本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)規(guī)劃方法，具體涉及一種電力市場(chǎng)環(huán)境下中長(zhǎng)期輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃的混合性規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)電力改革的進(jìn)一步深入和電力市場(chǎng)的快速發(fā)展，發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司都面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。電力市場(chǎng)的興起也為輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃帶來(lái)了新特點(diǎn)。建立電力市場(chǎng)的主要目的：通過(guò)在電力工業(yè)中引入新的參與者、競(jìng)爭(zhēng)者來(lái)打破電力系統(tǒng)的壟斷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電力工業(yè)資源組合配置，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率的目的。輸電網(wǎng)的拓展規(guī)劃不僅需要計(jì)及電網(wǎng)本身的不確定性因素，還需要在決策過(guò)程中充分考慮發(fā)電廠商、輸電網(wǎng)公司、用戶的利益需求，以及市場(chǎng)監(jiān)管集團(tuán)的管理職能等。因此，輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃成為涉及金融、投資、電力工程技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的交叉課題，變得更加復(fù)雜。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)規(guī)劃準(zhǔn)則和方法在應(yīng)對(duì)新一輪變化中已顯不足。在電力工業(yè)集中管制的環(huán)境下，確定性規(guī)劃準(zhǔn)則是應(yīng)用最為廣泛的一種規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，主要的形式為將N-1、N-2作為可靠性約束條件。其優(yōu)點(diǎn)主要有思路清晰，易于使用，對(duì)計(jì)算工具要求低；缺點(diǎn)有：1.只分析了故障的影響不考慮故障發(fā)生的概率，可能造成過(guò)度投資；2.不能很好地處理電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定因素。隨著電力工業(yè)結(jié)構(gòu)的重組、電力市場(chǎng)的不斷發(fā)展與完善，概率性規(guī)劃準(zhǔn)則由于其在處理不確定因素的良好表現(xiàn)，也得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用但是，概率性規(guī)劃準(zhǔn)則由于其采用了大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身的隨機(jī)性會(huì)影響計(jì)算的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種電力市場(chǎng)環(huán)境下中長(zhǎng)期輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃的混合性規(guī)劃方法。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種電力市場(chǎng)環(huán)境下中長(zhǎng)期輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃的混合性規(guī)劃方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟：

步驟1：設(shè)定混合性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)；(混合性規(guī)劃模型是確定性規(guī)劃模型和概率性規(guī)劃模型的混合)；

步驟2：設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行基本約束條件；

步驟3：利用N-1強(qiáng)制約束條件和N-2柔性約束條件檢測(cè)電網(wǎng)；

步驟4：判斷是否需要特定可靠性約束條件加強(qiáng)輸電網(wǎng)以滿足N-1強(qiáng)制約束和N-2柔性約束；

步驟5：尋求最優(yōu)規(guī)劃方案進(jìn)行仿真計(jì)算。

進(jìn)一步地，所述步驟1中，設(shè)定混合性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)滿足以下原則：

1)采用資本回收系數(shù)將整個(gè)設(shè)備(整個(gè)設(shè)備是指需要建設(shè)的設(shè)備的總稱)的投資費(fèi)用由一個(gè)時(shí)間點(diǎn)歸算到設(shè)備壽命的每一年；

2)混合性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步長(zhǎng)為一年，若有投資費(fèi)用，則投資費(fèi)用發(fā)生在年初，社會(huì)總效益和電能損失值在年終計(jì)算；

3)采用凈現(xiàn)值計(jì)算規(guī)劃周期內(nèi)的社會(huì)總效益和投資費(fèi)用；一個(gè)規(guī)劃周期中社會(huì)總效益和投資費(fèi)用均以規(guī)劃周期開始時(shí)間為計(jì)算凈現(xiàn)值的時(shí)間點(diǎn)；社會(huì)效益盈余等于社會(huì)總效益減去投資費(fèi)用；

