一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法技術

本發明專利技術涉及一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法，包括：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：判斷是否需要特定可靠性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束條件；步驟5：尋求最優規劃方案進行仿真計算。本發明專利技術提供的技術方案可以為輸電網中長期拓展規劃提供評估新的評價指標、新的目標函數、更加合理全面的可靠性和經濟性約束條件，該方法具有簡單、實用、全面、操作性強的特點。

A mixed programming method for mid long term transmission network expansion planning in power market environment

The invention relates to a power market environment in the long-term development of hybrid transmission network planning method, planning includes the following steps: Step 1: objective function set mixed programming model; step 2: set the grid operation constraint conditions; step 3: using the N-1 constraint conditions and N-2 flexible constraints of grid detection; step 4: to determine whether the specific reliability constraint to strengthen the transmission network to meet the N-1 constraint and N-2 flexible constraints; step 5: seeking the optimal planning scheme by simulation calculation. The technical scheme provided by the invention can provide the transmission network expansion planning long-term evaluation of new evaluation index, the objective function, a new and more reasonable and comprehensive reliability and economic constraints, the method is simple, practical, comprehensive, operational characteristics.

【技術實現步驟摘要】
一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法
本專利技術涉及一種電力系統規劃方法，具體涉及一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法。
技術介紹
隨著我國電力改革的進一步深入和電力市場的快速發展，發電企業和電網公司都面臨著新的挑戰和機遇。電力市場的興起也為輸電網拓展規劃帶來了新特點。建立電力市場的主要目的：通過在電力工業中引入新的參與者、競爭者來打破電力系統的壟斷，實現優化電力工業資源組合配置，提高電力系統的運行效率的目的。輸電網的拓展規劃不僅需要計及電網本身的不確定性因素，還需要在決策過程中充分考慮發電廠商、輸電網公司、用戶的利益需求，以及市場監管集團的管理職能等。因此，輸電網拓展規劃成為涉及金融、投資、電力工程技術等多個領域的交叉課題，變得更加復雜。與此同時，國內外電網規劃準則和方法在應對新一輪變化中已顯不足。在電力工業集中管制的環境下，確定性規劃準則是應用最為廣泛的一種規劃標準，主要的形式為將N-1、N-2作為可靠性約束條件。其優點主要有思路清晰，易于使用，對計算工具要求低；缺點有：1.只分析了故障的影響不考慮故障發生的概率，可能造成過度投資；2.不能很好地處理電網規劃中的不確定因素。隨著電力工業結構的重組、電力市場的不斷發展與完善，概率性規劃準則由于其在處理不確定因素的良好表現，也得到了迅速的發展和應用但是，概率性規劃準則由于其采用了大量的統計數據，而統計數據本身的隨機性會影響計算的準確性。
技術實現思路
為解決上述現有技術中的不足，本專利技術的目的是提供一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法。本專利技術的目的是采用下述技術方案實現的：本專利技術提供一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；(混合性規劃模型是確定性規劃模型和概率性規劃模型的混合)；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：判斷是否需要特定可靠性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束；步驟5：尋求最優規劃方案進行仿真計算。