、电网运行灵活性指标FNS以及违反系统安全运行惩罚量最小为优化目标，其中Ctotal由建设维护总成本Cbuild和年灵活性资源调用成本CF组成；下层规划模型用于检验上层规划模型所得决策，下层目标利用供需灵活性指标对上层决策进行优化，通过灵活性机组的建设和灵活性资源的调用，优化供需灵活性指标，保证电力系统运行过程中的网源平衡的同时，使灵活性资源的调用量最少，返回上层，对上层决策进行优化。6.根据权利要求5所述的考虑灵活性供需平衡的输电网规划方法，其特征在于，上层规划模型为：F＝min{F1,F2,F3}(20)s.t.-Bθ+PG+PF+PREG＝PL(23)xij.min≤xij≤xij.max,ij∈Nl,x...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶希，王晞，唐权，陈谦，李婷，王云玲，胥威汀，沈力，欧阳雪彤，朱觅，李华强，刘万宇，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51