4)混合性規(guī)劃模型通過(guò)不同的場(chǎng)景來(lái)模擬電力系統(tǒng)不同的負(fù)荷水平，同時(shí)賦予不同場(chǎng)景相應(yīng)的比重系數(shù)用于衡量對(duì)應(yīng)負(fù)荷在一年中的持續(xù)時(shí)間和負(fù)荷情況；混合性規(guī)劃模型設(shè)置多個(gè)場(chǎng)景來(lái)模擬電力系統(tǒng)中各個(gè)典型的負(fù)荷水平及其持續(xù)時(shí)間，具體設(shè)置情況視具體的電網(wǎng)情況而定；

混合性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：P為特定故障發(fā)生概率；r為折現(xiàn)率；ω^a為場(chǎng)景a的比重系數(shù)；Ω_a為所有場(chǎng)景的集合；Ω_D為所有負(fù)荷點(diǎn)的集合；Ω_d為每個(gè)負(fù)荷所有區(qū)域的集合；a表示場(chǎng)景；Q表示發(fā)電機(jī)；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；h和b分別表示在場(chǎng)景a下負(fù)荷d的區(qū)域以及在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q的區(qū)域；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的購(gòu)電價(jià)格；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的負(fù)荷值；Ω_G為所有發(fā)電機(jī)組的集合；Ω_Q為發(fā)電機(jī)組所有區(qū)域的集合；為在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q在其b區(qū)域中的供電價(jià)格；為在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q在其b區(qū)域中的出力；為 在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中損失單位電量對(duì)應(yīng)的用戶可靠性費(fèi)用；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的損失電力；σ為資本回收系數(shù)；C_ij為在通道i-j中建設(shè)一條線路的總費(fèi)用；n_ij為在通道i-j中新建的線路數(shù)量；

為計(jì)算資本回收系數(shù)σ，設(shè)新建線路最少運(yùn)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(xiàn)率為r,表達(dá)式如下式(2)：

為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的損失電力在一年中損失的電量時(shí)，采用期望缺供電量EENS進(jìn)行計(jì)算，單位為MWh/year，其數(shù)值通過(guò)負(fù)荷持續(xù)曲線計(jì)算得到，如下式(3)：

式中：LP_k-l為到達(dá)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k的最大潮流，單位為MW；LP_k為節(jié)點(diǎn)k最大的用電負(fù)荷，單位為MW；φ_k為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)k上有效負(fù)荷持續(xù)曲線。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，電網(wǎng)運(yùn)行基本約束條件包括：

功率約束：

直流潮流計(jì)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(fā)電機(jī)機(jī)組出力約束：

節(jié)點(diǎn)上負(fù)荷損失值的約束：

0≤L^a≤d (9)

新建線路回?cái)?shù)的約束：

其他：

式中：Ω_a為所有場(chǎng)景的集合；S⁰為原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；為在場(chǎng)景a下通道i-j中線路通過(guò)的潮流；f^0a為在場(chǎng)景a下的向量和；S為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^a為在場(chǎng)景a下通道i-j中新建線路通過(guò)的潮流，為場(chǎng)景a下的向量和；在場(chǎng)景a下通道i-j中新建每一條線路通過(guò)的潮流；g^a為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力，即的和， 為在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)i在其b區(qū)域中的出力；L^a為在場(chǎng)景a節(jié)點(diǎn)上的電力損失，即的和，為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的損失電力；d^a為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷值，即的向量和，為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的負(fù)荷值；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納； 為通道i-j中原有的線路數(shù)量；為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)i的電壓角度；為原有網(wǎng)絡(luò)線路的集合；為通道i-j中一條線路的最大容量；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；n_ij為非負(fù)整數(shù)；f^0a和為實(shí)數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟3中，N-1強(qiáng)制約束條件表述為：

S^0mnf^0mn+S^mnf^mn+g^mn＝d (12)

(m,n)∈ψ (20)

Eq.(4)-(11) (21)

