一种新能源入网裕度评估与安全校核方法与流程

1.本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种新能源入网裕度评估与安全校核方法。


背景技术：

2.随着新能源并网容量的逐渐增加，对电网安全稳定运行提出了更高的要求。若新能源接入电网容量占比过大，将可能造成主变、线路重过载及严重倒送高电压等现象，威胁电网、设备稳定运行。因此，有必要对新能源接入电网进行主动管理，以实现新能源发电充分消纳，确保电网安全稳定运行。裕度评估是对新能源入网管理的重要方式，但目前对于新能源入网的裕度评估依靠简单的手工计算，存在评估耗时长、效率低、评估结果可靠性差的问题。


技术实现要素：

3.本发明以提高新能源入网裕度评估效率，缩短新能源接入方案答复时间，并提高评估结果可靠性为目的，提供了一种新能源入网裕度评估与安全校核方法。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
5.提供一种新能源入网裕度评估与安全校核方法，步骤包括：
6.s1，构建新能源入网裕度评估模型；
7.s2，收集模型求解所需的基础数据以求解所述新能源入网裕度评估模型，得到新能源安装容量和机组出力计划；
8.s3，构建最优潮流模型，然后将每个新能源出力场景下的所述机组出力计划逐一代入到所述最优潮流模型中对所述新能源安装容量进行校验，并根据校验结果，利用分步逼近策略逐步收缩所述新能源安装容量的上限和下限，直至满足收敛条件，最终获得新能源最大安全接入容量。
9.作为本发明的一种优选方案，所述新能源入网裕度评估模型包括以新能源安装容量最大为优化目标的第一目标函数，以及求解所述第一目标函数的8个约束条件，所述第一目标函数通过以下公式(1)表达：
10.maxf1＝s
ꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
11.公式(1)中，f1表示所述第一目标函数的表达式；
12.s表示作为优化目标的所述新能源安装容量；
13.求解所述第一目标函数的8个约束条件包括机组最小启停时间约束、机组有功出力限制约束、机组有功爬坡约束、旋转备用容量约束、二次调频容量约束、节点功率约束、支路有功限值约束和新能源安装容量范围约束，
14.优选地，所述机组最小启停时间约束通过以下公式(2)-(3)表达：
15.16.公式(3)公式(2)-(3)中，u
g,t
表示机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示所述机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
17.表示所述机组g的最小连续运行时间；
18.表示所述机组g的最小连续停机时间；
19.k表示相对于t时段的偏移量；
20.u
g,t k
、u
g,t-1
分别表示所述机组g在t k时段和t-1时段的启停0-1变量；
21.优选地，所述机组有功出力限制约束通过以下公式(4)表达：
[0022][0023]
公式(4)中，p
g,t
表示所述机组g在t时段的有功出力；
[0024]
pg、分别表示所述机组g的有功出力最小值和最大值；
[0025]
优选地，所述机组有功爬坡约束通过以下公式(5)表达：
[0026][0027]
公式(5)中，分别表示所述机组g的向下爬坡速率限制和向上爬坡速率限制；
[0028]
p
g,t
表示所述机组g在t时段的有功出力；
[0029]
p
g,t-1
表示所述机组g在t-1时段的有功出力；
[0030]
优选地，所述旋转备用容量约束通过以下公式(6)-(7)表达：
[0031][0032][0033]
公式(6)-(7)中，α
t
、β
t
分别表示电力系统在t时段的最小向上旋转备用容量需求和最小向下旋转备用容量需求；
[0034]
g表示机组g的集合；
[0035]
g表示所述机组g；
[0036]
p
g,t
表示所述机组g在t时段的有功出力；
[0037]
pg、分别表示所述机组g的有功出力最小值和最大值；
[0038]
优选地，所述二次调频容量约束通过以下公式(8)-(13)表达：
[0039][0040]
[0041][0042][0043][0044][0045]
公式(8)-(13)中，分别表示电力系统在t时段的正、负调频容量需求；