進一步地，所述步驟1中，設定混合性規劃模型的目標函數滿足以下原則：1)采用資本回收系數將整個設備(整個設備是指需要建設的設備的總稱)的投資費用由一個時間點歸算到設備壽命的每一年；2)混合性規劃模型的目標函數計算步長為一年，若有投資費用，則投資費用發生在年初，社會總效益和電能損失值在年終計算；3)采用凈現值計算規劃周期內的社會總效益和投資費用；一個規劃周期中社會總效益和投資費用均以規劃周期開始時間為計算凈現值的時間點；社會效益盈余等于社會總效益減去投資費用；4)混合性規劃模型通過不同的場景來模擬電力系統不同的負荷水平，同時賦予不同場景相應的比重系數用于衡量對應負荷在一年中的持續時間和負荷情況；混合性規劃模型設置多個場景來模擬電力系統中各個典型的負荷水平及其持續時間，具體設置情況視具體的電網情況而定；混合性規劃模型的目標函數如下：式中：P為特定故障發生概率；r為折現率；ωa為場景a的比重系數；Ωa為所有場景的集合；ΩD為所有負荷點的集合；Ωd為每個負荷所有區域的集合；a表示場景；Q表示發電機；d為每個負荷節點的負荷；h和b分別表示在場景a下負荷d的區域以及在場景a下發電機Q的區域；為在場景a下負荷d在其h區域中的購電價格；為在場景a下負荷d在其h區域中的負荷值；ΩG為所有發電機組的集合；ΩQ為發電機組所有區域的集合；為在場景a下發電機Q在其b區域中的供電價格；為在場景a下發電機Q在其b區域中的出力；為在場景a下負荷d在其h區域中損失單位電量對應的用戶可靠性費用；為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力；σ為資本回收系數；Cij為在通道i-j中建設一條線路的總費用；nij為在通道i-j中新建的線路數量；為計算資本回收系數σ，設新建線路最少運行的壽命為t年，因此資本回收周期為t年，壽命周期t年的折現率為r,表達式如下式(2)：為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力在一年中損失的電量時，采用期望缺供電量EENS進行計算，單位為MWh/year，其數值通過負荷持續曲線計算得到，如下式(3)：式中：LPk-l為到達負荷節點k的最大潮流，單位為MW；LPk為節點k最大的用電負荷，單位為MW；φk為負荷節點k上有效負荷持續曲線。進一步地，所述步驟2中，電網運行基本約束條件包括：功率約束：直流潮流計算：線路潮流約束：原有線路的潮流約束新建線路的潮流約束發電機機組出力約束：節點上負荷損失值的約束：0≤La≤d(9)新建線路回數的約束：其他：式中：Ωa為所有場景的集合；S0為原網絡分支節點的關聯矩陣；為在場景a下通道i-j中線路通過的潮流；f0a為在場景a下的向量和；S為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fa為在場景a下通道i-j中新建線路通過的潮流，為場景a下的向量和；在場景a下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；ga為在場景a下節點上發電機的出力，即的和，為在場景a下發電機i在其b區域中的出力；La為在場景a節點上的電力損失，即的和，為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力；da為在場景a下節點的負荷值，即的向量和，為在場景a下負荷d在其h區域中的負荷值；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；為在場景a下節點i的電壓角度；為原有網絡線路的集合；為通道i-j中一條線路的最大容量；為發電機組的最大功率；d為每個負荷節點的負荷；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij為非負整數；f0a和為實數。進一步地，所述步驟3中，N-1強制約束條件表述為：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原有線路通過的潮流；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下的向量和；Smn為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fmn為通道m-n中新建線路通過的潮流；gmn為通道m-n中一條線路發生故障下節點上發電機的出力；d為每個負荷節點的負荷；為在通道m-n中一條線路發生故障下剩余線路通過的潮流；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；和為在通道m-n中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；為通道i-j中一條線路的最大容量；在通道m-n中一條線路發生故障下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；為發電機組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij為非負整數；ψ為故障集合；N-2柔性約束條件的表述為：S0pqf0pq+Spqfpq+gpq+lpq＝d,ij＝pq≠st(22)S0stf0st+Sstfst+gst+lst＝d,ij＝st≠pq(26)S0pqstf0pqst+Spqstfpqst+gpqst+lpqst＝d,(30)ij＝pq＝st且(31)ij＝pq＝st且且且0≤lpq≤d,0≤lst≤d,0≤lpqst≤d(38)(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ(39)Eq.(4)-(11)(40)其中，S0p本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N?1強制約束條件和N?2柔性約束條件檢測電網；步驟4：判斷是否需要特定可靠性約束條件加強輸電網以滿足N?1強制約束和N?2柔性約束；步驟5：尋求最優規劃方案進行仿真計算。

