考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法技术

本发明专利技术提供一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，首先构建以可再生能源消纳率最高、消纳成本最低、系统运行可靠性最高为优化目标，以线路扩建位置及数量、新能源机组和储能电站的安装容量为规划变量的上层模型；其次，提出包括多类型资源协调调度的系统优化运行模型和系统可靠性评估模型的下层模型，在接受上层模型规划方案的基础上分别评估系统可再生能源消纳率、可再生能源消纳成本以及运行可靠性，并将规划方案评估结果返回给上层模型。本发明专利技术可以有效均衡可再生能源消纳率、消纳成本以及系统运行可靠性之间的关系，有效获取电网多目标结构发展规划方案，从而实现可再生能源的安全经济消纳。从而实现可再生能源的安全经济消纳。从而实现可再生能源的安全经济消纳。

【技术实现步骤摘要】
考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法


[0001]本专利技术涉及电力系统优化规划领域，具体是一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机和环境污染问题的日益严重，大力发展可再生能源，构建可持续发展能源体系已成为各个国家实现低碳经济、推动能源转型升级的战略选择。然而，可再生能源固有的波动性和随机性导致的电网潮流、电压波动以及弃风弃光问题，极大地阻碍了其在电力系统中的推广应用。因此，亟需对现有电力系统进行结构发展规划，通过储能增设以及线路扩建实现可再生能源的安全经济消纳。
[0003]针对高比例风电和水电并网的电力系统，提高可再生能源消纳率需要配置额外的储能容量以及扩建线路，增加消纳成本，同时，风电的波动性、水电流量限制以及元件随机故障会导致系统出现弃风弃负荷现象，从而影响运行可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，平衡可再生能源消纳率、消纳成本以及运行可靠性。通过构建双层结构发展规划模型来实现多目标的协调优化。为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，依次包括以下步骤：
[0006]步骤A、建立以可再生能源消纳率最高、消纳成本最低、系统运行可靠性最高为优化目标的上层模型，制定优化规划方案，其中，规划变量为线路扩建位置及数量、新能源机组和储能电站的安装容量，上层模型在制定规划方案后，将其传递给下层模型，并根据下层模型返回的评估值进行规划方案的迭代优化；
[0007]步骤B、建立下层模型，所述下层模型分别包括多类型资源协调调度的系统优化运行模型和系统可靠性评估模型，在接受上层模型规划方案的基础上分别评估系统可再生能源消纳率、可再生能源消纳成本以及运行可靠性，并将规划方案评估结果返回给上层模型。
[0008]进一步的，步骤A中所建立的上层模型包含三个优化目标，分别是可再生能源消纳率最高、消纳成本最低、系统运行可靠性最高，其中，可再生能源消纳率最高如下式所示：
[0009][0010]式中，R
rep
为系统可再生能源消纳率；i为系统网络节点；Ω为网络节点集合；t为调度时刻；为t时刻节点i消纳的风光出力功率；为t时刻节点i消纳的水电功率；ρ
i,t
为t时刻节点i的弃风率；为t时刻节点i的负荷功率；
[0011]消纳成本最低如下式所示：
[0012]minR
c
＝R
L
+R
ES
+C
ES
‑
R
P
[0013][0014]式中，R
c
为可再生能源消纳成本，由日均线路扩建成本R
L
、日均储能配置成本R
ES
、储能运行维护成本C
ES
以及可再生能源消纳补贴R
P
四部分构成；r1、r2分别为线路和储能电站的日均折现系数；l为建设支路变量；B
S
为建设支路集合；c
n,l
为线路l的单位长度建设成本；I
l
为线路l的新建支路数量；B
L,l
为线路l的长度；c
ES
为储能电站单元建设成本；M
ES,i
为节点i的储能电站建设数量；分别为储能电站运行固定和可变成本系数；分别为节点i储能电站在t时刻的充放电功率；c
pw
、c
rw
分别为风电功率和水电功率的补贴系数；s为折算率；N
P1,2
为线路、储能电站的使用寿命；
[0015]系统运行可靠性最高如下式所示：
[0016][0017]式中，E
EENS
代表系统负荷断供容量期望值；S为可靠性评估状态样本集合；k为状态样本变量；p
k
为样本k出现的概率；为负荷断供容量值。
[0018]进一步的，步骤A中上层模型的约束条件包括规划成本约束、储能电站配置单元约束以及扩建线路数量约束，其中，规划成本约束如下式所示：
[0019][0020]式中，R
L
、R
ES
代表日均线路扩建成本以及日均储能配置成本，代表规划方案的总预算；
[0021]储能电站配置单元约束如下式所示：
[0022][0023]式中，为储能电站的最大建设单元数量；
[0024]扩建线路数量约束如下式所示：
[0025][0026]式中，代表为l所在走廊最大允许扩建线路数。
[0027]进一步的，步骤B中下层模型中的多类型资源协调调度的系统优化运行模型，模型的优化目标为最大化可再生能源消纳率，模型的约束条件包括线路潮流约束、风光出力功
率约束、节点功率平衡约束、水电送电约束；
[0028]线路潮流如下式所示：
[0029][0030]式中，f
l,t
为t时刻线路l的潮流值；b
l,n
、b
l,I
分别为线路l原有支路和新建支路的导纳值；l+、l
‑
为线路l的始末节点；分别为t时刻线路l始末节点相角；
[0031]线路潮流约束如下式所示：
[0032]‑
(B
l
+I
l
)F
l,max
≤f
l,t
≤(B
l
+I
l
)F
l,max
[0033]式中，B
l
为线路l原有支路数；F
