一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法技术

本发明专利技术属于电网资源规划技术领域，尤其涉及一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法。包括建立双层随机规划模型，并在模型中以典型日的方式考虑了多种典型的可再生能源出力模式；双层随机规划模型包括目标函数和约束条件；目标函数为投资成本与运行成本的总和；约束条件包括上层约束和下层约束；上层约束包括投资容量约束和可再生能源电量渗透率约束，用于约束各类资源的建设容量；下层约束用于估算运行成本以及约束在每个典型日下发电设备的出力及储能的充放电功率；同时，双层随机规划模型中增加对季节性储能日间时序耦合约束，以考虑季节性储能的全年运行。一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法避免了对365天逐日决策。划方法避免了对365天逐日决策。划方法避免了对365天逐日决策。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法


[0001]本专利技术属于电网资源规划
，尤其涉及一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法。

技术介绍

[0002]目前，为了应对可再生能源的功率不确定性，通过建立双层随机规划模型，并在模型中以典型日的方式考虑了多种典型的可再生能源出力模式。发电和输电的投资决策约束为上层约束，而下层模型针对典型运行场景进行运行模拟，并将运行成本返回到上层参与投资决策。
[0003]图1a展示了传统含可再生能源的电力系统规划框架，其目标函数为投资成本与运行成本之和最小，约束条件为两层，上层为投资决策约束，约束各类资源的建设容量，下层为运行模拟约束，通过对多个典型场景的运行模拟估算运行成本。需要注意的是，在此框架下典型场景间无时序耦合。而在上节分析中提到，在对季节性储能建模时，其循环约束涉及的周期为一年，在运行模拟中应考虑季节性储能全年的运行情况。由于对大规模系统在规划中考虑全年8760h运行模拟的计算量巨大。
[0004]为此，我们在典型日运行模拟的框架上增加对季节性储能日间时序耦合约束，以考虑季节性储能的全年运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法季仅由少量典型日确定从而避免了对365天逐日决策。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案具体步骤如下：
[0007]一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，包括建立双层随机规划模型，并在模型中以典型日的方式考虑了多种典型的可再生能源出力模式；所述双层随机规划模型包括目标函数和约束条件；所述目标函数为投资成本与运行成本的总和；所述约束条件包括上层约束和下层约束；
[0008]上层约束包括投资容量约束和可再生能源电量渗透率约束，用于约束各类资源的建设容量；
[0009]下层约束用于估算运行成本以及约束在每个典型日下发电设备的出力及储能的充放电功率；
[0010]同时，双层随机规划模型中增加对季节性储能日间时序耦合约束，以考虑季节性储能的全年运行。
[0011]进一步地，所述季节性储能在属于相同典型日的任意两个运行日内，初始能量水平不同，但能量的变化量相同，季节性储能在日内的充放电决策仅由少量典型日确定，而其全年内每日的初始能量水平需要建立典型日间的耦合约束加以确定。
[0012]进一步地，所述目标函数为最小化年化投资成本C
INV
、运行成本C
OPR
以及可再生能
源消纳目标惩罚项C
VRE
之和
[0013]minC
INV
+C
OPR
+C
VRE
(1)
[0014]且
[0015][0016][0017]C
VRE
＝c
VRE
P
dificit (4)
[0018]其中分别表示火电等传统同步机组g、风电场w、光伏电站pv和储能设备es的单位容量年化投资成本；
[0019]分别为对应的投资容量；和分别表示线路l的年化投资成本及线路投建的变量，变量为0
‑
1，等于1时表示线路投建；
[0020]N
G
、N
W
、N
PV
、N
ES
和分别是待选的传统同步机组的总数、风电场总数、光伏电站总数、储能设备总数以及线路总数；
[0021]年运行成本C
OPR
由典型日运行成本估算得到；ρ
s
是全年中第s个典型日出现的次数，N
S
是典型日的数量；
[0022]是第g个同步机组在典型日s时刻t的出力，为了避免引入表示机组启停状态及开停机操作的0
‑
1变量，同步机组依据相似的运行特性参数聚合为N
M
个类别，SU
m,t,s
表示第m类机组的启动容量；
[0023]和分别表示储能装置的充电和放电功率；
[0024]表示第n个节点的切负荷功率；N
T
和N
N
分别为典型日内的总时刻数以及系统总节点数；
[0025]c
ES
、c
D
分别为同步机组g单位发电成本、第m类同步机组单位启动容量成本、储能的单位运行成本以及切负荷的单位惩罚成本；
[0026]式(3)第1行表示同步机组的燃料成本和启动成本，第2行表示储能的运行成本，第3行表示切负荷惩罚成本；P
dificit
表示实际所发可再生能源电量相较于可再生能源电量目标的缺额，c
VRE
表示可再生能源电量缺额的单位惩罚成本。
[0027]进一步地，所述上层约束条件包括投资容量约束和可再生能源电量渗透率约束，
[0028]投资容量约束包括同步机组、风电、光伏、和储能设备的最大投资容量约束如式(5)～(8)；
[0029][0030][0031][0032][0033]其中分别表示节点n上待建传统同步机组、风电场、光伏电站、储能设备的最大容量；分别表示节点n上所有的待建同步机组、风电场、光伏电站、储能设备；
[0034]为了避免储能同时充放电的情况且不引入表征储能充放电状态的0
‑