[0046]
分别表示所述机组g在t时段的正、负调频容量；
[0047]
δpg分别表示所述机组g的正、负调频容量范围；
[0048]
g表示机组g的集合；
[0049]
g表示所述机组g；
[0050]
p
g,t
表示所述机组g在t时段的有功出力；
[0051]
pg、分别表示所述机组g的有功出力最小值和最大值；
[0052]
优选地，所述节点功率平衡约束通过以下公式(14)表达：
[0053][0054]
公式(14)中，p
g∈i,t
表示接入到电力系统中的节点i处的所述机组g在t时段的有功输出；
[0055]
p
n∈i,t
表示接入所述节点i的新能源厂站n在t时段的有功输出；
[0056]
p
d∈i,t
表示接入所述节点i的负荷d在t时段的有功需求；
[0057]
p
ij,t
表示t时段流经连接所述节点i和节点j的支路ij的有功；
[0058]
优选地，当所述新能源厂站n的类型为安装容量为s的光伏组件时，p
n∈i,t
通过以下公式(15)计算而得：
[0059]
p
n∈i,t
＝i
t
·
cosθ
t
·s·
(1 μ(a
t-a
stc
))
ꢀꢀꢀ
公式(15)
[0060]
公式(15)中，i
t
表示所述光伏组件在t时段的平均光照强度；
[0061]
θ
t
表示所述光伏组件在t时段的光照平均入射角度；
[0062]
μ表示所述光伏组件的功率温度系数；
[0063]at
表示所述光伏组件在t时段的平均工作温度；
[0064]astc
表示标准测试条件下所述光伏组件的温度；
[0065]
优选地，当所述新能源厂站n的类型为安装容量为s的风电机组时，p
n∈i,t
通过以下公式(16)计算而得：
[0066][0067]
公式(16)中，v
t
表示t时段作用在所述风电机组上的风力的平均风速；
[0068]vci
、vr、v
co
分别表示所述风电机组中的风机的切入风速、额定风速和切出风速；
[0069]
优选地，所述支路有功限值约束通过以下公式(17)表达：
[0070][0071]
公式(17)中，p
ij,t
表示t时段流经连接电力系统中节点i和节点j的支路ij的有功功率；
[0072]
p
ij
表示所述支路ij的有功下限；
[0073]
表示所述支路ij的有功上限；
[0074]
优选地，所述新能源安装容量范围约束通过以下公式(18)表达：
[0075][0076]
公式(18)中，s表示新能源的最小安装容量；
[0077]
表示新能源的最大安装容量。
[0078]
作为本发明的一种优选方案，当给定新能源最大安全接入容量s时，将所述第一目标函数更换为以电力系统运行成本最小为优化目标的第二目标函数，所述第二目标函数通过以下公式(19)表达：
[0079][0080]
公式(19)中，f2为所述第二目标函数的表达式；
[0081]
分别表示所述机组g的发电费用、启动费用和停机费用。
[0082]
作为本发明的一种优选方案，所述机组g的发电费用通过以下公式(20)计算而得：
[0083][0084]
公式(20)中，u
g,t
表示机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示所述机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0085]
表示所述机组g的固定运行成本；
[0086]
p
g,t,l
表示所述机组g在t时段对应于发电费用曲线的第l分段的有功出力；
[0087]
ρ
g,l
表示所述机组g的发电费用曲线的第l分段的斜率；
[0088]
l表示机组g发电费用曲线的线性分段数。
[0089]
作为本发明的一种优选方案，p
g,t,l
通过以下公式(21)求解而得并受以下公式(22)的求解约束：
[0090][0091][0092]
公式(21)-(22)中，pg表示所述机组g的最小有功出力；
[0093]
表示所述机组g在第l功率分段最大有功出力；
[0094]
通过以下公式(23)计算而得：
[0095][0096]
公式(23)中，表示所述机组g的最大有功出力。
[0097]
作为本发明的一种优选方案，所述机组g的启动费用通过以下公式(24)计算而得：
[0098][0099]
公式(24)中，表示机组g的单次启动成本；
[0100]ug,t
