一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法技术

本发明专利技术公开了一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，包括S1：通过分析电网线路层面的灵活性供需传输过程，基于节点间多路径资源传输机理，建立电力系统灵活性供需传输模型；S2：根据步骤S1建立的电力系统灵活性供需传输模型，构建灵活性承载度指标；其中，所述灵活性承载度指标用于量化电网线路对灵活性供需传输模型的承载能力；S3：根据步骤S2获得的灵活性承载度指标，构建基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法，用其求解出符合条件的规划方案。本发明专利技术在评估、规划阶段改进模型，从灵活性资源和传输通道两个角度分析灵活性供需平衡情况，有效解决传输通道限制导致的灵活性不足，有利于RES的消纳与电网安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法
本专利技术涉及电网评估与扩展规划
，具体涉及一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法。
技术介绍
当前资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化，高比例可再生能源(RenewableEnergySources，RES)发电成为解决全球能源危机的有效手段。截至2019年，中国RES发电装机容量约占全部电力装机的40.8％，同比上升8.5％，RES的清洁替代作用日益突显。国内外学者已经意识到，出现这些现象的本质是电力系统灵活性不足。可见，全新场景下，灵活性已成为电力系统运行的核心和关键。因此，全面评估电力系统灵活性，分析其影响因素，进而针对系统薄弱环节进行改进和升级，具有重要意义。在新形势下，围绕灵活性量化，各国学者已有一定研究，如从功率调节范围，RES出力和负荷的波动特性、电网容量充裕度及电源接纳适应性等角度进行分析，并针对灵活性的不同特征，提出多种评价指标，如可用灵活性资源与峰值需求的比值、系统所能适应的最大不确定性变化范围等。部分学者从概率角度出发，提出爬坡资源不足概率(IRRP)、爬坡资源不足期望(IRRE)、灵活性包络线等一系列评价指标。以上指标可为评估电力系统灵活性提供依据。基于灵活性定量评价方法，国内外学者开始探索革新系统规划框架，进而提高系统灵活性。在需求侧响应、风水气火多种电源、源荷储多类型灵活性资源等被纳入灵活性规划模型的背景下，电网技术第42卷第6期1760-1767段构建了嵌入先校验失负荷概率(LOLP)约束的网架规划模型，为灵活性规划计算奠定基础。电力系统自动化第42卷第11期32-40段建立了融合多场景的分层协同优化模型，可有效提升系统运行灵活性。电力系统自动化第42卷第5期56-63段建立了基于运行状态的灵活性指标，提出考虑网源协调的输电网灵活性规划模型。然而，对于电力系统灵活性评价与规划方法的研究众多且从不同角度出发，但不足之处在于现有研究主要集中于灵活性供需匹配层面，缺乏对灵活性供需传输过程的分析，忽略了电网线路传输承载能力对灵活性供需传输的影响。而实际运行中，系统能用于调节的灵活性资源并不直接等同于各灵活性资源的累加，节点间的灵活性供需交互在传输通道具有充足传输承载能力时才可完全实现。否则，即使系统提供的灵活性资源在容量上满足总灵活性需求，仍可能发生“灵活性资源不可用”导致灵活性不足的情况。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有电力系统灵活性评价与规划方法主要集中于灵活性供需匹配层面，缺乏对灵活性供需传输过程的分析，忽略了电网线路传输承载能力对灵活性供需传输的影响；而实际运行中，系统能用于调节的灵活性资源并不直接等同于各灵活性资源的累加，节点间的灵活性供需交互在传输通道具有充足传输承载能力时才可完全实现；否则，即使系统提供的灵活性资源在容量上满足总灵活性需求，仍可能发生“灵活性资源不可用”导致灵活性不足的情况。本专利技术目的在于提供一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，基于上述分析，本专利技术在评估、规划阶段改进模型，从灵活性资源和传输通道两个角度分析灵活性供需平衡情况，将有效解决传输通道限制导致的灵活性不足，有利于RES的消纳与电网安全运行。