l,max
为线路l潮流限值；
[0034]风光出力功率约束包括风电出力功率约束和光伏出力功率约束，其中风电出力功率约束如下所示：
[0035]0≤P
twi
≤G
W
P
twre
[0036]式中，P
twi
为t时刻风电机组的出力功率；P
twre
为可用风电资源；G
W
为风电机组装机容量系数；
[0037]光伏出力功率约束如下所示：
[0038]0≤P
ts
≤G
S
P
tsre
[0039]式中，P
ts
为t时刻光伏机组的出力功率；P
tsre
为可用光伏资源；G
S
为光伏机组装机容量系数；
[0040]节点功率平衡约束如下式所示：
[0041][0042]式中，为t时刻节点i火电机组出力；N
‑
(i)为以i为末节点的线路集合；N
+
(i)为以i为始节点的线路集合；
[0043]水电送电约束：包括梯级水电站水量平衡约束、水电出力功率约束、梯级水电站水库库容约束，
[0044本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A、建立以可再生能源消纳率最高、消纳成本最低、系统运行可靠性最高为优化目标的上层模型，制定优化规划方案，其中，规划变量为线路扩建位置及数量、新能源机组和储能电站的安装容量，上层模型在制定规划方案后，将其传递给下层模型，并根据下层模型返回的评估值进行规划方案的迭代优化；步骤B、建立下层模型，所述下层模型分别包括多类型资源协调调度的系统优化运行模型和系统可靠性评估模型，在接受上层模型规划方案的基础上分别评估系统可再生能源消纳率、可再生能源消纳成本以及运行可靠性，并将规划方案评估结果返回给上层模型。2.根据权利要求1所述的一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，其特征在于：步骤A中所建立的上层模型包含三个优化目标，分别是可再生能源消纳率最高、消纳成本最低、系统运行可靠性最高，其中，可再生能源消纳率最高如下式所示：式中，R
rep
为系统可再生能源消纳率；i为系统网络节点；Ω为网络节点集合；t为调度时刻；为t时刻节点i消纳的风光出力功率；为t时刻节点i消纳的水电功率；ρ
i,t
为t时刻节点i的弃风率；为t时刻节点i的负荷功率；消纳成本最低如下式所示：min R
c
＝R
L
+R
ES
+C
ES
‑
R
P
式中，R
c
为可再生能源消纳成本，由日均线路扩建成本R
L
、日均储能配置成本R
ES
、储能运行维护成本C
ES
以及可再生能源消纳补贴R
P
四部分构成；r1、r2分别为线路和储能电站的日均折现系数；l为建设支路变量；B
S
为建设支路集合；c
n,l
为线路l的单位长度建设成本；I
l
为线路l的新建支路数量；B
L,l
为线路l的长度；c
ES
为储能电站单元建设成本；M
ES,i
为节点i的储能电站建设数量；分别为储能电站运行固定和可变成本系数；分别为节点i储能电站在t时刻的充放电功率；c
pw
、c
rw
分别为风电功率和水电功率的补贴系数；s为折算
率；N
P1,2
为线路、储能电站的使用寿命；系统运行可靠性最高如下式所示：式中，E
EENS
代表系统负荷断供容量期望值；S为可靠性评估状态样本集合；k为状态样本变量；p
k
为样本k出现的概率；为负荷断供容量值。3.根据权利要求1所述的一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，其特征在于：步骤A中上层模型的约束条件包括规划成本约束、储能电站配置单元约束以及扩建线路数量约束，其中，规划成本约束如下式所示：式中，R
L
、R
ES
代表日均线路扩建成本以及日均储能配置成本，代表规划方案的总预算；储能电站配置单元约束如下式所示：式中，为储能电站的最大建设单元数量；扩建线路数量约束如下式所示：式中，代表为l所在走廊最大允许扩建线路数。4.根据权利要求1所述的一种考虑电网形态演变和结构发展的新能源差异化配置方法，其特征在于：步骤B中下层模型中的多类型资源协调调度的系统优化运行模型，模型的优化目标为最大化可再生能源消纳率，模型的约束条件包括线路潮流约束、风光出力功率约束、节点功率平衡约束、水电送电约束；线路潮流如下式所示：式中，f
l,t
为t时刻线路l的潮流值；b
l,n
、b
l,I
分别为线路l原有支路和新建支路的导纳值；l+、l
‑
为线路l的始末节点；分别为t时刻线路l始末节点相角；线路潮流约束如下式所示：
‑
(B
l
+I
l
)F
l,max
≤f
l,t
≤(B
l
+I
l
)F
l,max
式中，B
l
为线路l原有支路数；F
l,max
为线路l潮流限值；风光出力功率约束包括风电出力功率约束和光伏出力功率约束，其中风电出力功率约束如下所示：0≤P
twi
≤G
W
P
twre
式中，P
twi
为t时刻风电机组的出力功率；P
twre
为可用风电资源；G
W
为风电机组装机容量系数；光伏出力功率约束如下所示：0≤P
ts
≤G
S
P
tsre
式中，P
ts
为t时刻光伏机组的出力功率；P
tsre
为可用光伏资源；G
S
为光伏机组装机容量系数；节点功率平衡约束如下式所示：式中，为t时刻节点i火电机组出力；N
‑
(i)为以i为末节点的线路集合；N
‑
(i)为以i为始节点的线路集合；水电送电约束：包括梯级水电站水量平衡约束、水电出力功率约束、梯级水电站水库库容约束，水电考虑水流延迟后的梯级水电站水量平衡约束如下式所示：V
1,t+1
＝V
1,t
+q
1,t
‑
Q
1,t
‑
S
1,t
V<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡德福，王莹，林毓军，王作维，周鲲鹏，刘海光，陈汝斯，余笑东，王文娜，饶渝泽，张良一，苗世洪，孙冠群，王尔玺，涂青宇，郑重，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：