考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法技术

本发明专利技术涉及考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，属于综合能源系统规划运行技术领域，对梯级水电站和需求响应进行了详细的建模，并在其中考虑了直流外送的运行约束；利用需求响应资源来对电源侧风光电站出力间歇性进行缓解，提出了负荷侧需求响应服务规划模型来降低系统中长期规划成本，并建立了源网荷协调规划模型；建立机会约束模型来保证系统运行安全性与风光出力的有效消纳，并利用样本平均近似法的强拓展公式，将机会约束模型转化为混合整数线性规划问题进行求解。型转化为混合整数线性规划问题进行求解。型转化为混合整数线性规划问题进行求解。

【技术实现步骤摘要】
考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统规划运行
，具体涉及考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法。

技术介绍

[0002]随着“碳达峰、碳中和”目标的践行，可再生能源将从补充能源成为主力能源。但是，风光等可再生能源的可控性较差，其间歇性和不确定性给电网的安全经济运行带来了极大的挑战。梯级水电站具有灵活的调节能力，可有效平抑风光电站出力的不确定性，利用梯级水电站和风光电站发电互补特性，同时结合直流外送的协调优化，可以实现调峰和削峰填谷等效用。
[0003]水风光资源互补体现在不同时间尺度上，包括中长期电量资源层面上的互补、短期调度计划层面上的互补、实时控制层面上快速功率波动的互补。目前对于含水风光电力系统的研究主要集中于短期优化运行方面。在含风光等新能源的电力系统规划方面，国内外已进行了较多研究。很多研究中对发电系统和输电系统分别进行扩建规划建模，从而体现两个系统的扩建对整个电力系统不同的影响。但是从电力系统整体出发，发电系统和输电系统联合扩建优化能够得到一个经济上相对更优的解。现有研究存在以下两方面问题：
①
在水风光协调方面，同时涵盖梯级水电站和风光电站及直流外送的中长期规划研究较少；
②
未能充分发挥负荷侧需求响应的优势，形成源荷资源互补优势。
[0004]因此，现阶段需设计考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，来解决以上问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，以促进水风光资源消纳，降低系统中长期规划成本，对研究多源电力系统的协调规划运行具有重要意义。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立扩建规划设备投资模型和系统运行模型，包括发电机组、输电线路和负荷需求响应服务的投建，和发电机组、输电线路、母线等电力系统的运行约束；
[0009]步骤2：建立水电站和风光电站模型，包括水电转换关系、发电功率上下限约束、爬坡约束、发电流量、库容平衡、风光出力约束；
[0010]步骤3：建立负荷侧需求响应服务模型，对负荷削减或者负荷转移进行约束；
[0011]步骤4：建立直流外送模型，包括功率运行上下限约束、外送功率调整爬坡约束、相邻时段功率不能反向调整、外送功率向上和向下调整的次数限制及合同外送电量约束；
[0012]步骤5：构建以最小化系统总成本为目标函数，包括电力系统投建设施的成本、火电机组运行成本、失负荷惩罚成本的电力系统源网荷协调优化扩建模型；
[0013]步骤6：考虑新能源的消纳，对风光出力进行机会约束，采用拉丁超立方法对风光出力预测误差进行抽样，并利用样本平均近似法将机会约束模型转化为混合整数线性规划问题进行求解；
[0014]步骤7：输入多源电力系统数据、设备参数、运行参数，采用商业求解器Gurobi 对源网荷协调扩展规划模型进行求解，得出规划运行结果。
[0015]进一步的，步骤1所述扩建规划设备投资和系统运行模型具体如下：
[0016](1)扩建规划设备投资模型：
[0017]y
i(t
‑
1)
≤y
it
,i∈CG
[0018]y
l(t
‑
1)
≤y
lt
,l∈CL
[0019]y
d(t
‑
1)
≤y
dt
,d∈CD
[0020][0021]式中：t为年时间的索引；i，l和d分别为发电机组、输电线路和负荷的索引； CG，CL和CD分别指火电机组，输电线路和负荷需求响应服务的候选投资设施集合； y
it
，y
lt
和y
dt
分别指发电机组，输电线路和负荷需求响应服务的候选投资设施的投建状态；和T
iretire
分别为已有机组的运行状态以及退役时间；
[0022](2)扩建规划系统运行模型：
[0023][0024][0025]P
lat
·
X
l
＝(θ
s(l)at
‑
θ
r(l)at
),l∈EL
[0026]‑
(1
‑
y
lt
)
·
M≤P
lat
·
X
l
‑
(θ
s(l)at
‑
θ
r(l)at
)≤(1
‑
y
lt
)
·
M,l∈CL
[0027]‑
P
lmax
≤P
lat
≤P
lmax
,l∈EL
