一種自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)規(guī)劃領域，具體涉及一種自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法。
【背景技術】
[0002] 電網(wǎng)規(guī)劃問題是用來確定最佳線路建設方案以滿足逐年增加的負荷需要，以及相 應的安全運行標準。近年來，隨著可再生能源的大范圍接入，以及長距離的功率輸送，對電 網(wǎng)規(guī)劃提出了新的要求。電網(wǎng)規(guī)劃問題是從候選線路集中選取一些線路來進行建設。長期 以來，電網(wǎng)規(guī)劃過程中所需要的候選擬建線路都是根據(jù)專家的經(jīng)驗以及一些簡單準則來由 人工給定，然而此方法面臨著巨大挑戰(zhàn)。
[0003] 理論上，電網(wǎng)中任意兩個節(jié)點都可以架設線路，即任意兩點之間都可以成為候選 線路。雖然，大部分可能候選線路都可以由一些明顯因素(地理條件，線路長度等）而排除 掉，但是還會剩余大量的候選線路需要進行識別。電網(wǎng)規(guī)劃的復雜性決定了候選線路集的 大小不能太大，這就需要對剩余的可能候選線路進行進一步識別，排除出不必要的候選線 路。此外，隨著可再生能源的大規(guī)模接入，會對電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生重要影響。可再生能源豐富的 地區(qū)大多遠離負荷中心，這就需要長距離功率傳輸，進行區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)。這就使得電網(wǎng)規(guī)劃 問題的規(guī)模越來越大，使得候選線路集的選取變得更加復雜。
[0004] 目前而言，對選取候選線路集的研究還相當匱乏，僅有兩篇文章研究了此問題，并 且都將節(jié)點邊際成本差異作為選取候選線路的唯一標準。在文獻《Automatic Selection of Candidate Investments for Transmission Expansion PlanningKInternational Journal of Electrical Power&Energy Systems,2014，vol.59,pp. 130-140)中，將節(jié)點邊 際成本差異與線路額定功率相乘作為單位時間內(nèi)減少網(wǎng)絡阻塞的投資收益。如果某線路的 投資收益大于投資成本，則將此線路作為候選線路。在文獻《Design of a High Capacity Inter-Regional Transmission Overlay for the U. S))(IEEE Transactions on Power Systems，2015，30( 1)，pp. 513-521)中同樣將節(jié)點邊際成本差異作為候選線路的必要條件。 然而僅將節(jié)點邊際成本差異作為選取候選線路的唯一標準，則可能會將一些好的候選線路 排除在外。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法，解決了現(xiàn)有電網(wǎng) 規(guī)劃過程中人工選擇候選線路集的不足。目前而言，候選線路集的選擇都是基于專家運行 經(jīng)驗而人工給定。然而，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加，系統(tǒng)存在大量不確定性因素(可再生能源接 入，發(fā)電規(guī)劃，負荷增長等），區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)以及長距離功率輸送，選擇候選線路的難度會很 大。人工選擇候選線路的方法，會面臨巨大的挑戰(zhàn)。
[0006] 本發(fā)明所提供的一種自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法，包括以下步驟：
[0007] 1、一種自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法，其特征在于:包括以下步驟
[0008] 1):在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，采用擬規(guī)劃年份的負荷和發(fā)電，建立數(shù)學模型LMPC，計算 節(jié)點邊際成本；
[0009] 2):檢查潮流過載通道，初始化候選線路集CL為空集，然后采用LMPC模型，計算最 優(yōu)潮流；
[0010] 3):在完成潮流過載通道檢查之后，進行N-k安全校驗；
[0011] 4):增加節(jié)點邊際成本"差異大"通道，將候選線路集CL中所涉及的節(jié)點設為阻塞 節(jié)點，將所有阻塞節(jié)點形成的集合設為C;
[0012] 5):檢查其他通道，來決定是否把與阻塞節(jié)點相連的其余線路加入到候選線路集 中。
[0013]步驟1)中所述的數(shù)學模型LMPC為：
[0023] 上述模型中涉及變量對應含義為:Cg為第g臺發(fā)電機的發(fā)電成本;pg為第g臺發(fā)電機 的功率;Ci〇i PS甩負荷費用；qi為每個節(jié)點甩負荷量;Cre3S為可再生能源未利用懲罰費用;L w 為第w個可再生能源的未利用量;G為發(fā)電機集合;B為節(jié)點集合;W為可再生能源集合;以為 節(jié)點i上的發(fā)電機集合;Eo為現(xiàn)有線路集合;Em為末端為節(jié)點i的線路集合;Ei.為始端為節(jié) 點i的線路集合;WA在節(jié)點i的可再生能源發(fā)電集合;P w為第w個可再生能源的功率辦為節(jié) 點i上的負荷;fe為線路e的功率;Be為線路e的電抗;ie/ je為線路e的始端/末端;％、4分別 為線路e始端和末端節(jié)點的相角;Z為線路e的額定容量;艮為發(fā)電機g的發(fā)電容量；瓦為可 再生能源w的可用發(fā)電容量;σ為可再生能源的利用率;ξ,為式（1)對應的對偶系數(shù)，也就是 節(jié)點i的邊際成本;該最優(yōu)潮流的目標函數(shù)如式（1)所示，最小化發(fā)電成本、甩負荷成本和可 再生能源未利用量懲罰成本之和。式(2)-(9)為式(1)目標函數(shù)的約束條件，式(2)表示每個 節(jié)點的能量平衡;式(3)表示線路必須滿足霍夫定律;式(4)表示線路功率需在額定容量之 內(nèi)；式(5)表示發(fā)電機功率必須小于最大發(fā)電容量;式(6)表示可再生能源的利用量需大于 給定比例；式(7)表示每個節(jié)點的切負荷量小于等于節(jié)點負荷;式(8)表示可再生能源功率 小于其可用功率;式(9)表示可再生能源的未利用量小于等于其可利用量。
