基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机会约束IGDT的风电场‑输电网‑储能联合规划方法，首先获取风电场规划数据、储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据，然后构建确定风电场投建下界的联合规划模型目标函数并建立模型决策约束条件；然后构建确定风电场投建上界的联合规划模型目标函数并构建模型约束条件；根据基于Benders分解策略的求解算法分别求解风电场投建上界和下界的联合规划模型目标函数，获取最优规划解进行规划。本发明专利技术所提出的联合规划方法相比于单一方面规划方法具有更优的经济性和风电利用效率，其能够更好的满足系统运行的多方面需求，从而极大地提高了风电的消纳水平，增加风电投资收益。

Joint wind farm-transmission network-energy storage planning method based on chance-constrained IGDT

【技术实现步骤摘要】
基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法
本专利技术属于电力系统中的电网规划
，具体涉及一种基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法。
技术介绍
在提倡低碳经济发展的大环境下，我国的电力系统发展正处于向绿色能源转型的特殊时期。由于风电产业在技术层面和市场层面上均具有较高的成熟度，加之我国政府也在政策层面上鼓励针对风力发电的投资运营，目前风力发电是发展势头最为迅猛的可再生能源之一，其装机规模仅次于煤电和水电，是我国的第三大电源。但值得注意的是，由于风力发电具有显著的随机性和波动性，随着风力发电在电力系统中渗透率的不断增加，其对系统灵活性的需求也日益见长，对电力系统基础设施建设的要求也越高。然而在实际中，风力发电的发展速度已超出配套基础设施的建设速度，部分地区甚至出现了风电场无序投建的问题。因此，为了确保电力系统的安全经济运行以及风力发电的持续健康发展，有必要研究风电场与配套基础设施的联合规划问题。传统的含风电场投建的输电网联合规划研究通常从全局角度出发，以最小化投建运行成本或最大化全社会效益为优化目标，确定各类型设备的投建位置和投建规模。其中风电场被视为多种类型电源中的一种，在联合规划模型构建中仅考虑其投建成本和随机出力特性对系统总成本/效益的影响。这样得到的确定性风电场投建结果对风电发展的引导作用不足，其忽略了影响风电场投建的诸多关键信息，诸如各投建风电场的风电消纳比例，盈利状况等。针对该问题，研究新型风电并网规划模型，以响应风电发展号召以及风电消纳政策，实现对风电健康发展更为灵活的引导，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，指导电网建设中的风电场投建，确定风电场的投建区间，以满足足额的系统风电消纳量以及风电场侧的投资利益，同时确保系统应对负荷长期和短期不确定性的鲁棒度。本专利技术采用以下技术方案：基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，首先获取风电场规划数据、储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据，然后构建确定风电场投建下界的联合规划模型目标函数并建立模型决策约束条件；然后构建确定风电场投建上界的联合规划模型目标函数并构建模型约束条件；根据基于Benders分解策略的求解算法分别求解风电场投建上界和下界的联合规划模型目标函数，获取最优规划解进行规划。具体的，假设在给定系统负荷长期增长率的条件下，得到规划水平年的系统负荷为PL，风电场投建下界的联合规划模型目标函数为：maxγL其中，γL为规划水平年系统负荷PL的波动范围，其表征规划方案的鲁棒度，即所得规划方案能够应对在[(1-γL)PL,(1+γL)PL]区间内的负荷长期不确定性。具体的，模型决策约束条件包括规划投建总成本约束、各类型设备投建客观条件约束和投建逻辑约束；运行评估约束，包括输电网络潮流约束、常规发电机出力约束、储能运行约束、风电出力约束、负荷约束和节点功率平衡约束；面向风电场合理投建的约束，包括系统弃风损失约束，风电消纳配额制约束，风电合理消纳约束。