其中，S^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下 的向量和；S^mn為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^mn為通道m(xù)-n中新建線路通過(guò)的潮流；g^mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的 負(fù)荷；為在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納；為通道i-j中原有的線路數(shù)量；和為在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)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(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下通道i-j中新建每一條線路通過(guò)的潮流；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；n_ij為非負(fù)整數(shù)；ψ為故障集合；

N-2柔性約束條件的表述為：

S^0pqf^0pq+S^pqf^pq+g^pq+l^pq＝d,ij＝pq≠st (22)

S^0stf^0st+S^stf^st+g^st+l^st＝d,ij＝st≠pq (26)

S^0pqstf^0pqst+S^pqstf^pqst+g^pqst+l^pqst＝d,

(30)

ij＝pq＝st且

(31)

ij＝pq＝st且

且

且

0≤l^pq≤d,0≤l^st≤d,0≤l^pqst≤d (38)

(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ (39)

Eq.(4)-(11) (40)

其中，S^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下 的向量和；S^pq為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^pq為通道p-q中新建線路通過(guò)的潮流；g^pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為在通道p-q中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；和為在通道p-q中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；S^0st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^ost為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下的向量和；S^st為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^st為通道s-t中新建線路通過(guò)的潮流；g^st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為在通道s-t中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；和為在通道s-t中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；S^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下的向量和；S^pqst為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^pqst為通道i-j中新建線路通過(guò)的潮流；g^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；和為在通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納；為通道i-j中原有的線路數(shù)量； 為通道i-j中一條線路的最大容量；在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下通道i-j中新建每一條線路通過(guò)的潮流；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；上標(biāo)pq,st表示在通道p-q和s-t中一回線路發(fā)生了故障，pqst表示在同一通道中兩回線路同時(shí)發(fā)生故障，ψ為故障集合；l^pq為通道p-q中一回線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中新建線路中的功率；l^st為通道s-t中一回線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中新建線路中的功率；l^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；g^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下，節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；為通道i-j兩回線路故障時(shí)，新建線路中的功率；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)通過(guò)的潮流；θ_i為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓角度；θ_j為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)通過(guò)的潮流；為通道i-j中一條線路的最大容量；為通道i-j中原有線路的回?cái)?shù)；為通道i-j中一條線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；f_ij為通道i-j中新建線路中的功率；

模型通過(guò)N-2柔性約束條件來(lái)計(jì)算在N-2故障情況下電力系統(tǒng)的負(fù)荷損失。其允許有損失負(fù)荷，但是允許損失負(fù)荷的大小由目標(biāo)函數(shù)和其他約束條件確定，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案在N-2柔性約束條件下取得了經(jīng)濟(jì)性和可靠性的平衡；模型使用N-1強(qiáng)制性約束條件校驗(yàn)電網(wǎng)，電網(wǎng)在N-1故障情況下不允許出現(xiàn)負(fù)荷損失，保證得到的電網(wǎng)規(guī)劃方案必然滿足N-1準(zhǔn)則。

進(jìn)一步地，所述步驟4中，特定可靠性約束條件的表述如下式：

L_k＜T (41)

缺電時(shí)間期望的數(shù)值通過(guò)負(fù)荷持續(xù)曲線計(jì)算得到：

式中：L_k為節(jié)點(diǎn)k的缺電時(shí)間期望，單位為hours/year；T為缺電時(shí)間期望(LOLE)在特定可靠性約束中的閾值，單位為hours/year；LP_k-l為到達(dá)節(jié)點(diǎn)k的最大潮流，單位為MW；LP_k為節(jié)點(diǎn)k最大的用電負(fù)荷，單位為MW；φ_k為節(jié)點(diǎn)k上有效負(fù)荷持續(xù)曲線。