[0024] 步驟2)進一步包括:在得到潮流結(jié)果之后，檢查每一條線路的潮流是否達到額定 容量;如果達到額定容量，說明該條線路是過載線路;對于阻塞線路，則將其增加到候選線 路CL中；將候選線路加入到線路列表中，重新計算LMPC，再一次檢查是否存在過載線路;如 果仍然存在，則繼續(xù)增加對應過載線路到CL中，直到最優(yōu)潮流計算結(jié)果中，不存在過載線 路。
[0025] 步驟3)進一步包括:在每次檢查過程中，線路包括現(xiàn)有線路，以及候選線路集CL中 的線路。首先初始化所需要考慮的N-k安全校驗事故集合。對于每一個事故，計算在該事故 下的最小甩負荷量;如果該甩負荷量不滿足要求，則將該事故對應的線路添加到候選線路 集CL中。在檢查完所有事故之后，根據(jù)現(xiàn)有線路和更新之后的CL，重新形成N-k安全事故集， 然后再次檢查每個事故是否滿足要求，如果仍然滿足不了要求，則繼續(xù)添加對應事故線路 到候選線路集CL中。如果所有事故都能被滿足，則該步驟停止。
[0026] 步驟4)進一步包括:對于每一個阻塞節(jié)點i，計算該節(jié)點與其他節(jié)點之間的公式所
;其中invij是在節(jié)點i和j之間建設線路 所需要的總投資費用分別為節(jié)點i、j的邊際成本;并將!^按照從大到小排列，然后取 前面Μ個值所對應的線路，如果取得的線路不在候選線路集中，則將其加入到候選線路集 CL中。
[0027]步驟5)進一步包括：
[0028] 對于每一個阻塞節(jié)點，將該阻塞節(jié)點i與電網(wǎng)中其他節(jié)點進行相連，形成一個臨時 的線路集合RC;將CL和RC都看做候選線路，求解TEPP模型；求解該連續(xù)化后的TEPP模型；如 果RC中，某條線路所對應的值大于設定的限值ε，則認為該條線路被選作規(guī)劃線路，將其 作為候選線路加入到候選線路集中。所述的TEPP模型為電網(wǎng)靜態(tài)規(guī)劃數(shù)學模型。求解所述 的電網(wǎng)靜態(tài)規(guī)劃數(shù)學模型采用線性連續(xù)化方法，使得線路決策0-1整數(shù)變量變?yōu)?到1上的 連續(xù)變量。
[0029] 采用本發(fā)明提出的自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法，相對于現(xiàn)有技術能夠?qū)?現(xiàn)以下技術效果。
[0030] 1)本發(fā)明綜合考慮對現(xiàn)有通道的擴建以及建設新的通道，自動產(chǎn)生能夠滿足電網(wǎng) 規(guī)劃需求的候選線路集。
[0031 ] 2)本發(fā)明能夠適應大規(guī)?？稍偕茉唇尤胂碌碾娋W(wǎng)規(guī)劃。
[0032] 3)通過定義電網(wǎng)中的阻塞節(jié)點，大大縮減候選線路選擇的范圍，同時保持候選集 的完備性。
[0033] 4)通過求解電網(wǎng)靜態(tài)規(guī)劃模型，進一步提升候選集的完備性;采用線性連續(xù)化方 法，大大縮減求解所需時間。
【附圖說明】
[0034]附圖1為潮流過載通道檢查；
[0035]附圖2為N-k安全校驗。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖1-2對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0037] 本發(fā)明提出的自動產(chǎn)生電網(wǎng)規(guī)劃候選線路集的方法，包括以下步驟：
[0038] 1)在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，采用擬規(guī)劃年份的負荷和發(fā)電，建立數(shù)學模型LMPC，計算節(jié) 點邊際成本。
[0039] 求解節(jié)點邊際成本所用的數(shù)學模型如下，記為LMPC:
[0049] 上述模型中涉及變量對應含義為:Cg為第g臺發(fā)電機的發(fā)電成本;pg為第g臺發(fā)電機 的功率;Ci〇i PS甩負荷費用；qi為每個節(jié)點甩負荷量;Cre3S為可再生能源未利用懲罰費用;L w 為第w個可再生能源的未利用量。G為發(fā)電機集合;B為節(jié)點集合;W為可再生能源集合;(^為 節(jié)點i上的發(fā)電機集合;Eo為現(xiàn)有線路集合;Em為末端為節(jié)點i的線路集合;Ei.為始端為節(jié) 點i的線路集合;WA在節(jié)點i的可再生能源發(fā)電集合;P w為第w個可再生能源的功率辦為節(jié) 點i上的負荷;fe為線路e的功率;Be為線路e的電抗;ie/je為線路e的始端/末端;尤為線路e 的額定容量;巧為發(fā)電機g的發(fā)電容量;瓦> 為可再生能源w的可用發(fā)電容量;σ為可再生能源 的利用率;ξ,為式（1)對應的對偶系數(shù)，也就是節(jié)點i的邊際成本。該最優(yōu)潮流的目標函數(shù)如 式（1)所示，最小化發(fā)電成本、甩負荷成本和可再生能源未利用量懲罰成本之和。式(2)表示 每個節(jié)點的能量平衡;式(3)表示線路必須滿足霍夫定律;式(4)表示線路功率需在額定容 量之內(nèi)；式(5)表示發(fā)電機功率必須小于最大發(fā)電容量;式(6)表示可再生能源的利用量需 大于給定比例;式(7)表示每個節(jié)