进一步的，规划投建总成本约束为：其中，γLine/γSto/γWind为输电线路/储能设备/风电场规划投建成本的等年值折算系数；cij为发待扩建输电走廊ij上单回线路的投建成本参数；为0-1决策变量；cE/cP为储能设备单位电量/容量的投建成本参数；为规划决策变量；cW为风电场单位容量的投建成本参数；为规划决策变量；Cbudget为系统规划整体投建预算的等年值上限参数；各类型设备投建客观条件约束为：其中，为待扩建输电走廊ij上已运行的线路回数/允许运行的最大线路回数；为节点i上风电场的最大投建容量参数；γM为风电场配套储能的容量限制系数；各类型设备投建逻辑约束为：其中，为储能设备的连续满发时间的上下界；输电网络潮流约束为：其中，θik(t)为规划场景k下，节点i在时刻t的相角；xij为待扩建输电走廊ij上单回线路的电抗参数；fijok(t)为规划场景k下，待扩建输电走廊ij第o回线路在时刻t的有功传输功率；为待扩建输电走廊ij上单回线路的反向/正向最大有功传输功率参数；Fijk(t)为规划场景k下，输电走廊ij在时刻t的有功传输功率；常规发电机出力约束为：其中，PG,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的常规发电机组在时刻t的出力；节点i上常规发电机组的最小/最大有功出力参数；于节点i的常规发电机组在单位时段内的最大爬坡速率；储能运行约束为：其中，PSD,ik(t)/PSC,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的储能设备在时刻t的充/放电功率；SOCik(t)为规划场景k下，位于节点i的储能设备在时刻t的荷电状态；ηC/ηD为储能设备的充电/放电效率；风电出力约束和负荷水平约束为：其中，PW,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的风电场在时刻t的出力；为规划场景输入参数，表征规划场景k下，位于节点i的单位容量风电机组在时刻t的出力；CWik(t)为规划场景k下，位于节点i的风电场在时刻t的弃风功率；为规划场景输入参数，表征在给定负荷增长率，规划场景k中位于节点i的规划水平年负荷；PL,ik(t)为规划场景k下，节点i在时刻t的负荷需求；节点功率平衡约束为：系统弃风损失约束为：其中，PLoss,k为规划场景k下系统的日弃风量；风电消纳配额制约束为：其中，pk为规划场景输入参数，表征规划场景k的发生概率；γRPS为面向风电消纳的配额制参数；风电合理消纳约束为：其中，为风电保障消纳率参数；zk为0-1指示变量；γε为弃风风险水平参数。具体的，风电场投建上界的联合规划模型目标函数为：其中，表示节点i处风电场的投建容量决策变量。具体的，模型决策约束条件包括规划投建总成本约束、各类型设备投建客观条件约束和投建逻辑约束；运行评估约束，包括输电网络潮流约束、常规发电机出力约束、储能运行约束、风电出力约束、负荷约束和节点功率平衡约束；面向风电场合理投建的约束，包括系统弃风损失约束，系统失负荷风险约束，风电场侧利益约束。进一步的，负荷水平约束为：其中，为负荷水平参数，表征在规划预算限制下系统负荷水平的最大波动范围。节点功率平衡约束为：其中，ηL,ik(t)为对应于负荷安全供应的非负松弛变量。系统失负荷风险约束为：其中，为负荷保障供应率参数，表征规划决策者预期需要满足的负荷安全供应比例。风电场侧利益约束为：其中，γFix为风电出力售电价格参数；γI为风电场侧投资预期收益比例参数。具体的，基于Benders分解策略求解算法求解模型具体步骤如下：S301、对迭代计数器和规划解可行性计数器的初始化；S302、更新迭代计数器，求解引入强化约束后的主问题，获取最优规划解；S303、迭代终止。进一步的，步骤S302具体为：S3021、更新迭代计数器m＝m+1，求解引入强化约束后的主问题，获取最优规划解初始的主问题即为原始问题中仅保留设备投建逻辑约束；S3022、基于最优规划解，遍历所有规划场景，对任意的规划场景k，若其可行性子问题的目标函数取值大于0，则产生Benders可行割并将其传递至主问题，并更新规划解可行性计数器Δ＝Δ+1；对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于机会约束IGDT的风电场‑输电网‑储能联合规划方法，其特征在于，首先获取风电场规划数据、储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据，然后构建确定风电场投建下界的联合规划模型目标函数并建立模型决策约束条件；然后构建确定风电场投建上界的联合规划模型目标函数并构建模型约束条件；根据基于Benders分解策略的求解算法分别求解风电场投建上界和下界的联合规划模型目标函数，获取最优规划解进行规划。