本专利技术通过下述技术方案实现：一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，该方法包括以下步骤：S1：通过分析电网线路层面的灵活性供需传输过程，基于节点间多路径资源传输机理，建立电力系统灵活性供需传输模型；S2：根据步骤S1建立的电力系统灵活性供需传输模型，构建灵活性承载度指标；其中，所述灵活性承载度指标用于量化电网线路对灵活性供需传输模型的承载能力；S3：根据步骤S2获得的灵活性承载度指标，构建基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法，得到电网规划方案、电网扩展规划结果；所述基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法包括：第一阶段的电网态势评估、第二阶段的电网扩展规划；包括：S31：第一阶段的电网态势评估，通过建立灵活性评价指标体系，判断当前电力系统灵活性供需是否匹配；分析并得出电网灵活性评估结果，所述评估结果为电力系统灵活性是否充足；S32：根据第一阶段的电网态势评估得到的评估结果，通过第二阶段的电网扩展规划，指导第二阶段的电网规划建设，使电力系统状态朝有利灵活性提升的方向进行调整；且电网每扩建一次，均返回第一阶段的电网态势评估，进行重新评估，直到求解出符合条件的电网规划方案。工作原理是：基于现有电力系统灵活性评价与规划方法主要集中于灵活性供需匹配层面，缺乏对灵活性供需传输过程的分析，忽略了电网线路传输承载能力对灵活性供需传输的影响问题。本专利技术考虑到了灵活性资源和传输通道两个方面对于电力系统灵活性供需平衡的影响，并使用灵活性承载度这一概念对电网线路传输灵活性供需的承载能力进行量化，更加符合电力系统的实际情况。具体地，本专利技术首先通过分析电网线路层面的灵活性供需传输过程，基于节点间多路径资源传输机理，建立电力系统灵活性供需传输模型；然后，定义灵活性承载度以量化电网线路对灵活性供需传输的承载能力；在此基础上，提出计及灵活性承载度的供需平衡评估方法，该方法可动态反映电网的运行状态和灵活性资源传输情况，完善灵活性供需平衡机理，阐明电网灵活性缺额成因，有效辨识系统薄弱环节。最后，提出基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法，并在实施例中利用Garver-18节点系统验证合理性和有效性。本专利技术所计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法可挖掘线路输送潜力，扩展线路灵活运行空间，有效提升电力系统灵活性；可有效展示电网态势，识别电网薄弱环节，辨识灵活性不足成因，为扩展规划提供针对性指导，既能避免输电线路传输限制导致的灵活性不足，又能防止过度建设造成不必要的资源浪费，提高投资效率。进一步地，步骤S1中电力系统灵活性供需传输模型，具体过程如下：电力系统的灵活性供需平衡关系受制于节点灵活性资源的充裕程度及电网线路传输承载能力。节点处的灵活性资源既可就近满足该节点处的灵活性需求，又可通过电网线路向其他出现灵活性需求的节点提供支撑与供应。因此，在灵活性供需平衡过程中，需综合考虑灵活性资源与电网线路的配合作用，通过合理的电网结构实现对分散节点灵活性资源的空间传导与优化调度，最终满足电力系统的灵活性需求。1.1、电力系统节点灵活性供给模型节点灵活性供给能力与该节点处灵活性资源的爬坡能力和调节能力密切相关。以可调机组为例，电力系统节点灵活性供给量为该节点处所有可调机组灵活性供给量之和，表示如式(1)～(2)所示：式中，分别为电力系统节点上、下调灵活性供给量；τ为可再生能源出力预测步长，即灵活性需求时间尺度；分别为第m台机组上、下调节功率的速率；Pg,m(t)分别为第m台机组最大、最小和当前输出功率。1.2电力系统节点灵活性需求模型节点灵活性需求主要来源于净负荷功率波动与其对应的预测误差。本专利技术假设预测误差均服从正态分布，且期望为零，则t时刻节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1：通过分析电网线路层面的灵活性供需传输过程，基于节点间多路径资源传输机理，建立电力系统灵活性供需传输模型；/nS2：根据步骤S1建立的电力系统灵活性供需传输模型，构建灵活性承载度指标；其中，所述灵活性承载度指标用于量化电网线路对灵活性供需传输模型的承载能力；/nS3：根据步骤S2获得的灵活性承载度指标，构建基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法，得到电网规划方案、电网扩展规划结果；所述基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法包括：第一阶段的电网态势评估、第二阶段的电网扩展规划；包括：/nS31：第一阶段的电网态势评估，通过建立灵活性评价指标体系，判断当前电力系统灵活性供需是否匹配；分析并得出电网灵活性评估结果，所述评估结果为电力系统灵活性是否充足；/nS32：根据第一阶段的电网态势评估得到的评估结果，通过第二阶段的电网扩展规划，指导第二阶段的电网规划建设，使电力系统状态朝有利灵活性提升的方向进行调整；且电网每扩建一次，均返回第一阶段的电网态势评估，进行重新评估，直到求解出符合条件的电网规划方案。/n...

