交直流混联城市电网发展适应性评估方法与流程

1.本发明涉及城市电网规划评估技术领域，特别是涉及交直流混联城市电网发展适应性评估方法。


背景技术：

2.电网发展适应性评价是综合考虑国民经济与社会发展、国家能源安全、科学技术进步等方面，提出一套客观的、合理的电网适应性评价指标体系及评价方法，评价电网在规划、运行过程中对上述几方面的适应程度。当前，随着电力电子技术的日趋成熟以及相关产品、设备成本的逐步降低，通过电力电子变换器并网的电源以及柔性直流输电设备将大规模接入电网，城市电网正逐步由纯交流系统向交直流混联系统发展，电网的发展适应性评价体系也应由传统的交流电网向交直流混联电网转变。
3.因此，有必要研究一种为电网在各类不确定环境下的发展适应性提供量化评估工具和指标支撑的交直流混联城市电网发展适应性评估方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于设计一种为电网在各类不确定环境下的发展适应性提供量化评估工具和指标支撑的交直流混联城市电网发展适应性评估方法。
5.本发明提供交直流混联城市电网发展适应性评估方法，包括如下步骤：
6.构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型，求解该电网运行优化鲁棒模型，获得电网运行状态；
7.构建交直流混联城市电网发展适应性评价体系，从而获得适应性评价指标；
8.通过获取的适应性评价指标对交直流混联城市电网发展适应性进行评估。
9.进一步的，构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型，求解该电网运行优化鲁棒模型，获得电网运行状态的方法为：
10.构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型：以输电系统经济性为目标，其目标函数为：
[0011][0012][0013][0014]
其中，g为传统机组的集合，t为时间集合，n为所有节点集合，ω、φ、ψ分别为优化模型中的整数决策变量集合、连续性决策变量集合和不确定性决策变量集合；s为待投建线路场景；为在投建场景s、负荷类型w下，电力系统的经济成本；为场景s的建设成本；为投建场景s、负荷类型w下，发电机组的运行成本；为投建场景s、负荷类
型w下，系统的弃可再生能源和切负荷的惩罚成本；和分别为发电机的启动成本系数、发电机的停机成本系数和发电机的出力成本系数；和分别为弃可再生能源和切负荷的惩罚成本系数；α
s,w,j,t
和β
s,w,j,t
分别为投建场景s、负荷类型w下，发电机的开机和停机标志位；为投建场景s、负荷类型w下，发电机的有功出力；和分别为投建场景s、负荷类型w下，弃可再生能源有功功率和切负荷有功功率；
[0015]
建立约束条件，所述约束条件包括线路潮流约束、功率平衡约束、发电机约束；
[0016]
在约束条件下对电网运行优化鲁棒模型进行求解，获得电网运行状态。
[0017]
进一步的，所述线路潮流约束为：
[0018][0019][0020]
其中，p
s,w,ij,t
为线路ij的有功潮流；p
s,w,j,t
为注入节点j的有功潮流；为投建场景s下、线路ij的最大有功容量；r为可再生能源集合，ptdf
s
为投建场景s下、电机节点对应的功率转移分布因子；
[0021]
所述功率平衡约束为：
[0022][0023][0024]
其中，是不确定性变量，表示投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源的有功出力；为节点j可再生分布式电源出力的削减量；为节点j的负荷需求量；为负荷削减量；为投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源有功出力的预测值；投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源有功出力的预测误差；l为负荷节点集合；
[0025]
所述发电机约束为：
[0026][0027][0028]
和分别为发电机的最小和最大出力；和分别表示可再生分布式电源的功率下降和功率上升的最大速率；当发电机处于运行状态时，c
s,w,j,t
＝1；当发电机处于停运状态时，c
s,w,j,t
＝0。
[0029]
进一步的，所述适应性评价指标包括：
[0030]
经济适应性指标：
[0031][0032]
w为未来电网发展环境集合；m
w
为未来电网发展面对的w环境下的概率；
[0033]
可再生能源利用适应性指标：
[0034][0035]
供电可靠适应性指标：
[0036][0037]
系统支路负载率期望值：
[0038][0039]
其中，r表示线路运行时长。
[0040]
本发明的优点和积极效果是：
[0041]
本发明在未来发展不确定性条件下，为城市电网的发展适应性方面提供了量化的评价方法和相关评价指标，该评价指标可指导未来城市电网在面临诸多不确定性因素下的规划建设，使得城市电网更适应未来城市发展。
附图说明
[0042]
图1是本发明实施例中提供的交直流混联城市电网发展适应性评估方法的流程图；
[0043]
图2是本发明实施例中提供的城市电网电路图；
具体实施方式
[0044]
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
考虑价格型需求响应的零售套餐定价方法构造了需求响应模型，分析了包含售电收入、购电支出、响应收入等的售电商成本—收益函数，构建了零售套餐定价模型，从优化定价角度为零售商提供决策支持。
[0046]
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0047]
如图1所示，交直流混联城市电网发展适应性评估方法，包括如下步骤：
[0048]
s1、构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型，求解该电网运行优化鲁棒模型，获得电网运行状态；
