[發明專利]一種適應全清潔能源電力系統的電網規劃方法

有效

• 申請號: 202011464180.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112418561B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李楠;李紅霞;張海寧;劉慶彪;馬雪;李芳;許德操;馬國福;李知藝;袁涔;宋克軒
• 申請（專利權）人: 浙江大學;國網青海省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種適應全清潔能源電力系統的電網規劃方法，屬于電氣工程技術領域。所述電網規劃方法包括：建立全清潔能源電力系統規劃?運行協同優化模型，通過Benders分解法把規劃?運行協同優化模型分解為雙層規劃問題，再利用啟發式算法預先確定機組組合方案，確定系統運行問題中的機組組合整數變量，迭代求解上層系統規劃主問題和下層系統運行子問題，有解，即獲得規劃的風光機組投建、儲能定址定容、線路擴建、擴容的方案。本發明的電網規劃方法充分考慮了風電、光伏發電等新能源并入電網后產生的不確定性問題和低慣量問題，通過規劃?運行協同優化確保規劃方案能夠安全運行。

技術領域

本發明涉及電氣工程技術領域，尤其是涉及一種適應全清潔能源電力系統的電網規劃方法。

背景技術

以風電、光伏為代表的新能源迅速發展，風電、光伏在電力系統滲透率不斷提高，甚至在部分國家和地區實現了階段性全清潔能源供電。但由于風、光能源具有極強的波動性、間歇性、隨機性，并且不能直接提供系統慣量支撐，所以當系統中的新能源達到一定比例后，電源和負荷的波動性增大，而系統的調節能力和抗干擾能力大幅度下降，嚴重地影響系統的穩定運行。因此現階段亟須研究出一種能夠適應不含火電機組的全清潔能源電力系統規劃方案，保證在下一階段電網能夠安全、經濟地轉型。

傳統的電網規劃方法為行業專家通過經驗提出多個可行的電網方案，然后進行經濟技術比較。傳統方法由于是設計人員根據工程經驗提出，所以包含人為的主觀因素，并不一定是客觀上的最優方案。要想把系統規劃對運行的影響考慮進電網規劃決策中，需要對規劃-運行進行聯合建模求解。而在電力系統是由大量電源、線路、節點組成的大規模復雜網絡，因此聯合模型將是一個大規模、非凸、非線性的混合整數規劃問題，無法直接求解規劃-運行聯合模型。所以需要把模型分解為規模較小的多個子問題，并通過啟發式方法消除其中的整數變量。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種適應全清潔能源電力系統的電網規劃方法。該電網規劃方法可以充分考慮新能源高比例接入產生的安全性問題；并通過規劃-運行聯合模型，使得規劃方案同時滿足規劃-運行兩個層面的全局最優，并提出一種基于Benders分解法與啟發式算法的啟發式方法，使得該聯合模型能夠高效求解。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種適應全清潔能源電力系統的電網規劃方法，包括如下步驟：

(1)規劃某一年時，獲取前一年全清潔能源電力系統中的電源結構和網架規劃結果，將網架規劃結果通過導納矩陣自修復公式得到前一年網架規劃結果的導納矩陣，將所述導納矩陣作為規劃年度的初始值，根據前一年的電源結構和導納矩陣建立規劃-運行協同優化模型，所述規劃-運行協同優化模型為：

其中，d^Ty表示系統規劃問題，c^Tx表示系統運行問題，y代表規劃決策變量，所述規劃決策變量包括電源建設決策、電網新建決策或擴容決策、儲能建設決策；d為相應的單位建設和擴容費用；x代表運行變量，所述運行變量包括火、水、風、光、儲的各時間段出力大小；c為相應機組單位發電成本；Dy≥b為規劃決策變量的約束，包括各資源容量約束、線路擴容約束和火電退出約束，D為第一系數矩陣和b為第一系數向量；Ex+Fy≥h表示運行約束，所述運行約束包括功率平衡約束、機組出力約束、線路潮流約束、機組啟停約束，E為第二系數矩陣、F為第三系數矩陣，h為第二系數向量；

(2)利用Benders分解法將步驟(1)中建立的規劃-運行協同優化模型分解為雙層規劃問題，所述雙層規劃問題分為上層的系統規劃主問題和下層的系統運行子問題；利用啟發式算法預先確定系統運行問題中的機組組合方案，然后迭代求解系統規劃主問題和系統運行子問題，若問題有解，即可獲得規劃的風光機組投建、儲能定址定容、線路擴建擴容方案和運行的機組出力情況、線路潮流分布和儲能運行狀況。

進一步地，所述電源結構包括火電、水電、風電、光伏發電機組的容量和位置，所述網架結構包括電網母線之間的連接關系及線路的導納參數。