進(jìn)一步地，所述步驟5中，混合性規(guī)劃模型已對(duì)所有的約束條件進(jìn)行了線性化處理，使用直流模型和最優(yōu)潮流模型的方法，將輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)為混合整數(shù)線性規(guī)劃問(wèn)題，通過(guò)Matlab和YALMIP調(diào)用的商業(yè)軟件CPLEX實(shí)現(xiàn)仿真計(jì)算。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

本發(fā)明提供一種基于電力市場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用于輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃中的混合性規(guī)劃方法，屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域。基于確定性規(guī)劃準(zhǔn)則和概率性規(guī)劃準(zhǔn)則，提出了一種混合性規(guī)劃模型，綜合考慮N-1和N-2約束、經(jīng)濟(jì)性約束、可靠性約束、故障發(fā)生概率、可靠性成本、投資費(fèi)用、期望缺供電量(EENS)以及缺電時(shí)間期望(LOLE)等，同時(shí)通過(guò)定義多個(gè)場(chǎng)景來(lái)模擬電力系統(tǒng)的負(fù)荷水平，并考慮電力市場(chǎng)的因素，將輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)為混合整數(shù)線性規(guī)劃問(wèn)題。所述方法可以為輸電網(wǎng)中長(zhǎng)期拓展規(guī)劃提供評(píng)估新的評(píng)價(jià)指標(biāo)、新的目標(biāo)函數(shù)、更 加合理全面的可靠性和經(jīng)濟(jì)性約束條件，該方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、全面、操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的電力市場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用于輸電網(wǎng)中長(zhǎng)期拓展規(guī)劃的混合性規(guī)劃方法流程圖；

圖2是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的江西省南部500/220kV電網(wǎng)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的兩種規(guī)劃模型對(duì)應(yīng)的結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過(guò)程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過(guò)一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明提供一種基于電力市場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用于輸電網(wǎng)拓展規(guī)劃中的混合性規(guī)劃方法，流程圖如圖1所示，包括下述步驟：

步驟1：設(shè)定合理的目標(biāo)函數(shù)，真實(shí)反映電網(wǎng)建設(shè)的要求：

在中長(zhǎng)期輸電網(wǎng)規(guī)劃中，投資費(fèi)用發(fā)生在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而社會(huì)效益和電量損失則發(fā)生在一個(gè)時(shí)間段上，兩者之間不能直接比較。為了解決以上問(wèn)題，本文采用以下解決方案：

1)采用資本回收系數(shù)(Capital Recovery Factor)將整個(gè)設(shè)備的投資費(fèi)用由一個(gè)時(shí)間點(diǎn)歸算到設(shè)備壽命的每一年。

2)混合性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步長(zhǎng)為一年，且認(rèn)為：如有投資費(fèi)用，則投資費(fèi)用發(fā)生在年初，社會(huì)總效益和電能損失值都在年終計(jì)算。

3)為了便于與傳統(tǒng)的規(guī)劃模型進(jìn)行比較，本文中采用凈現(xiàn)值的概念用于計(jì)算規(guī)劃周期內(nèi)的社會(huì)總效益和投資費(fèi)用。一個(gè)規(guī)劃周期中社會(huì)總效益和投資費(fèi)用都以規(guī)劃周期開始時(shí)間為計(jì)算凈現(xiàn)值的時(shí)間點(diǎn)。社會(huì)效益盈余等于社會(huì)總效益減去投資費(fèi)用。

4)模型通過(guò)不同的場(chǎng)景來(lái)模擬系統(tǒng)不同的負(fù)荷水平，同時(shí)賦予不同場(chǎng)景相應(yīng)的比重系數(shù)