表示所述机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示所述机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0101]ug,t-1
＝1表示所述机组g在t-1时段处于开机状态，取0表示机组g在t-1时段处于停机状态。
[0102]
作为本发明的一种优选方案，所述机组g的停机费用通过以下公式(25)计算而得：
[0103][0104]
公式(25)中，表示机组g的单次停机成本；
[0105]ug,t
表示所述机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示所述机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0106]ug,t-1
＝1表示所述机组g在t-1时段处于开机状态，取0表示机组g在t-1时段处于停机状态。
[0107]
作为本发明的一种优选方案，所述最优潮流模型包括以发电成本最小为优化目标的第三目标函数，以及求解所述第三目标函数的5个约束条件，所述第三目标函数通过以下公式(26)表达：
[0108][0109]
公式(26)中，p
g,t,m
表示机组g在t时段m场景下的有功出力；
[0110]
a、b、c为所述机组g的发电费用曲线特性参数；
[0111]
求解所述第三目标函数的5个约束条件包括机组出力约束、校正控制约束、交流潮流约束、节点电压约束和支路潮流约束，
[0112]
优选地，所述机组出力约束通过以下公式(27)-(29)表达：
[0113][0114]
[0115][0116]
公式(27)中，u
g,t
表示机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示所述机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0117]
pg、分别表示所述机组g的有功出力最小值和最大值；
[0118]
p
g,t-1,m
表示所述机组g在t-1时段m场景下的有功出力；
[0119]
qg、分别表示所述机组g的无功出力最小值和最大值；
[0120]qg,t,m
表示所述机组g在t时段m场景下的无功出力；
[0121]
分别表示所述机组g的向下爬坡速率限制和向上爬坡速率限制；
[0122]
优选地，所述校正控制约束通过以下公式(30)表达：
[0123][0124]
公式(30)中，δp
g,t,m
表示m场景下机组g在t时段的有功出力p
g,t,m
相对于基值p
g,t
的变化量；
[0125]
δpg、分别表示功率变化的下界和上界；
[0126]
优选地，所述交流潮流约束通过以下公式(31)-(32)表达：
[0127][0128][0129]
公式(31)-(32)中，p
g∈i,t,m
表示接入到电力系统中的节点i处的机组g在m场景下的t时段的有功功率；
[0130]
p
n∈i,t,m
表示接入到所述节点i处的新能源厂站n在m场景下的t时段的有功功率；
[0131]
p
d∈i,t,m
表示接入到所述节点i处的负荷d在m场景下的t时段的有功功率；
[0132]qg∈i,t,m
表示接入到所述节点i处的机组g在m场景下的t时段的无功功率；
[0133]qn∈i,t,m
表示接入到所述节点i处的新能源厂站n在m场景下的t时段的无功功率；
[0134]qd∈i,t,m
表示接入到所述节点i处的负荷d在m场景下的t时段的无功功率；
[0135]vi,t,m
表示所述节点i的电压幅值；
[0136]vj,t,m
表示节点j的电压幅值；
[0137]
θ
ij,t,m
表示连接节点i和节点j的支路ij的电压相角差，
[0138]
θ
i,t,m
表示所述节点i的电压角度；
[0139]
θ
j,t,m
表示所述节点j的电压角度；
[0140]yij
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的幅值；
[0141]
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的角度；
[0142]
优选地，所述节点电压约束通过以下公式(33)表达：
[0143][0144]
公式(33)中，v
i,t,m