[0049]
s2、构建交直流混联城市电网发展适应性评价体系，从而获得适应性评价指标；
[0050]
s3、通过获取的适应性评价指标对交直流混联城市电网发展适应性进行评估。
[0051]
需要说明的是，构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型，求解该电网运行优化鲁棒模型，获得电网运行状态的方法为：
[0052]
构建考虑不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型：以输电系统经济性为目标(包括线路建设成本、发电机运行成本、弃可再生能源和切负荷的惩罚成本)，其目标函数为：
[0053][0054][0055][0056]
其中，g为传统机组的集合，t为时间集合，n为所有节点集合，ω、φ、ψ分别为优化模型中的整数决策变量集合、连续性决策变量集合和不确定性决策变量集合；s为待投建线路场景；为在投建场景s、负荷类型w下，电力系统的经济成本；为场景s的建设成本；为投建场景s、负荷类型w 下，发电机组的运行成本；为投建场景s、负荷类型w下，系统的弃可再生能源和切负荷的惩罚成本；和分别为发电机的启动成本系数、发电机的停机成本系数和发电机的出力成本系数；和分别为弃可再生能源和切负荷的惩罚成本系数；α
s,w,j,t
和β
s,w,j,t
分别为投建场景s、负荷类型w下，发电机的开机和停机标志位；为投建场景s、负荷类型w下，发电机的有功出力；和分别为投建场景s、负荷类型w下，弃可再生能源有功功率和切负荷有功功率；
[0057]
建立约束条件，所述约束条件包括线路潮流约束、功率平衡约束、发电机约束；
[0058]
在约束条件下对电网运行优化鲁棒模型进行求解，获得电网运行状态。
[0059]
具体的，所述线路潮流约束为：
[0060][0061][0062]
其中，p
s,w,ij,t
为线路ij的有功潮流；p
s,w,j,t
为注入节点j的有功潮流；为投建场景s下、线路ij的最大有功容量；r为可再生能源集合，ptdf
s
为投建场景s下、电机节点对应的功率转移分布因子；
[0063]
所述功率平衡约束为：
[0064][0065][0066]
其中，是不确定性变量，表示投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源的有功出力；为投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源有功出力的预测值；
为节点j可再生分布式电源出力的削减量；为节点j的负荷需求量；为负荷削减量；投建场景s、负荷类型w下，可再生分布式电源有功出力的预测误差；l为负荷节点集合；
[0067]
所述发电机约束为：
[0068][0069][0070]
和分别为发电机的最小和最大出力；和分别表示可再生分布式电源的功率下降和功率上升的最大速率；当发电机处于运行状态时，c
s,w,j,t
＝1，其出力应该最大和最小出力之间；当发电机处于停运状态时，c
s,w,j,t
＝0，其出力为0。
[0071]
详细的，所述适应性评价指标包括：
[0072]
经济适应性指标：
[0073][0074]
w为未来电网发展环境集合；m
w
为未来电网发展面对的w环境下的概率；
[0075]
可再生能源利用适应性指标：
[0076][0077]
供电可靠适应性指标：
[0078][0079]
系统支路负载率期望值：
[0080][0081]
其中，r表示线路运行时长。
[0082]
通过上述的适应性评价指标对交直流混联城市电网发展适应性进行评估。
[0083]
作为举例，在本实施例中，以图2中的城市电网为例，说明脆弱性评价流程；图2中的城市电网包含24个节点，33条线路，设未来该城市共有4个发展环境，如下表所示：
[0084] 负荷需求(兆瓦)新能源接入需求(兆瓦)发展环境170003000发展环境270005000发展环境350003000发展环境450005000
[0085]
线路容量如下表所示
[0086]
线路容量(mw)线路容量(mw)l1
‑
2157.5l12
‑
13450l1
‑
3157.5l12
‑
23450l1
‑
5157.5l13
‑
23450l2
‑
4157.5l14
‑
16450l2
‑
6157.5l15
‑
16450l3
‑
9157.5l15
‑
21450l3
‑
24360l15
‑
21450l4
‑
9157.5l15
‑
24450l5
‑
10157.5l16
‑
17360l6
‑
10157.5l16
‑
19450l7
‑
8157.5l17
‑
18450l8
‑
9157.5l17
‑
22450l8
‑
10157.5l18
‑
21450l9
‑
11360l18
‑
21450l9
‑
12360l19
‑
20450l10
‑
11360l19
‑
20450l10
‑
12360l20
‑
23450l11
‑
13450l20
‑
23450l11
‑
14450l21
‑
22450
[0087] 基于本发明提出的不确定性运行环境下的交直流混联电网运行优化鲁棒模型，求解实例中的城市电网在4个发展环境下的最优运行状态，进而给出城市电网的经济适应性、可再生能源利用适应性、供电可靠适应性以及系统支路负载率期望值指标如下表所示。
[0088][0089]
由上表可见，实例中的城市电网，在负荷以及新能源的发展存在不确定性的情况下，其经济适应性、可再生能源利用适应性、供电可靠适应性以及系统支路负载率期望值指标分别为2.85
×
106万元、88.5％、98.88％和42.58％。
[0090]
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替
换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。