用于衡量對(duì)應(yīng)負(fù)荷的在一年(8760小時(shí))中的持續(xù)時(shí)間和負(fù)荷情況。

目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式如下：

式中：P為特定故障發(fā)生概率；r為折現(xiàn)率；ω^a為場(chǎng)景a的比重系數(shù)；Ω_a為所有場(chǎng)景的集合；Ω_D為所有負(fù)荷點(diǎn)的集合；Ω_d為每個(gè)負(fù)荷所有區(qū)域的集合；a表示場(chǎng)景；Q表示發(fā)電機(jī)；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；h和b分別表示在場(chǎng)景a下負(fù)荷d的區(qū)域以及在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q的區(qū)域；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的購(gòu)電價(jià)格；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的負(fù)荷值；Ω_G為所有發(fā)電機(jī)組的集合；Ω_Q為發(fā)電機(jī)組所有區(qū)域的集合；為在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q在其b區(qū)域中的供電價(jià)格；為在場(chǎng)景a下發(fā)電機(jī)Q在其b區(qū)域中的出力；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中損失單位電量對(duì)應(yīng)的用戶可靠性費(fèi)用；為在場(chǎng)景a下負(fù)荷d在其h區(qū)域中的損失電力；σ為資本回收系數(shù)；C_ij為在通道i-j中建設(shè)一條線路的總費(fèi)用；n_ij為在通道i-j中新建的線路數(shù)量；其中：

為計(jì)算資本回收系數(shù)σ，假設(shè)如下：新建線路最少運(yùn)行的壽命為t年，因此資本回收周期為t年，該壽命周期中的折現(xiàn)率為r,表達(dá)式如下(2)：

E_k(EENS,MWh/year)為期望缺供電量，其數(shù)值可通過(guò)負(fù)荷持續(xù)曲線計(jì)算得到，見式(3)：

式中：LP_k-l(MW)為到達(dá)節(jié)點(diǎn)k的最大潮流；LP_k(MW)為節(jié)點(diǎn)k最大的用電負(fù)荷；φ_k為節(jié)點(diǎn)k上有效負(fù)荷持續(xù)曲線。

步驟2：設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行基本約束條件

功率約束：

直流潮流計(jì)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(fā)電機(jī)機(jī)組出力約束：

節(jié)點(diǎn)上負(fù)荷損失值的約束：

0≤l^a≤d (9)

新建線路回?cái)?shù)的約束：

其他：

式中：S⁰為原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；為在場(chǎng)景a下通道i-j中線路通過(guò)的潮流；f^0a為在場(chǎng)景a下的向量和；S為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^a為在場(chǎng)景a下通道i-j中新建線路通過(guò)的潮流；g^a為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力，即的和；L^a為在場(chǎng)景a節(jié)點(diǎn)上的電力損失，即的和；d^a為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷值，即的向量和；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納；為通道i-j中原有的線路數(shù)量；為在場(chǎng)景a下節(jié)點(diǎn)i的電壓角度；為原有網(wǎng)絡(luò)線路的集合；為通道i-j中一條線路的最大容量；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；n_ij為非負(fù)整數(shù)；f^0a和為實(shí)數(shù)。

步驟3：電網(wǎng)的N-1強(qiáng)制約束條件和N-2柔性約束條件的表述

N-1強(qiáng)制性約束條件的表述為：

S^0mnf^0mn+S^mnf^mn+g^mn＝d (12)

(m,n)∈ψ (20)

Eq.(4)-(11) (21)

其中，S^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下 的向量和；S^mn為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^mn為通道m(xù)-n中新建線路通過(guò)的潮流；g^mn為通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納；為通道i-j中原有的線路數(shù)量；和為在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)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(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下通道i-j中新建每一條線路通過(guò)的潮流；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；n_ij為非負(fù)整數(shù)；ψ為故障集合；

N-2柔性約束條件的表述為：

S^0pqf^0pq+S^pqf^pq+g^pq+l^pq＝d,ij＝pq≠st (22)

S^0stf^0st+S^stf^st+g^st+l^st＝d,ij＝st≠pq (26)

S^0pqstf^0pqst+S^pqstf^pqst+g^pqst+l^pqst＝d,

(30)

ij＝pq＝st且

(31)

ij＝pq＝st且

且

且

0≤l^pq≤d,0≤l^st≤d,0≤l^pqst≤d (38)