【技术特征摘要】
1.一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：通过分析电网线路层面的灵活性供需传输过程，基于节点间多路径资源传输机理，建立电力系统灵活性供需传输模型；
S2：根据步骤S1建立的电力系统灵活性供需传输模型，构建灵活性承载度指标；其中，所述灵活性承载度指标用于量化电网线路对灵活性供需传输模型的承载能力；
S3：根据步骤S2获得的灵活性承载度指标，构建基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法，得到电网规划方案、电网扩展规划结果；所述基于灵活性承载度的两阶段输电网扩展规划方法包括：第一阶段的电网态势评估、第二阶段的电网扩展规划；包括：
S31：第一阶段的电网态势评估，通过建立灵活性评价指标体系，判断当前电力系统灵活性供需是否匹配；分析并得出电网灵活性评估结果，所述评估结果为电力系统灵活性是否充足；
S32：根据第一阶段的电网态势评估得到的评估结果，通过第二阶段的电网扩展规划，指导第二阶段的电网规划建设，使电力系统状态朝有利灵活性提升的方向进行调整；且电网每扩建一次，均返回第一阶段的电网态势评估，进行重新评估，直到求解出符合条件的电网规划方案。


2.根据权利要求1所述的一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，步骤S1中建立电力系统灵活性供需传输模型，t时刻线路i的上、下调灵活性供给传输量表示公式为：






式中，为t时刻线路i的上调灵活性供给传输量，为t时刻线路i的下调灵活性供给传输量，k表示系统中节点数；FRSDF为灵活性资源转移分布因子，指在实现灵活性供需平衡的过程中，节点处可调机组有功输出功率改变引起的线路潮流变化量；分别为电力系统节点上、下调灵活性供给量；τ为可再生能源出力预测步长，即灵活性需求时间尺度；
t时刻线路i的上、下调灵活性需求传输量表示公式为：






式中，为上调灵活性需求传输量，为下调灵活性需求传输量；FDSDF为灵活性需求转移分布因子，以表征节点灵活性需求量在线路上的分配情况；分别为节点上、下调灵活性最大需求。


3.根据权利要求2所述的一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，步骤S2中的灵活性承载度指标公式为：






式中，为上调灵活性承载度；为下调灵活性承载度；为电网线路上调灵活性调节容纳量，为电网线路下调灵活性调节容纳量；为电网线路上调灵活性需求传输量，为电网线路下调灵活性需求传输量；具体地：












式中，Pi,Lmax为线路i的最大允许传输容量，为线路前一时刻的传输功率值。


4.根据权利要求1所述的一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，步骤S3中所述第一阶段的电网态势评估，通过建立灵活性评价指标体系，判断当前电力系统灵活性供需是否匹配；其中，灵活性评价指标体系包括电力系统灵活性评价指标、拟扩建灵活性资源评价指标、拟扩建线路评价指标。


5.根据权利要求4所述的一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，所述电力系统灵活性评价指标为电力系统上、下调灵活性不足率，分别为η、μ，公式分别为：






式中，TU,suf、TU,ins分别表示上调灵活性充足、不足时间；TD,suf、TD,ins分别表示下调灵活性充足、不足时间。


6.根据权利要求4所述的一种计及灵活性承载度的电网评估与扩展规划方法，其特征在于，所述拟扩建灵活性资源评价指标为收益/投资比εg，公式如下：



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【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，胥威汀，雷云凯，欧阳雪彤，杨新婷，刘莹，朱觅，唐权，李婷，王云玲，
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