【技术特征摘要】
1.基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，其特征在于，首先获取风电场规划数据、储能规划数据、系统基本技术数据、系统运行约束条件数据和系统运行预测数据，然后构建确定风电场投建下界的联合规划模型目标函数并建立模型决策约束条件；然后构建确定风电场投建上界的联合规划模型目标函数并构建模型约束条件；根据基于Benders分解策略的求解算法分别求解风电场投建上界和下界的联合规划模型目标函数，获取最优规划解进行规划。2.根据权利要求1所述的基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，其特征在于，假设在给定系统负荷长期增长率的条件下，得到规划水平年的系统负荷为PL，风电场投建下界的联合规划模型目标函数为：maxγL其中，γL为规划水平年系统负荷PL的波动范围，其表征规划方案的鲁棒度，即所得规划方案能够应对在[(1-γL)PL,(1+γL)PL]区间内的负荷长期不确定性。3.根据权利要求1或2所述的基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，其特征在于，模型决策约束条件包括规划投建总成本约束、各类型设备投建客观条件约束和投建逻辑约束；运行评估约束，包括输电网络潮流约束、常规发电机出力约束、储能运行约束、风电出力约束、负荷约束和节点功率平衡约束；面向风电场合理投建的约束，包括系统弃风损失约束，风电消纳配额制约束，风电合理消纳约束。4.根据权利要求3所述的基于机会约束IGDT的风电场-输电网-储能联合规划方法，其特征在于，规划投建总成本约束为：其中，γLine/γSto/γWind为输电线路/储能设备/风电场规划投建成本的等年值折算系数；cij为发待扩建输电走廊ij上单回线路的投建成本参数；为0-1决策变量；cE/cP为储能设备单位电量/容量的投建成本参数；为规划决策变量；cW为风电场单位容量的投建成本参数；为规划决策变量；Cbudget为系统规划整体投建预算的等年值上限参数；各类型设备投建客观条件约束为：其中，为待扩建输电走廊ij上已运行的线路回数/允许运行的最大线路回数；为节点i上风电场的最大投建容量参数；γM为风电场配套储能的容量限制系数；各类型设备投建逻辑约束为：其中，为储能设备的连续满发时间的上下界；输电网络潮流约束为：其中，θik(t)为规划场景k下，节点i在时刻t的相角；xij为待扩建输电走廊ij上单回线路的电抗参数；fijok(t)为规划场景k下，待扩建输电走廊ij第o回线路在时刻t的有功传输功率；为待扩建输电走廊ij上单回线路的反向/正向最大有功传输功率参数；Fijk(t)为规划场景k下，输电走廊ij在时刻t的有功传输功率；常规发电机出力约束为：其中，PG,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的常规发电机组在时刻t的出力；节点i上常规发电机组的最小/最大有功出力参数；于节点i的常规发电机组在单位时段内的最大爬坡速率；储能运行约束为：其中，PSD,ik(t)/PSC,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的储能设备在时刻t的充/放电功率；SOCik(t)为规划场景k下，位于节点i的储能设备在时刻t的荷电状态；ηC/ηD为储能设备的充电/放电效率；风电出力约束和负荷水平约束为：其中，PW,ik(t)为规划场景k下，位于节点i的风电场在时刻t的出力；为规划场景输入参数，表征规划场景k下，位于节点i的单位容量风电机组在时刻t的出力；CWik(t)为规划场景k下，位于节点i的风电场在时刻t的弃风功率；为规划场景输入参数，表征在给定负荷增长率，规划场景k中位于节点i的规划水平年负荷；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建学，杨钤，李昀昊，林帆，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61