一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法及系统，属于电力系统规划领域，方法包括：确定待选线路集，待选线路集包括具有互斥约束的线路；采用互斥约束变量集和互斥约束变量值域集来描述具有互斥约束的线路的投建类型和投建状态；投建类型为常规直流线路、柔直线路、交流线路中任一种，投建状态为投建或未投建；针对不同投建类型，确定对应的约束条件，从而建立以建设成本最小为目标的交直流受端电网优化规划模型；求解规划模型，得到交直流受端电网最优规划方案。相比于现有方法，本发明专利技术将待选线路集中的互斥现象进行CSP形式化描述，把互斥的待建线路融入优化规划模型中，参与优化规划过程，从而保证可得到优化的规划方案。

【技术实现步骤摘要】
一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法及系统
本专利技术属于电力系统规划领域，更具体地，涉及一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法及系统。
技术介绍
电网规划是电网建设的基础，电网规划水平决定着电网本身的安全性、可靠性。随着我国电网技术的不断发展，未来电网的形态将渐渐演化成多个电压等级组合的交直流混联、多层次、具备统一规范的互联接口、灵活自组的电网架构模式，电网稳定形态更加复杂。其中，直流电网将会是未来能源互联网中不可或缺的基本支撑环节，以区域直流、交流母线为基础环节，能方便地接入各种电源、负荷和储能单位。此外，直流系统不需要考虑功角稳定问题以及无功补偿问题，不用持续关注电压相角与频率的实时变化，相同网络下，同电压等级、相同距离直流输电的损耗比交流传输小。柔直技术能够实现有功与无功功率之间的解耦控制，在不增加系统短路容量的情况下又能达成潮流反向的目的，可以用于大规模异步电网互联与电力交易、电能超远距离传输、风/光伏电场集中并网等方面。由于我国的资源富裕地区和负荷中心区域逆向分布特征，电力供需网络将长期需要大规模的“西电东送”“北本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：确定待选线路集，所述待选线路集包括具有互斥约束的线路；/nS2：采用互斥约束变量集和互斥约束变量值域集来描述所述具有互斥约束的线路的投建类型和投建状态；所述投建类型为常规直流线路、柔直线路、交流线路中任一种，所述投建状态为投建或未投建；/nS3：针对不同投建类型，确定对应的约束条件，从而建立以建设成本最小为目标的交直流受端电网优化规划模型；/nS4：求解所述规划模型，得到交直流受端电网最优规划方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定待选线路集，所述待选线路集包括具有互斥约束的线路；
S2：采用互斥约束变量集和互斥约束变量值域集来描述所述具有互斥约束的线路的投建类型和投建状态；所述投建类型为常规直流线路、柔直线路、交流线路中任一种，所述投建状态为投建或未投建；
S3：针对不同投建类型，确定对应的约束条件，从而建立以建设成本最小为目标的交直流受端电网优化规划模型；
S4：求解所述规划模型，得到交直流受端电网最优规划方案。


2.如权利要求1所述的含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，所述步骤S2中，
所述互斥约束变量集X1表示为：
X1＝{{Z1,α1},{Z2,α2},…,{Zk,αk}}
式中，X1为具有互斥约束的待选线路状态变量集合；Zi表示第i条具有互斥约束的待选线路的投建状态，Zi取0表示未投建，Zi取1表示投建；αi表示第i条具有互斥约束的待选线路的投建类型，αi取1表示新建支路为交流输电线路，αi取2表示新建支路为直流输电线路，αi取3表示新建支路为柔性直流线路；
所述互斥约束变量值域集D1表示为：



式中，D1为具有互斥约束的待选线路状态变量的取值范围，dzi表示Zi的取值范围，dαi为αi的取值范围。


3.如权利要求2所述的含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述规划模型的约束条件包括：待选线路状态变量集X，待选线路状态变量值域集D，交直流受端电网规划整体约束集C；其中，
所述变量集X表示为：
X＝{{Z1,α1},{Z2,α2},…,{Zk,αk},{Zk+1,αk+1},…,{Zn,αn}}
所述变量值域集D表示为：
D＝{{dz1,dα1},{dz2,dα2},…,{dzk,dαk},{dk+1,dαk+1},…,{dn,dαn}}
其中，第1条到第k条待选线路的αi值不固定，第k+1条到第n条待选线路的αi值固定；
所述约束集C包括与线路投建类型无关的线路约束集C1和与线路投建类型有关的互斥约束集C2；其中，
所述线路约束集C1包括：线路投运阶段约束、线路投运顺序约束、节点功率平衡约束、发电机出力约束、切负荷约束；其中，
1)线路投运阶段约束：



式中，Zj表示第j条待选线路的投建状态，tj.min和tj.max分别表示线路j的最早和最晚投运阶段；
2)线路投运顺序约束：
dXi≥dXj
式中，dXi、dXj分别表示线路i和j的投运时间到整个工程完工的时间间隔，dXi≥dXj表示线路i必须在线路j之前投建；
3)节点功率平衡约束：
PGs-PDs+Rs＝B·θs
式中，PGs、PDs、Rs分别表示节点电源功率、节点负荷功率、节点切负荷功率，B为电网的节点电纳矩阵；θs为电网的节点电压相角向量；
4)发电机出力约束：
PGmin≤PG≤PGmax
式中，PG为发电机组出力，PGmin和PGmax分别为正常运行时发电机组最小、最大输出功率向量；
5)切负荷约束：
Rs＝0
式中，Rs为切负荷量；
所述互斥约束集C2包括：交流互斥约束集，常规直流互斥约束集，柔直互斥约束集，其中，
所述交流互斥约束集包括：
1)线路潮流约束：
PLs＝AL·θLs
式中，PLs为交流线路有功潮流向量；AL为电网的交流线路电纳对角矩阵；θLs为交流线路相角差向量；
2)线路传输容量约束：
-PLmax≤PLs≤PLmax
式中，PLs为交流输电线路上流过的潮流，PLmax为交流线路正常运行时最大传输功率向量；
所述常规直流互斥约束集包括：
1)直流线路输电功率上下限约束：



式中，PDC表示直流线路输送功率向量；PDC和分别表示直流线路最小、最大输送功率向量；
2)换流站约束：



式中，SX为换流站传输功率，为其上限，Nx为换流站数目，M为换流站调制比，Mmin、Mmax分别为调制比的上下限；
3)短路比约束：



式中：MSCRg为第g回直流所对应的多馈入短路比，Sdcg为第g回直流换流母线的短路容量，FMhg为第h回直流系统与第g回直流系统之间的交互影响因子，Pdg、Pdh分别为第g回和第h回直流额定功率；
所述柔性直流互斥约束集包括：
柔直输电方向约束：



式中，分别表示在柔直输电方向刚改变的k′采样时刻柔直输出功率、柔直输电方向改变后k′+m采样时刻柔直输出功率，m表示k′之后的第m个采样时刻。


4.如权利要求1所述的含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述规划模型的目标函数为：



式中，F为系统建设成本，NL表示待选线路集合，Cj为线路j建设单位长度的费用，Zj为线路j投建状态，Lj表示线路j的长度；FM表示运行维护费用；FLO表示网络损耗费用；FRG表示输电阻塞费用；FEP表示环境保护费用；r为折现率，为规划水平年的折现系数，n为工程使用年限。


5.如权利要求1至4任一项所述的含互斥约束的交直流受端电网优化规划方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用回溯搜索算法求解所述规划模型。

【专利技术属性】
技术研发人员：罗毅，张寅，李丁，吴亚宁，周友斌，王涛，曹侃，王莹，余笑东，
申请(专利权)人：华中科技大学，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42