1变量，将引入可再生能源电量渗透率约束中，可再生能源电量渗透率约束：
[0035][0036]其中和分别为风电场和光伏电站的出力。
[0037]进一步地，所述下层约束条件约束包括：常规机组运行约束、风电出力约束、光伏出力约束、储能运行约束、切负荷约束、线路潮流约束、节点电力平衡约束、系统备用约束、常规机组频率支撑能力约束、可再生能源频率支撑能力约束和频率安全约束。
[0038]进一步地，所述常规机组运行约束方法：对聚类后的机组进行建模，将具有相似运行特性的火电机组进行聚类，通过引入在线容量启动容量SU
m,t,s
和关停容量对火电机组的运行状态进行描述，从而避免了0
‑
1变量的引入。
[0039]进一步地，所述风电出力约束采用不同降载模式提供频率备用的风电场具有不同的功率约束，为了表示高位降载、低位降载和百分比降载策略，引入的功率约束，为了表示高位降载、低位降载和百分比降载策略，引入和三组0
‑
1变量，变量取值为1时表示风电场采用了对应的降载策略。
[0040]风电场的功率约束如式(9)～(13)所示。
[0041][0042][0043][0044][0045][0046]其中表示最大风电可发功率标幺值，M是一个足够大的数，λ
W
是风电的备用
率，式(9)表示风电出力不大于最大可发功率，式(10)表示若风电场采用高位降载策略，其最大功率不大于(1
‑
λ
W
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：包括建立双层随机规划模型，并在模型中以典型日的方式考虑了多种典型的可再生能源出力模式；所述双层随机规划模型包括目标函数和约束条件；所述目标函数为投资成本与运行成本的总和；所述约束条件包括上层约束和下层约束；上层约束包括投资容量约束和可再生能源电量渗透率约束，用于约束各类资源的建设容量；下层约束用于估算运行成本以及约束在每个典型日下发电设备的出力及储能的充放电功率；同时，双层随机规划模型中增加对季节性储能日间时序耦合约束，以考虑季节性储能的全年运行。2.根据权利要求1所述的一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：所述季节性储能在属于相同典型日的任意两个运行日内，初始能量水平不同，但能量的变化量相同，季节性储能在日内的充放电决策仅由少量典型日确定，而其全年内每日的初始能量水平需要建立典型日间的耦合约束加以确定。3.根据权利要求1所述的一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：所述目标函数为最小化年化投资成本C
INV
、运行成本C
OPR
以及可再生能源消纳目标惩罚项C
VRE
之和minC
INV
+C
OPR
+C
VRE
(1)且，且，C
VRE
＝c
VRE
P
dificit (4)其中分别表示火电等传统同步机组g、风电场w、光伏电站pv和储能设备es的单位容量年化投资成本；分别为对应的投资容量；和分别表示线路l的年化投资成本及线路投建的变量，变量为0
‑
1，等于1时表示线路投建；N
G
、N
W
、N
PV
、N
ES
和分别是待选的传统同步机组的总数、风电场总数、光伏电站总数、储能设备总数以及线路总数；年运行成本C
OPR
由典型日运行成本估算得到；ρ
s
是全年中第s个典型日出现的次数，N
S
是典型日的数量；
是第g个同步机组在典型日s时刻t的出力，为了避免引入表示机组启停状态及开停机操作的0
‑
1变量，同步机组依据相似的运行特性参数聚合为N
M
个类别，SU
m,t,s
表示第m类机组的启动容量；和分别表示储能装置的充电和放电功率；表示第n个节点的切负荷功率；N
T
和N
N
分别为典型日内的总时刻数以及系统总节点数；c
ES
、c
D
分别为同步机组g单位发电成本、第m类同步机组单位启动容量成本、储能的单位运行成本以及切负荷的单位惩罚成本；式(3)第1行表示同步机组的燃料成本和启动成本，第2行表示储能的运行成本，第3行表示切负荷惩罚成本；P
dificit
表示实际所发可再生能源电量相较于可再生能源电量目标的缺额，c
VRE
表示可再生能源电量缺额的单位惩罚成本。4.根据权利要求1所述的一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：所述上层约束条件包括投资容量约束和可再生能源电量渗透率约束，投资容量约束包括同步机组、风电、光伏、和储能设备的最大投资容量约束如式(5)～(8)；(8)；(8)；(8)；其中分别表示节点n上待建传统同步机组、风电场、光伏电站、储能设备的最大容量；分别表示节点n上所有的待建同步机组、风电场、光伏电站、储能设备；为了避免储能同时充放电的情况且不引入表征储能充放电状态的0
‑
1变量，将引入可再生能源电量渗透率约束中，可再生能源电量渗透率约束：其中和分别为风电场和光伏电站的出力。5.根据权利要求1所述的一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：所述下层约束条件约束包括：常规机组运行约束、风电出力约束、光伏出力约束、
储能运行约束、切负荷约束、线路潮流约束、节点电力平衡约束、系统备用约束、常规机组频率支撑能力约束、可再生能源频率支撑能力约束和频率安全约束。6.根据权利要求5所述的一种考虑经济与频率安全约束的双层随机源网规划方法，其特征在于：所述常规机组运行约束方法：对聚类后的机组进行建模，将具有相似运行特性的火电机组进行聚类，通过引入在线容量启动容量SU
m,t,s
和关停容量对火电机组的运行状态进行描述，从而避免了0
‑
1变量的引入；所述风电出力约束采用不同降载模式提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，赵龙，王定美，吕清泉，高鹏飞，张金平，马志程，张睿骁，沈渭程，张健美，刘丽娟，张彦琪，张珍珍，李津，甄文喜，赵连斌，陈明，马卫卫，沈荟云，郑翔宇，陈柏旭，王晟，刘海伟，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：