分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法、系统及设备技术方案

分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，该方法先基于规划区域源、荷双侧数据构建以分布式变速抽水蓄能与电网建设及运行的期望成本最小为目标函数的含大规模新能源接入的协同规划模型，再求解构建的协同规划模型，得到最优的分布式变速抽水蓄能与电网规划方案。本发明专利技术不仅能够更好地满足新能源出力和负荷波动等灵活性需求，而且有效协调了电网建设与储能资源，提升了电网的新能源消纳能力。提升了电网的新能源消纳能力。提升了电网的新能源消纳能力。

【技术实现步骤摘要】
分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法、系统及设备


[0001]本专利技术属于电力系统规划
，具体涉及分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]近年来，我国新能源发展迅速，风电、光伏发电在电力系统中的占比逐年增加，高比例新能源电力系统逐渐成型。由于新能源出力间歇性和波动性的特点，加之我国电源结构以燃煤机组为主，系统运行灵活性不足，这使得高比例新能源的消纳面临挑战。抽水蓄能具有技术成熟、运行安全以及低碳绿色等优势，而且作为电能在时间上的转移手段，抽水蓄能的发展可弥补新能源出力的波动性和随机性带来的不足，提升电力系统的运行水平。
[0003]大型抽水蓄能电站的规划建设受地理、水文、环境等诸多条件的限制，且风电、光电接入高低压电网的规模也在高速增长。分布式变速抽水蓄能是指在多个位置存在多个变速抽水蓄能机组，因此其接入位置和接入容量成为一个不容忽视的问题。分布式变速抽水蓄能的位置和容量影响着电网系统的稳定性，接入的位置和容量相辅相成，共同构成分布式变速抽水蓄能系统的优化配置问题，合适的抽蓄接入位置和容量是电网可靠运行的重要保证。

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，提供一种能够有效协调电网建设与储能资源、实现高比例可再生能源高效消纳的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法、系统及设备。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，包括：
[0007]步骤A、基于规划区域源、荷双侧数据构建以分布式变速抽水蓄能与电网建设及运行的期望成本最小为目标函数的含大规模新能源接入的协同规划模型；
[0008]步骤B、求解构建的协同规划模型，得到最优的分布式变速抽水蓄能与电网规划方案。
[0009]所述协同规划模型的目标函数为：
[0010][0011]上式中，C
inv
为新建线路、分布式变速抽水蓄能机组和水库的投资成本，g
inv
为年投资折算系数，ρ
s
为第s个运行场景的发生概率，N
s
为运行场景数量，C
Th,s
、C
UD,s
、C
LS,s
、C
bes,s
、C
w,s
、C
pv,s
分别为第s个运行场景下的火电机组煤耗成本、火电机组启停成本、切负荷成本、电池退化成本、弃风成本、弃光成本，C
sp
、C
vp
、C
res
分别为定速抽水蓄能机组、分布式变速抽水蓄能机组和水库的维护成本。
[0012]所述协同规划模型的约束条件包括：
[0013]定速抽水蓄能运行约束：
[0014][0015][0016][0017]上式中，分别为第s个运行场景下t时段第i个定速抽水蓄能机组的抽水和发电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i个定速抽水蓄能机组的抽水和发电功率，分别为单台定速抽水蓄能机组的额定抽水功率、最小发电功率、最大发电功率；
[0018]分布式变速抽水蓄能运行约束：
[0019][0020][0021][0022]上式中，分别为第s个运行场景下t时段第i个分布式变速抽水蓄能机组的抽水、发电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i个分布式变速抽水蓄能机组的抽水、发电功率，分别为单台分布式变速抽水蓄能机组的最小抽水功率、最大抽水功率、最小发电功率、最大发电功率；
[0023]已有抽水蓄能电站对应的库容约束：
[0024][0025][0026][0027][0028]上式中，分别为第i个已有水库在第s个运行场景下t时段上水库与下水库的蓄水量，分别为第i个已有上水库的最小、最大蓄水量，分别为第i个已有下水库的最小、最大蓄水量，c
g
、c
p
分别为抽水蓄能机组发电、抽水功率和流量之间的转换系数，Δt为各时段的时长；
[0029]新建分布式变速抽水蓄能的库容约束：
