一种多阶段储能与输电网协同规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种多阶段储能与输电网协同规划方法及系统，涉及电力系统规划领域；该方法包括：获取电力系统的运行数据；基于运行数据确定机组组合计划结果；构建惯量计算模型；基于惯量计算模型确定储能安装候选节点集；根据机组组合计划结果和储能安装候选节点集，构建多阶段储能与输电网协同规划模型；多阶段储能与输电网协同规划模型包括：目标函数和约束条件；根据约束条件对目标函数进行求解，得到电力系统的最优规划方案；最优规划方案为电力系统的各个阶段的输电线路扩建计划和储能的选址定容结果；本发明专利技术能够提高风电消纳能力和系统频率安全。系统频率安全。系统频率安全。

【技术实现步骤摘要】
一种多阶段储能与输电网协同规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统规划领域，特别是涉及一种多阶段储能与输电网协同规划方法及系统。

技术介绍

[0002]随机可再生能源比例的增加进一步增加了影响系统的不确定性，有效地处理更多的不确定性需要更大的灵活性，同时，风电出力的波动性、随机性和间歇性给电力系统的安全性和稳定性带来了风险；此外，大规模风电并网后会产生大量弃风，并且随着负荷需求的增长，输电网中会产生大量的输电阻塞。因此，如何应对大规模新能源并网后产生的安全稳定问题及大量弃风的问题，成为国内外学术界和工业界的关注重点。
[0003]在此环境下，将储能与输电网进行协同规划将成为以后的研究重点。在经典方法中，输电网扩容规划是选择新建输电线路的最优手段，输电网扩容规划模型的实施需要在一个或多个规划周期内优化多个目标(减少拥塞、最小化运营和投资成本、增加系统竞争力和社会效益最大化等)。储能可以缓解峰值负荷，降低线路饱和，减少所需投资，改善网络拥塞，同时储能通过灵活控制能对高比例新能源电力系统动态频率起到重要支撑作用。将储能与输电网协同规划可以缓解输电阻塞，延缓输电网升级改造，并且可以解决高比例新能源并网降低系统惯量水平及惯性分布不均的问题。
[0004]电力系统规划模型根据规划范围可分为静态模型和动态模型，动态规划模型即多阶段规划模型，相较于静态规划模型更适用于工程实际。储能与输电网多阶段协同规划模型，要求各个规划阶段的总经济性最优。规划过程中，将不同阶段的风电并网容量和负荷需求的增长情况带入动态规划模型之中，下阶段按照上阶段的电网扩建和储能选址定容方案进行新的规划，以规划周期总经济性最优得到最终的规划方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多阶段储能与输电网协同规划方法及系统，以提高风电消纳能力和系统频率安全。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种多阶段储能与输电网协同规划方法，所述方法包括：
[0008]获取电力系统的运行数据；所述运行数据包括：风电数据和负荷数据；
[0009]基于所述运行数据确定机组组合计划结果；
[0010]构建惯量计算模型；所述惯量计算模型是根据所述机组组合计划结果，基于电力系统的节点与机组之间的同步功率系数构建的数学计算模型；
[0011]基于所述惯量计算模型确定储能安装候选节点集；
[0012]根据所述机组组合计划结果和所述储能安装候选节点集，构建多阶段储能与输电网协同规划模型；所述多阶段储能与输电网协同规划模型包括：目标函数和约束条件；所述目标函数是以所述电力系统的规划周期总成本最小为目标构建的；所述约束条件包括：节
点功率平衡约束、支路潮流约束、发电机组及风电场运行约束、储能运行约束、频率变化率约束、准稳态频率约束和频率最低点限制约束；
[0013]根据所述约束条件对所述目标函数进行求解，得到电力系统的最优规划方案；所述最优规划方案，包括：所述规划周期总成本最小时对应的电力系统的各个阶段的输电线路扩建计划和储能的选址定容结果。
[0014]可选地，所述目标函数的表达式为：
[0015]f＝f
line
+f
ess
+f
ope
；
[0016]其中，f为目标函数；f
line
为线路总投资成本；f
ess
为储能总投资成本；f
ope
为规划周期内系统总运行成本。
[0017]可选地，所述节点功率平衡约束的表达式为：
[0018][0019]其中，A
o
为现有线路的节点支路关联矩阵；A
p
为待选线路的节点支路关联矩阵；A
y
为第y年新建线路的节点支路关联矩阵；为现有线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；为待选线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；为第y年新建的线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；P
gen,t,Y
为第Y年时段t内火电厂的有功出力向量；P
wind,t,Y
为第Y年时段t内风电场的有功出力向量；为第y年新建的储能在第Y年时段t内新建储能的充放电功率向量；P
ess,t,Y
为在第Y年时段t内新建储能的充放电功率向量；P
l,t,Y
为第Y年时段t内各节点负荷向量。
[0020]可选地，所述支路潮流约束的表达式为：
[0021][0022][0023][0024]θ
ref,t,Y
＝0；
[0025]其中，为第Y年时段t内现有支路ij流过的总有功功率；b
ij
为支路ij单条线路电纳；为支路ij原有线路数目；为第y年新建的线路数目；θ
i,t,Y
为第Y年时段t内节点i的电压相角；θ
j,t,Y
为第Y年时段t内节点j的电压相角；Ω
o
为现有线路集；为第Y年时段t内待建支路ij新建第p条线路流过的有功功率；M
ij
为设定数值；为第Y年在支路ij新建第p条线路的决策变量；为支路ij待建线路最大数目；θ
ref,t,Y
为第Y年时段t内平衡节点ref的电压相角。
[0026]可选地，所述发电机组及风电场运行约束的表达式为：
[0027]‑
ω
d,g
Δt≤P
g,t,Y
‑
P
g,t
‑
1,Y
≤ω
u,g
Δt；
[0028][0029]SU
g,t,Y
‑
SD
g,t,Y
＝v
g,t,Y
‑
v
g,t
‑
1,Y
；
[0030][0031][0032][0033]其中，ω