表示电力系统中的节点i在m场景下的t时段的节点电压；
[0145]vi
、分别表示所述节点i的电压幅值的下限和上限；
[0146]
所述支路潮流约束通过以下公式(34)表达：
[0147][0148]
公式(34)中，p
ij,t,m
表示m场景的t时刻流经节点i和节点j的支路ij的有功功率；
[0149]
p
ij
、分别表示所述支路ij的有功下限和有功上限；
[0150]
p
ij,t,m
通过以下公式(35)计算而得：
[0151][0152]
公式(35)中，v
i,t,m
表示所述节点i的电压幅值；
[0153]vj,t,m
表示所述节点j的电压幅值；
[0154]
θ
ij,t,n
表示连接节点i和节点j的支路ij的电压相角差，；
[0155]yij
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的幅值；；
[0156]
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的角度。
[0157]
作为本发明的一种优选方案，步骤s3中，利用所述最优潮流模型对新能源最大安全接入容量进行校核的方法步骤包括：
[0158]
s31，初始化新能源接入容量的下界s、上界收敛阈值ε＝10-4
和新能源出力场景采样数m；
[0159]
s32，计算所述新能源入网裕度评估模型，得到新能源安装容量s
*
，并更新所述上界
[0160]
s33，固定新能源最大安全接入容量然后求解所述第二目标函数，得到机组g的运行计划(u
g,t
,p
g,t
)；
[0161]
s34，根据所述新能源最大安全接入容量s、负荷与新能源概率密度分布函数，利用随机采样技术随机生成m个新能源与负荷的功率场景p
n,t,m
、p
d,t,m
，m＝1,2,
…
,m；
[0162]
s35，将所述运行计划(u
g,t
,p
g,t
)和每个场景m逐一代入到所述最优潮流模型中进行校验，
[0163]
若任意一个场景的最优问题未收敛，则更新所述上界
[0164]
若所有m个场景的最优问题均收敛，则更新所述下界s＝s；
[0165]
s36，判断是否成立，
[0166]
若是，则输出新能源的最大安全接入容量
[0167]
若否，则返回所述步骤s33继续迭代。
[0168]
作为本发明的一种优选方案，步骤s2中收集的求解所述新能源入网裕度评估模型的所述基础数据包括机组出力时间范围、机组启停时间要求、爬坡速率、机组费用曲线、主网拓扑连接关系、电力系统中各节点的负荷有功和无功功率以及新能源接入点的风速和光照强度。
[0169]
本发明具有以下有益效果：
[0170]
1、本发明通过收集基础数据直接求解所构建的新能源入网裕度评估模型，提高了
新能源入网裕度评估的效率，缩短了新能源接入方案的答复时间；
[0171]
2、通过构建最优潮流模型，将机组出力计划以及每个新能源出力场景逐一代入到最优潮流模型中进行校验，并利用分布逼近策略逐步收缩新能源安装容量的上限和下限，直至满足收敛条件，最终获得新能源最大安全接入容量，通过该校核机制，极大提升了裕度评估结果的可靠性。
附图说明
[0172]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0173]
图1是本发明一实施例提供的新能源入网裕度评估与安全校核方法的实现步骤图；
[0174]
图2是利用最优潮流模型对新能源最大安全接入容量进行校核的流程图；
[0175]
图3为机组g的发电费用曲线示意图。
具体实施方式
[0176]
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0177]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0178]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0179]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0180]