[0030][0031][0032]上式中，为第i个新建上水库在第s个运行场景下t时段的蓄水量，为第i个新建上水库在第s个运行场景下t时段的蓄水量，分别为第i个新建上水库的最小、最大蓄水量。
[0033]所述协同规划模型的约束条件还包括：
[0034]电池储能运行约束：
[0035][0036][0037][0038][0039][0040]上式中，为第s个运行场景下t时段第i组电池的荷电状态，为第s个运行场景下t时段第i组电池的荷电状态，分别为电池储能的充、放电效率，为第i组电池的额定容量，为第i组电池的额定容量，分别为电池荷电状态的最小、最大值，分别为第s个运行场景下t时段第i组电池的充、放电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i组电池的充、放电功率，分别为第i组电池的最大充、放电功率；
[0041]火电机组运行约束：
[0042][0043][0044][0045]上式中，u
i,t,s
为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的启停状态，为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的发电功率，分别为第i个火电机组的最
小、最大出力，为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的启停状态变量，分别为第i个火电机组的上、下爬坡速率，分别为第i个火电机组的上、下爬坡最大速率。
[0046]所述协同规划模型的约束条件还包括：
[0047]功率平衡约束：
[0048][0049]上式中，分别为第s个运行场景下t时段第n个风电、光伏、火电机组所在节点的发电功率，分别为风电机组、光伏机组、火电机组、电池储能、定速抽水蓄能机组、变速抽水蓄能机组和负载所在的节点集合，为的系统弹性负荷及其最大值，为第s个运行场景下t时段第n个电池储能所在节点的充、放电功率，分别为第s个运行场景下t时段第n个定速抽水蓄能机组所在节点的抽水、发电功率，分别为第s个运行场景下t时段第n个分布式变速抽水蓄能机组所在节点的抽水、发电功率，为第s个运行场景下t时段第l条传输线路的电力潮流，o(l)、r(l)分别为第l条传输线路的起点、终点，分别为第s个运行场景下t时段第n个节点的负载、切负荷；
[0050]潮流约束：
[0051][0052][0053][0054][0055]上式中，B
l
为第l条候选传输线路的导纳，θ
o(l),t,s
、θ
r(l),t,s
分别为第s个运行场景下t时段第l条候选传输线路的起点、终点处电压相角，Ω
L+
为候选传输线路的集合，为候选传输线路的建设状态变量，若第l条候选传输线路建设，则否则F
lmax
为第l条候选传输线路的容量；
[0056]切负荷约束：
[0057][0058]节点电压相角约束：
[0059]‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述规划方法包括：步骤A、基于规划区域源、荷双侧数据构建以分布式变速抽水蓄能与电网建设及运行的期望成本最小为目标函数的含大规模新能源接入的协同规划模型；步骤B、求解构建的协同规划模型，得到最优的分布式变速抽水蓄能与电网规划方案。2.根据权利要求1所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述协同规划模型的目标函数为：上式中，C
inv
为新建线路、分布式变速抽水蓄能机组和水库的投资成本，g
inv
为年投资折算系数，ρ
s
为第s个运行场景的发生概率，N
s
为运行场景数量，C
Th,s
、C
UD,s
、C
LS,s
、C
bes,s
、C
w,s
、C
pv,s
分别为第s个运行场景下的火电机组煤耗成本、火电机组启停成本、切负荷成本、电池退化成本、弃风成本、弃光成本，C
sp
、C
vp
、C
res
分别为定速抽水蓄能机组、分布式变速抽水蓄能机组和水库的维护成本。3.根据权利要求2所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述协同规划模型的约束条件包括：定速抽水蓄能运行约束：定速抽水蓄能运行约束：定速抽水蓄能运行约束：上式中，分别为第s个运行场景下t时段第i个定速抽水蓄能机组的抽水和发电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i个定速抽水蓄能机组的抽水和发电功率，分别为单台定速抽水蓄能机组的额定抽水功率、最小发电功率、最大发电功率；分布式变速抽水蓄能运行约束：分布式变速抽水蓄能运行约束：分布式变速抽水蓄能运行约束：上式中，分别为第s个运行场景下t时段第i个分布式变速抽水蓄能机组的抽水、发电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i个分布式变速抽