[0028]P
lmax
·
y
lt
≤P
lat
≤P
lmax
·
y
lt
,l∈CL
[0029][0030][0031]0≤P
iat
≤P
imax
·
y
it
,i∈CG
[0032]‑
Δ
i
≤P
iat
‑
P
i,a
‑
1,t
≤Δ
i
,i∈EG∪CG
[0033]式中：P
hat
为水电站h的调度值；P
wat
为风电场w的调度值；P
sat
为光伏电站s的调度值；v
dat
为电力负荷d的失负荷；P
dat
为考虑负荷d需求响应后的计划负荷；为直流c外送功率；P
lat
和θ
bat
分别为输电线路l的潮流以及母线b的相角；s(l)和r(l) 分别指代输电线路l的送端母线以及受端母线；X
l
为输电线路l的电抗；M为一个足够大的数；N(b)为一系列连接到母线b的设备集合；EL和EG分别为已有的输电线路和火电机组的集合。
[0034]进一步的，步骤2所述水电站和风光电站模型具体如下：
[0035](1)水电站模型：
[0036]P
hat
＝g
·
η
h
·
Q
hat
·
H
hat
[0037][0038]‑
Δ
h
≤P
hat
‑
P
h,a<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立扩建规划设备投资模型和系统运行模型，包括发电机组、输电线路和负荷需求响应服务的投建，和发电机组、输电线路、母线等电力系统的运行约束；步骤2：建立水电站和风光电站模型，包括水电转换关系、发电功率上下限约束、爬坡约束、发电流量、库容平衡、风光出力约束；步骤3：建立负荷侧需求响应服务模型，对负荷削减或者负荷转移进行约束；步骤4：建立直流外送模型，包括功率运行上下限约束、外送功率调整爬坡约束、相邻时段功率不能反向调整、外送功率向上和向下调整的次数限制及合同外送电量约束；步骤5：构建以最小化系统总成本为目标函数，包括电力系统投建设施的成本、火电机组运行成本、失负荷惩罚成本的电力系统源网荷协调优化扩建模型；步骤6：考虑新能源的消纳，对风光出力进行机会约束，采用拉丁超立方法对风光出力预测误差进行抽样，并利用样本平均近似法将机会约束模型转化为混合整数线性规划问题进行求解；步骤7：输入多源电力系统数据、设备参数、运行参数，采用商业求解器Gurobi对源网荷协调扩展规划模型进行求解，得出规划运行结果。2.根据权利要求1所述的考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，步骤1所述扩建规划设备投资和系统运行模型具体如下：(1)扩建规划设备投资模型：y
i(t
‑
1)
≤y
it
,i∈CGy
l(t
‑
1)
≤y
lt
,l∈CLy
d(t
‑
1)
≤y
dt
,d∈CD式中：t为年时间的索引；i，l和d分别为发电机组、输电线路和负荷的索引；CG，CL和CD分别指火电机组，输电线路和负荷需求响应服务的候选投资设施集合；y
it
，y
lt
和y
dt
分别指发电机组，输电线路和负荷需求响应服务的候选投资设施的投建状态；和T
iretire
分别为已有机组的运行状态以及退役时间；(2)扩建规划系统运行模型：(2)扩建规划系统运行模型：P
lat
·
X
l
＝(θ
s(l)at
‑
θ
r(l)at
),l∈EL
‑
(1
‑
y
lt
)
·
M≤P
lat
·
X
l
‑
(θ
s(l)at
‑
θ
r(l)at
)≤(1
‑
y
lt
)
·
M,l∈CL
‑
P
lmax
≤P
lat
≤P
lmax
,l∈ELP
lmax
·
y
lt
≤P
lat
≤P
lmax
·
y
lt
,l∈CL,l∈CL0≤P
iat
≤P
imax
·
y
it
,i∈CG
‑
Δ
i
≤P
iat
‑
P
i,a
‑
1,t
≤Δ
i
,i∈EG∪CG式中：P
hat
为水电站h的调度值；P
wat
为风电场w的调度值；P
sat
为光伏电站s的调度值；v
dat
为电力负荷d的失负荷；P
dat
为考虑负荷d需求响应后的计划负荷；为直流c外送功率；P
lat
和θ
bat
分别为输电线路l的潮流以及母线b的相角；s(l)和r(l)分别指代输电线路l的送端母线以及受端母线；X
l
为输电线路l的电抗；M为一个足够大的数；N(b)为一系列连接到母线b的设备集合；EL和EG分别为已有的输电线路和火电机组的集合。3.根据权利要求2所述的考虑水风光联合直流外送优化的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，步骤2所述水电站和风光电站模型具体如下：(1)水电站模型：P
hat
＝g
·
η
h
·
Q
hat
·
H
hat
‑
Δ
h
≤P
hat
‑
P
h,a
‑
1,t
≤Δ
hh
V
h,0,t
＝v
h,0,t
,V
h,NT,t
＝v
h,NT,t
V
hat
＝V
h,a
‑
1,t
+R
hat
+Q
h
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泓，魏明奎，蔡绍荣，江栗，陶宇轩，沈力，路亮，文一宇，张鹏，王庆，杨宇霄，
申请(专利权)人：国家电网公司西南分部，
类型：发明
国别省市：