本发明实施例提供的一种新能源入网裕度评估与安全校核方法提高新能源入网评估效率和电力系统安全运行水平的主要思路是在收集的基础数据基础上，构建考虑机组启停时间、机组出力限值、机组有功爬坡、旋转备用容量、二次调频容量、节点功率、支路有功限值和新能源安装容量范围约束的新能源入网裕度评估模型，依据该模型计算得到机组运行计划和新能源最大接入容量；然后结合随机采样技术和机组运行计划，构造含校正控制的最优潮流模型，并将新能源出力场景逐一代入到最优潮流模型中进行校验，最后再根
据校验结果，利用分步逼近的策略逐步收缩新能源安装容量的上界和下界，直至满足收敛条件，并最终获得新能源的最大安全接入容量。本发明提供的方法可以提高新能源入网评估的效率，缩短新能源接入方案的答复时间，且有利于确保电网的安全运行。
[0181]
以下对本发明实施例提供的新能源入网裕度评估与安全校核方法的具体实现进行阐述：
[0182]
本发明实施例提供的新能源入网裕度评估与安全校核方法，如图1所示，包括三个步骤：
[0183]
步骤s1，构建新能源入网裕度评估模型；
[0184]
步骤s2，收集模型求解所需的基础数据以求解新能源入网裕度评估模型，得到新能源安装容量和机组出力计划；
[0185]
步骤s3，构建最优潮流模型，然后将每个新能源出力场景下的所述机组出力计划逐一代入到所述最优潮流模型中对所述新能源安装容量进行校验，并根据校验结果，利用分步逼近策略逐步收缩新能源安装容量的上限和下限，直至满足收敛条件，最终获得新能源最大安全接入容量。
[0186]
步骤s1构建的新能源入网裕度评估模型包括以新能源安装容量最大为优化目标的第一目标函数，以及求解该第一目标函数的8个约束条件，以下对第一目标函数和8个约束条件的内容进行说明：
[0187]
(1)第一目标函数
[0188]
第一目标函数通过以下公式(1)表达：
[0189]
maxf1＝s
ꢀꢀ
公式(1)
[0190]
公式(1)中，f1为第一目标函数的表达式；
[0191]
s表示作为优化目标的新能源安装容量；
[0192]
(2)8个约束条件
[0193]
1)机组最小启停时间约束
[0194]
火电机组受锅炉与汽轮机限制，不能频繁启停，以免影响机组寿命，因此需要对机组的最小连续启停时间作出约束，该约束可通过以下公式(2)-(3)表达：
[0195][0196][0197]
公式(2)-(3)中，u
g,t
表示机组g(火电机组)在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0198]
表示所述机组g的最小连续运行时间；
[0199]
表示所述机组g的最小连续停机时间；
[0200]
k表示相对于t时段的偏移量；
[0201]ug,t m
、u
g,t-1
分别表示所述机组g在t m时段和t-1时段的启停0-1变量。
[0202]
公式(2)-(3)所能起到的机组最小启停时间约束作用的逻辑为：
[0203]
若机组g在t时段启动，即u
g,t-1
＝0，u
g,t
＝1时，则机组g至少应连续开机运行个时段，即公式(3)表示若机组g在t时段停机，即u
g,t-1
＝1，u
g,t
＝0时，则机组g至少应连续停机个时段，即
[0204]
2)机组有功出力限值约束
[0205]
机组g的有功输出应在其技术出力范围内，即由公式(4)表达为：
[0206][0207]
公式(4)中，p
g,t
表示机组g在t时段的有功出力；
[0208]
pg、分别表示机组g的有功出力最小值和最大值；
[0209]
3)机组有功爬坡约束
[0210]
由于机组出力短时急剧变化将造成机械损伤，故相邻时段内火电机组功率变化范围不宜过大，该约束用公式(5)表达即为：
[0211][0212]
公式(5)中，分别表示机组g的向下爬坡速率限制(向下爬坡速率限制即机组每小时允许的最大减功率值)和向上爬坡速率限制(向上爬坡速率限制即机组每小时允许的最大升功率值)；
[0213]
p
g,t
表示机组g在t时段的有功出力；
[0214]
p
g,t-1
表示机组g在t-1时段的有功出力。
[0215]
4)旋转备用容量约束
[0216]
为应对负荷快速投切、机组被迫停机以及负荷频率偏移等问题，电力系统需留有一定的向上和向下旋转备用容量(旋转备用容量指为了保证可靠供电，根据电力调度指令指定的并网机组所提供的必须在10分钟内调用的预留发电容量)，该约束用公式(6)-(7)表达，即：
[0217][0218][0219]
公式(6)-(7)中，α
t
、β
t
分别表示电力系统在t时段的最小向上旋转备用容量需求和最小向下旋转备用容量需求；