【技術特征摘要】
1.一種電力市場環境下中長期輸電網拓展規劃的混合性規劃方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：判斷是否需要特定可靠性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束；步驟5：尋求最優規劃方案進行仿真計算。2.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟1中，設定混合性規劃模型的目標函數滿足以下原則：1)采用資本回收系數將新建線路的投資費用由一個時間點歸算到線路壽命的每一年；2)混合性規劃模型的目標函數計算步長為一年，若有投資費用，則投資費用發生在年初，社會總效益和電能損失值在年終計算；3)采用凈現值計算規劃周期內的社會總效益和投資費用；一個規劃周期中社會總效益和投資費用均以規劃周期開始時間為計算凈現值的時間點；社會效益盈余等于社會總效益減去投資費用；4)混合性規劃模型通過不同的場景來模擬電力系統不同的負荷水平，同時賦予不同場景相應的比重系數用于衡量對應負荷在一年中的持續時間和負荷情況；混合性規劃模型的目標函數如下：式中：P為特定故障發生概率；r為折現率；a表示場景，ωa為場景a的比重系數；Ωa為所有場景的集合；ΩD為所有負荷點的集合；Ωd為每個負荷所有區域的集合；Q表示發電機；d為每個負荷節點的負荷；h和b分別表示在場景a下負荷d的區域以及在場景a下發電機Q的區域；為在場景a下負荷d在其h區域中的購電價格；為在場景a下負荷d在其h區域中的負荷值；ΩG為所有發電機組的集合；ΩQ為發電機組所有區域的集合；為在場景a下發電機Q在其b區域中的供電價格；為在場景a下發電機Q在其b區域中的出力；為在場景a下負荷d在其h區域中損失單位電量對應的用戶可靠性費用；為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力；σ為資本回收系數；Cij為在通道i-j中建設一條線路的總費用；nij為在通道i-j中新建的線路數量；為計算資本回收系數σ，設新建線路最少運行的壽命為t年，因此資本回收周期為t年，壽命周期t年的折現率為r，表達式為：為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力在一年中損失的電量時，采用期望缺供電量EENS進行計算，單位為MWh/year，其數值通過負荷持續曲線計算得到：式中：LPk-l為到達負荷節點k的最大潮流，單位為MW；LPk為節點k最大的用電負荷，單位為MW；φk為負荷節點k上有效負荷持續曲線。3.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟2中，電網運行基本約束條件包括：功率約束：直流潮流計算：線路潮流約束：原有線路的潮流約束新建線路的潮流約束發電機機組出力約束：節點上負荷損失值的約束：0≤La≤d(9)新建線路回數的約束：其他：式中：Ωa為所有場景的集合；S0為原網絡分支節點的關聯矩陣；為在場景a下通道i-j中線路通過的潮流；f0a為在場景a下的向量和；S為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fa為在場景a下通道i-j中新建線路通過的潮流，為場景a下的向量和；在場景a下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；ga為在場景a下節點上發電機的出力，即的和，為在場景a下發電機i在其b區域中的出力；La為在場景a節點上的電力損失，即的和，為在場景a下負荷d在其h區域中的損失電力；da為在場景a下節點的負荷值，即的向量和，為在場景a下負荷d在其h區域中的負荷值；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；a為在場景a下節點i的電壓角度；為原有網絡線路的集合；為通道i-j中一條線路的最大容量；為發電機組的最大功率；d為每個負荷節點的負荷；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij為非負整數；f0a和為實數。4.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟3中，N-1強制約束條件表述為：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原有線路通過的潮流；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下的向量和；Smn為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fmn為通道m-n中新建線路通過的潮流；gmn為通道m-n中一條線路發生故障下節點上發電機的出力；d為每個負荷節點的負荷；fij0mn為在通道m-n中一條線路發生故障下剩余線路通過的潮流；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；和為在通道m-n中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；為通道i-j中一條線路的最大容量；在通道m-n中一條線路發生故障下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；為發電機組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij為非負整數；ψ為故障集合；N-2柔性約束條件的表述為：<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王一哲，湯涌，董朝陽，顧卓遠，韓奕，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網甘肅省電力公司，國網甘肅省電力公司經濟技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11