d,g
为发电机组g的滑坡率；Δt为时间间隔；P
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的发电功率；P
g,t
‑
1,Y
为第Y年时段t
‑
1内发电机组g的发电功率；ω
u,g
为发电机组g的爬坡率；为发电机组g的出力下限；为发电机组g的出力上限；SU
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的开机的状态变量；SD
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的停机的状态变量；v
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的运行状态变量；v
g,t
‑
1,Y
为第Y年时段t
‑
1内发电机组g的运行状态变量；SU
g,max
为发电机组g的最大开机时间；SD
g,max
为发电机组g的最大停机时间；P
wind,j,t,Y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述方法包括：获取电力系统的运行数据；所述运行数据包括：风电数据和负荷数据；基于所述运行数据确定机组组合计划结果；构建惯量计算模型；所述惯量计算模型是根据所述机组组合计划结果，基于电力系统的节点与机组之间的同步功率系数构建的数学计算模型；基于所述惯量计算模型确定储能安装候选节点集；根据所述机组组合计划结果和所述储能安装候选节点集，构建多阶段储能与输电网协同规划模型；所述多阶段储能与输电网协同规划模型包括：目标函数和约束条件；所述目标函数是以所述电力系统的规划周期总成本最小为目标构建的；所述约束条件包括：节点功率平衡约束、支路潮流约束、发电机组及风电场运行约束、储能运行约束、频率变化率约束、准稳态频率约束和频率最低点限制约束；根据所述约束条件对所述目标函数进行求解，得到电力系统的最优规划方案；所述最优规划方案，包括：所述规划周期总成本最小时对应的电力系统的各个阶段的输电线路扩建计划和储能的选址定容结果。2.根据权利要求1所述的多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：f＝f
line
+f
ess
+f
ope
；其中，f为目标函数；f
line
为线路总投资成本；f
ess
为储能总投资成本；f
ope
为规划周期内系统总运行成本。3.根据权利要求1所述的多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述节点功率平衡约束的表达式为：其中，A
o
为现有线路的节点支路关联矩阵；A
p
为待选线路的节点支路关联矩阵；A
y
为第y年新建线路的节点支路关联矩阵；为现有线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；为待选线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；为第y年新建的线路在第Y年时段t内的支路有功功率向量；P
gen,t,Y
为第Y年时段t内火电厂的有功出力向量；P
wind,t,Y
为第Y年时段t内风电场的有功出力向量；为第y年新建的储能在第Y年时段t内新建储能的充放电功率向量；P
ess,t,Y
为在第Y年时段t内新建储能的充放电功率向量；P
l,t,Y
为第Y年时段t内各节点负荷向量。4.根据权利要求1所述的多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述支路潮流约束的表达式为：流约束的表达式为：
θ
ref,t,Y
＝0；其中，为第Y年时段t内现有支路ij流过的总有功功率；b
ij
为支路ij单条线路电纳；为支路ij原有线路数目；为第y年新建的线路数目；θ
i,t,Y
为第Y年时段t内节点i的电压相角；θ
j,t,Y
为第Y年时段t内节点j的电压相角；Ω
o
为现有线路集；为第Y年时段t内待建支路ij新建第p条线路流过的有功功率；M
ij
为设定数值；为第Y年在支路ij新建第p条线路的决策变量；为支路ij待建线路最大数目；θ
ref,t,Y
为第Y年时段t内平衡节点ref的电压相角。5.根据权利要求1所述的多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述发电机组及风电场运行约束的表达式为：
‑
ω
d,g
Δt≤P
g,t,Y
‑
P
g,t
‑
1,Y
≤ω
u,g
Δt；SU
g,t,Y
‑
SD
g,t,Y
＝v
g,t,Y
‑
v
g,t
‑
1,Y
；；；其中，ω
d,g
为发电机组g的滑坡率；Δt为时间间隔；P
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的发电功率；P
g,t
‑
1,Y
为第Y年时段t
‑
1内发电机组g的发电功率；ω
u,g
为发电机组g的爬坡率；为发电机组g的出力下限；为发电机组g的出力上限；SU
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的开机的状态变量；SD
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的停机的状态变量；v
g,t,Y
为第Y年时段t内发电机组g的运行状态变量；v
g,t
‑
1,Y
为第Y年时段t
‑
1内发电机组g的运行状态变量；SU
g,max
为发电机组g的最大开机时间；SD
g,max
为发电机组g的最大停机时间；P
wind,j,t,Y
为第Y年时段t内风电场j的预测功率；为第Y年时段t内风电场j的实际输出功率。6.根据权利要求1所述的多阶段储能与输电网协同规划方法，其特征在于，所述储能运行约束的表达式为：0≤p
cha,i,t,Y
≤P
ess,i,Y
x
cha,i,t,Y
；0≤p
di...

【专利技术属性】
技术研发人员：武昭原，周明，王智冬，韩晓男，汪莹，周恒宇，王新刚，赵琮皓，吴界辰，陈政琦，高源，吴高磊，边家瑜，于志勇，余金，
申请(专利权)人：国网经济技术研究院有限公司国网新疆电力有限公司国网新疆电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：