[0220]
g表示机组g的集合；
[0221]
g表示机组g；
[0222]
p
g,t
表示机组g在t时段的有功出力；
[0223]
pg、分别表示机组g的有功出力最小值和最大值。
[0224]
公式(6)表示所有开机机组的上调节剩余容量之和应大于系统最小向上旋转备用容量，公式(7)表示所有开机机组的下调节剩余容量之和应大于系统最小向下旋转备用容
量。
[0225]
5)二次调频容量约束
[0226]
考虑到负荷与新能源的出力波动与预测误差，电力系统应安排有一定的二次调频容量，以确保实时功率平衡，二次调频容量约束通过以下公式(8)-(13)表达，即：
[0227][0228][0229][0230][0231][0232][0233]
公式(8)-(13)中，分别表示电力系统在t时段的正、负调频容量需求，用于满足电力系统频率和联络线功率控制要求；
[0234]
分别表示机组g在t时段的正、负调频容量，即机组g通过自动发电控制装置可以实现功率实时向上增加和向下减少的功率；
[0235]
δpg分别表示机组g的正、负调频容量范围；
[0236]
g表示机组g的集合；
[0237]
g表示机组g；
[0238]
p
g,t
表示机组g在t时段的有功出力；
[0239]
pg、分别表示机组g的有功出力最小值和最大值；
[0240]
6)节点功率平衡约束
[0241]
电力系统中的节点受流入和流出功率相等约束，以确保电力系统的运行稳定，该约束通过以下公式(14)表达：
[0242][0243]
公式(14)中，p
g∈i,t
表示接入到电力系统中的节点i处的机组g在t时段的有功输出；
[0244]
p
n∈i,t
表示接入节点i的新能源厂站n在t时段的有功输出，本实施例中所指的新能源厂站包括风电场和/或光伏电站；
[0245]
p
d∈i,t
表示接入节点i的负荷d在t时段的有功需求；
[0246]
p
ij,t
表示t时段流经连接节点i和节点j的支路ij的有功；
[0247]
当新能源厂站n的类型为安装容量为s的光伏组件时，p
n∈i,t
通过以下公式(15)计算而得：
[0248]
p
n∈i,t
＝i
t
·
cosθ
t
·s·
(1 μ(a
t-a
stc
))
ꢀꢀ
公式(15)
[0249]
公式(15)中，i
t
表示光伏组件在t时段的平均光照强度；
[0250]
θ
t
表示光伏组件在t时段的光照平均入射角度；
[0251]
μ表示光伏组件的功率温度系数，由组件的制造工艺决定；
[0252]at
表示光伏组件在t时段的平均工作温度；
[0253]astc
表示标准测试条件下光伏组件的温度，本实施例中取25℃。
[0254]
当新能源厂站n的类型为安装容量为s的风电机组时，p
n∈i,t
通过以下公式(16)计算而得：
[0255][0256]
公式(16)中，v
t
表示t时段作用在风电机组上的风力的平均风速；
[0257]vci
、vr、v
co
分别表示风电机组中的风机的切入风速(即风机发电所需的最小风速)、额定风速(风机发出额定功率时的风速)和切出风速(即风机的最大允许风速)。
[0258]
7)支路有功限值约束
[0259]
t时段流经连接电力系统中节点i和节点j的支路ij的有功功率p
ij,t
受支路有功容量限制，即：
[0260][0261]
公式(17)中，p
ij
表示支路ij的有功下限；
[0262]
表示支路ij的有功上限；
[0263]
8)新能源安装容量范围
[0264]
新能源接入容量需要满足容量限制约束，用公式(18)表示，即：
[0265][0266]
公式(18)中，s表示新能源的最小安装容量(下界)，表示新能源的最大安装容量(上界)，s、由主变容量、新能源安装地理位置以及投资成本等因素共同决定。
[0267]
计算新能源入网裕度评估模型公式(1)-(18)，得到新能源安装容量s
*
后，更新上界然后以公式固定新能源最大安全接入容量，并将固定值s代入到公式(2)-(17)所表达的约束，并将第一目标函数更换为以电力系统运行成本最小为优化目标的第二目标函数，然后求解第二目标函数，得到机组运行计划(u
g,t
,p
g,t
)，第二目标函数通过以下公式(19)表达：
[0268][0269]
公式(19)中，f2为第二目标函数的表达式；
[0270]
分别表示机组g的发电费用、启动费用和停机费用。