水蓄能机组的抽水、发电功率，分别为单台分布式变速抽水蓄能机组的最小抽水功率、最大抽水功率、最小发电功率、最大发电功率；已有抽水蓄能电站对应的库容约束：已有抽水蓄能电站对应的库容约束：已有抽水蓄能电站对应的库容约束：已有抽水蓄能电站对应的库容约束：上式中，分别为第i个已有水库在第s个运行场景下t时段上水库与下水库的蓄水量，分别为第i个已有上水库的最小、最大蓄水量，分别为第i个已有下水库的最小、最大蓄水量，c
g
、c
p
分别为抽水蓄能机组发电、抽水功率和流量之间的转换系数，Δt为各时段的时长；新建分布式变速抽水蓄能的库容约束：新建分布式变速抽水蓄能的库容约束：上式中，为第i个新建上水库在第s个运行场景下t时段的蓄水量，为第i个新建上水库在第s个运行场景下t时段的蓄水量，分别为第i个新建上水库的最小、最大蓄水量。4.根据权利要求3所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述协同规划模型的约束条件还包括：电池储能运行约束：电池储能运行约束：电池储能运行约束：电池储能运行约束：电池储能运行约束：上式中，为第s个运行场景下t时段第i组电池的荷电状态，为第s个运行场景下t时段第i组电池的荷电状态，分
别为电池储能的充、放电效率，为第i组电池的额定容量，为第i组电池的额定容量，分别为电池荷电状态的最小、最大值，分别为第s个运行场景下t时段第i组电池的充、放电状态，分别为第s个运行场景下t时段第i组电池的充、放电功率，分别为第i组电池的最大充、放电功率；火电机组运行约束：火电机组运行约束：火电机组运行约束：上式中，u
i,t,s
为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的启停状态，为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的发电功率，分别为第i个火电机组的最小、最大出力，为第s个运行场景下t时段第i个火电机组的启停状态变量，分别为第i个火电机组的上、下爬坡速率，分别为第i个火电机组的上、下爬坡最大速率。5.根据权利要求4所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述协同规划模型的约束条件还包括：功率平衡约束：上式中，分别为第s个运行场景下t时段第n个风电、光伏、火电机组所在节点的发电功率，分别为风电机组、光伏机组、火电机组、电池储能、定速抽水蓄能机组、变速抽水蓄能机组和负载所在的节点集合，为的系统弹性负荷及其最大值，为第s个运行场景下t时段第n个电池储能所在节点的充、放电功率，分别为第s个运行场景下t时段第n个定速抽水蓄能机组所在节点的抽水、发电功率，分别为第s个运行场景
下t时段第n个分布式变速抽水蓄能机组所在节点的抽水、发电功率，为第s个运行场景下t时段第l条传输线路的电力潮流，o(l)、r(l)分别为第l条传输线路的起点、终点，分别为第s个运行场景下t时段第n个节点的负载、切负荷；潮流约束：潮流约束：潮流约束：潮流约束：上式中，B
l
为第l条候选传输线路的导纳，θ
o(l),t,s
、θ
r(l),t,s
分别为第s个运行场景下t时段第l条候选传输线路的起点、终点处电压相角，Ω
L+
为候选传输线路的集合，为候选传输线路的建设状态变量，若第l条候选传输线路建设，则否则F
lmax
为第l条候选传输线路的容量；切负荷约束：节点电压相角约束：
‑
π≤θ
n,t,s
≤πθ
ref,t,s
＝0上式中，θ
n,t,s
为第s个运行场景下t时段第n个节点相对于参考节点的电压相角，θ
ref,t,s
为第s个运行场景下t时段参考节点的电压相角。6.根据权利要求1所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方法，其特征在于，所述步骤B包括：采用凸优化方法对所述协同规划模型中的双线性部分进行松弛，通过混合整数线性规划求解器上求解松弛后的协同规划模型，得到最优的分布式变速抽水蓄能与电网规划方案。7.分布式变速抽水蓄能与电网协同规划系统，其特征在于，包括协同规划模型构建模块(1)、协同规划模型求解模块(2)；所述协同规划模型构建模块(1)用于基于规划区域源、荷双侧数据构建以分布式变速抽水蓄能与电网建设及运行的期望成本最小为目标函数的含大规模新能源接入的协同规划模型；所述协同规划模型求解模块(2)用于求解构建的协同规划模型，得到最优的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划方案。8.根据权利要求7所述的分布式变速抽水蓄能与电网协同规划系统，其特征在于，
所述协同规划模型构建模块(1)包括目标函数构建单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟，井浩然，赵红生，徐秋实，王博，余轶，王佳，文劲宇，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：