(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ (39)

Eq.(4)-(11) (40)

其中，S^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下 的向量和；S^pq為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^pq為通道p-q中新建線路通過(guò)的潮流；g^pq為通道p-q中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為在通道p-q中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；θ_i^pq和θ_j^pq為在通道p-q中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；S^0st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^ost為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下的向量和；S^st為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^st為通道s-t中新建線路通過(guò)的潮流；g^st為通道s-t中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；為在通道s-t中一條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；和為在通道s-t中一條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；S^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下原網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下原有線路通過(guò)的潮流；f^0pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下的向量和；S^pqst為新建線路的網(wǎng)絡(luò)分支節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣；f^pqst為通道i-j中新建線路通過(guò)的潮流；g^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；d為每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷；通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下剩余線路通過(guò)的潮流；和為在通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；γ_ij為通道i-j中一條線路的導(dǎo)納；為通道i-j中原有的線路數(shù)量； 為通道i-j中一條線路的最大容量；在通道m(xù)-n中一條線路發(fā)生故障下通道i-j中新 建每一條線路通過(guò)的潮流；為發(fā)電機(jī)組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設(shè)的最大條數(shù)；上標(biāo)pq,st表示在通道p-q和s-t中一回線路發(fā)生了故障，pqst表示在同一通道中兩回線路同時(shí)發(fā)生故障，ψ為故障集合；l^pq為通道p-q中一回線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中新建線路中的功率；l^st為通道s-t中一回線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中新建線路中的功率；l^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下，電力系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)損失的電力；g^pqst為通道i-j中兩條線路發(fā)生故障下，節(jié)點(diǎn)上發(fā)電機(jī)的出力；為通道i-j兩回線路故障時(shí)，新建線路中的功率；為通道i-j中一回線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)通過(guò)的潮流；θ_i為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)i的電壓角度；θ_j為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)節(jié)點(diǎn)j的電壓角度；為通道i-j中線路沒有發(fā)生故障時(shí)通過(guò)的潮流；為通道i-j中一條線路的最大容量；為通道i-j中原有線路的回?cái)?shù)；為通道i-j中一條線路的最大容量；n_ij為通道i-j中新建的線路回?cái)?shù)；f_ij為通道i-j中新建線路中的功率；

注意：N-2柔性約束條件表述時(shí)，允許有損失負(fù)荷l的；而N-1強(qiáng)制性約束條件則不允許出現(xiàn)負(fù)荷損失。該約束條件保證了得到的電網(wǎng)規(guī)劃方案必然滿足N-1準(zhǔn)則，同時(shí)在N-2柔性約束條件下取得了經(jīng)濟(jì)性和可靠性的平衡。

步驟4：特定可靠性約束條件的表述

約束條件如下(43):

L_k＜T (41)

式中：L_k(hours/year)為節(jié)點(diǎn)k的缺電時(shí)間期望；T(hours/year)為L(zhǎng)OLE在該約束中的閾值。缺電時(shí)間期望的數(shù)值可通過(guò)負(fù)荷持續(xù)曲線計(jì)算得到，見式(44)：

該約束條件保證了電網(wǎng)的可靠性水平，此約束條件的閾值也需要依據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定而制訂。同時(shí)該約束條件也沒有考慮故障的發(fā)生概率，只考慮故障的影響，因此，避免了某些小概率大影響事故的出現(xiàn)。

步驟5：仿真計(jì)算

模型所有的約束條件在尋優(yōu)計(jì)算中都是平等性，尋優(yōu)仿真計(jì)算的步長(zhǎng)為一年，即得每一年 輸電網(wǎng)拓展的最優(yōu)規(guī)劃方案，方案一定滿足所有約束條件的。

實(shí)施例

本發(fā)明以江西省南部輸電網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，仿真計(jì)算其未來(lái)十年的中期規(guī)劃方案，驗(yàn)證所提方法的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