[0271]
机组g的发电费用通过以下公式(20)计算而得：
[0272][0273]
公式(20)中，u
g,t
表示机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0274]
表示机组g的固定运行成本；
[0275]
p
g,t,l
表示机组g在t时段对应于发电费用曲线的第l分段的有功出力；
[0276]
ρ
g,l
表示机组g的发电费用曲线的第l分段的斜率，发电费用曲线示意图请参照图3；
[0277]
l表示机组g发电费用曲线的线性分段数。
[0278]
公式(20)中的p
g,t,l
通过以下公式(21)求解而得并受以下公式(22)的求解约束：
[0279][0280][0281]
公式(21)-(22)中，pg表示机组g的最小有功出力；
[0282]
表示机组g在第l功率分段最大有功出力；
[0283]
通过以下公式(23)计算而得：
[0284][0285]
公式(23)中，表示机组g的最大有功出力。
[0286]
机组g的启动费用通过以下公式(24)计算而得：
[0287][0288]
公式(24)中，表示机组g的单次启动成本；
[0289]ug,t-1
＝1表示机组g在t-1时段处于开机状态，取0表示机组g在t-1时段处于停机状态。
[0290]
机组g的停机费用通过以下公式(25)计算而得：
[0291][0292]
公式(25)中，表示机组g的单次停机成本；
[0293]
步骤s2中收集的求解新能源入网裕度评估模型的基础数据包括从调度系统中获取的各机组的成本特性和技术特性，包括但不限于机组出力时间范围、机组启停时间要求、爬坡速率、燃料耗量曲线等，从模型库中获取的主网的拓扑连接关系，包括但不限于线路、变压器、母线、开关等设备的技术参数和运行状态等；从历史库中获取的电力系统中各节点的负荷有功和无功功率；从气象数据库中获取的新能源接入点的风速和光照强度等。
[0294]
由于公式(1)-(18)是一个以新能源安装容量最大为目标的混合整数线性规划问
题，求解该问题即可得到新能源的安装容量。但考虑到公式(1)-(18)表达的新能源入网裕度评估模型未计入无功、电压以及新能源出力随机性的影响，可能导致容量评估结果偏大，从而造成投资浪费和电力系统运行不安全等后果出现。为此，本发明提出了一种结合随机抽样与最优潮流的新能源最大安全接入容量校核方法，主要思路是利用随机采样技术(如拉丁超立方采样)获取一定置信度水平(如90％置信度)的新能源出力场景，然后以公式(1)-(25)确定的新能源安装容量和基础出力计划为基础，构造含机组校正控制的最优潮流模型，并将新能源出力场景逐一代入到最优潮流模型中进行校验，最终根据校验结果，利用分步逼近的策略逐步收缩新能源安装容量的上界和下界(即公式(17)中的和s)，直至满足收敛条件，并最终获得新能源的最大安全接入容量。
[0295]
以下对所构建的最优潮流模型的构成进行说明：
[0296]
最优潮流模型包括以发电成本最小为优化目标的第三目标函数，以及求解第三目标函数的5个约束条件。
[0297]
1)第三目标函数
[0298]
第三目标函数通过以下公式(26)表达：
[0299][0300]
公式(26)中，p
g,t,m
表示火电机组g在t时段m场景下的有功出力；
[0301]
a、b、c为机组g的发电费用曲线特性参数，可通过实验或历史数据拟合得到；
[0302]
2)求解第三目标函数的5个约束条件
[0303]
求解第三目标函数的5个约束条件包括机组出力约束、校正控制约束、交流潮流约束、节点电压约束和支路潮流约束，
[0304]
对于任意场景m，机组的有功和无功出力应满足以下公式(27)-(29)表达所示的约束：
[0305][0306][0307][0308]
公式(27)中，u
g,t
表示机组g在t时段的启停0-1变量，u
g,t
＝1表示机组g在t时段处于开机状态，取0表示机组g在t时段处于停机状态；
[0309]
pg、分别表示机组g的有功出力最小值和最大值；
[0310]
p
g,t-1,m
表示机组g在t-1时段m场景下的有功出力；
[0311]
qg、分别表示机组g的无功出力最小值和最大值；
[0312]qg,t,m
表示机组g在t时段m场景下的无功出力；
[0313]
分别表示所述机组g的向下爬坡速率限制和向上爬坡速率限制；
[0314]