圖2為江西省南部500/220kV電網(wǎng)，該測(cè)試系統(tǒng)有22個(gè)節(jié)點(diǎn)和4回500kV輸電線路，每條通道可建最大線路數(shù)為3回。表1列出了系統(tǒng)中線路的相關(guān)參數(shù)。表2顯示了每個(gè)發(fā)電機(jī)組的容量和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的初始負(fù)荷，注意：每個(gè)負(fù)荷都按負(fù)荷大小等分成了5個(gè)區(qū)域，同時(shí)賦予了5個(gè)購(gòu)電價(jià)格；而每個(gè)發(fā)電機(jī)的出力則為一個(gè)整體區(qū)域，供電價(jià)格則為單一值。表3顯示了不同場(chǎng)景的參數(shù)，例如：場(chǎng)景1的比重指數(shù)為0.4，它表示該場(chǎng)景代表的負(fù)荷水平的持續(xù)時(shí)間為一年(8760小時(shí))中40％；場(chǎng)景1的負(fù)荷指數(shù)為0.35，其表示該場(chǎng)景代表的負(fù)荷水平為該負(fù)荷點(diǎn)在當(dāng)年的最高負(fù)荷的35％。圖3為系統(tǒng)的有效負(fù)荷持續(xù)曲線，由表3所給的數(shù)據(jù)換算得到。其中，節(jié)點(diǎn)16、17和21只需要滿足N-1準(zhǔn)則，不需要進(jìn)行N-2校驗(yàn)。

表1江西省南部輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的線路參數(shù)

表2發(fā)電機(jī)組的容量和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的初始負(fù)荷與電價(jià)

表3不同場(chǎng)景的相關(guān)參數(shù)

表4江西省南部輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)

通過(guò)尋優(yōu)計(jì)算得到規(guī)劃方案如下：在負(fù)荷年增速為3％時(shí)，混合性規(guī)劃模型在規(guī)劃周期內(nèi)沒有線路需要建設(shè)，傳統(tǒng)規(guī)劃模型在第10年需要建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)7的線路；在負(fù)荷年增長(zhǎng)率為6％時(shí)，混合型規(guī)劃模型在第8年需要建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)7的線路，而傳統(tǒng)規(guī)劃模型則需要在第5年建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)5至節(jié)點(diǎn)7的線路，在第7年建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)3至節(jié)點(diǎn)4的線路；在負(fù)荷年增速為8％時(shí)，混合性規(guī)劃模型要求在第6年和第9年分別建設(shè)連接節(jié)點(diǎn)5至節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)3至節(jié)點(diǎn)4的兩回線路，傳統(tǒng)規(guī)劃模型要求在第3年建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)7的線路，第5年建設(shè)一回連接節(jié)點(diǎn)3至節(jié)點(diǎn)4的線路。

表5、表6和圖3顯示了兩個(gè)規(guī)劃模型對(duì)應(yīng)3％，6％和8％負(fù)荷增速的社會(huì)總效益盈余和系統(tǒng)的嚴(yán)重指數(shù)。

表5兩種模型對(duì)應(yīng)三個(gè)負(fù)荷增速的社會(huì)總收益盈余(10⁷￥)

表6兩種模型對(duì)應(yīng)三個(gè)負(fù)荷增速的系統(tǒng)的嚴(yán)重指數(shù)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)的對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)：混合性規(guī)劃模型在保證電網(wǎng)可靠性的前提下，合 理延后了連接節(jié)點(diǎn)5到7線路的建設(shè)時(shí)間，該回線路的建設(shè)可以使斷面(3-4、5-6、5-7)滿足N-2準(zhǔn)則，同時(shí)從整個(gè)規(guī)劃周期看，基于混合性規(guī)劃模型下的電力系統(tǒng)的可靠性水平和傳統(tǒng)規(guī)劃模型相比沒有明顯的變化，將潛在的故障損失控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。