由于功率波动和新能源出力场景预测偏差等因素的影响，场景m的负荷和新能源出力与基准值之间可能存在偏差，为了保证功率平衡，本发明引入了机组出力的校正控制，校正控制约束通过以下公式(30)表达：
[0315][0316]
公式(30)中，δp
g,t,m
表示m场景下机组g在t时段的有功出力p
g,t,m
相对于基值p
g,t
的变化量，δp
g,t,m
＝p
g,t,m-p
g,t
；
[0317]
δpg、分别表示功率变化的下界和上界；
[0318]
为了确保各节点有功和无功的平衡，本发明引入了交流潮流约束，交流潮流约束通过以下公式(31)-(32)表达：
[0319][0320][0321]
公式(31)-(32)中，p
g∈i,t,m
表示接入到电力系统中的节点i处的机组g在m场景下的t时段的有功功率；
[0322]
p
n∈i,t,m
表示接入到节点i处的新能源厂站n在m场景下的t时段的有功功率；
[0323]
p
d∈i,t,m
表示接入到节点i处的负荷d在m场景下的t时段的有功功率；
[0324]qg∈i,t,m
表示接入到节点i处的机组g在m场景下的t时段的无功功率；
[0325]qn∈i,t,m
表示接入到节点i处的新能源厂站n在m场景下的t时段的无功功率；
[0326]qd∈i,t,m
表示接入到节点i处的负荷d在m场景下的t时段的无功功率；
[0327]vi,t,m
表示节点i的电压幅值；
[0328]vj,t,m
表示节点j的电压幅值；
[0329]
θ
ij,t,m
表示连接节点i和节点j的支路ij的电压相角差，θ
i,t,m
表示节点i的电压相角，θ
j,t,m
表示节点j的电压相角；
[0330]yij
表示导纳矩阵中第i第j列元素的幅值；
[0331]
表示导纳矩阵中第i第j列元素的角度；
[0332]
节点电压约束通过以下公式(33)表达：
[0333][0334]
公式(33)中，v
i,t,m
表示节点i在m场景下的t时段的节点电压；
[0335]vi
、分别表示节点i的电压幅值的下限和上限；
[0336]
流经各支路的有功功率p
ij,t,m
受支路有功容量限制，该限制即支路潮流约束通过以下公式(34)表达：
[0337][0338]
公式(34)中，p
ij,t,m
表示m场景的t时刻流经支路ij的有功功率；
[0339]
p
ij
、分别表示支路ij的有功下限和有功上限；
[0340]
p
ij,t,m
通过以下公式(35)计算而得：
[0341][0342]
公式(35)中，v
i,t,m
表示节点i的电压幅值；
[0343]vj,t,m
表示节点j的电压幅值；
[0344]
θ
ij,t,n
表示节点i和节点j的支路ij的电压相角差；
[0345]yij
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的幅值；；
[0346]
表示导纳矩阵中第i行第j列元素的角度。
[0347]
以上公式(26)-(35)为所构建的最优潮流模型，该模型是一个连续非线性优化问题，可采用内点法直接求解。利用最优潮流模型对求解新能源入网裕度评估模型得到的新能源安装容量进行校核的流程如图2所示，包括：
[0348]
步骤s31，初始化新能源计入容量的下界s、上界收敛阈值ε＝10-4
和新能源出力场景采样数m；
[0349]
步骤s32，计算新能源入网裕度评估模型(公式(1)-(18))，得到新能源安装容量，记为s
*
，并更新上界
[0350]
步骤s33，固定新能源最大安全接入容量然后求解第二目标函数，得到机组g的运行计划(u
g,t
,p
g,t
)；
[0351]
步骤s34，根据新能源最大安全接入容量s、负荷与新能源概率密度分布函数，利用随机采样技术(如拉丁超立方采样)随机生成m个新能源与负荷的功率场景p
n,t,m
、p
d,t,m
，m＝1,2,
…
,m
[0352]
步骤s35，将运行计划(u
g,t
,p
g,t
)和每个场景m逐一代入到最优潮流模型中进行校验，
[0353]
若任意一个场景的最优问题未收敛，则更新上界
[0354]
若所有m个场景的最优问题均收敛，则更新下界s＝s；
[0355]
步骤s36，判断是否成立，
[0356]
若是，则输出新能源的最大安全接入容量
[0357]
若否，则返回所述步骤s33继续迭代。
[0358]
综上，本发明通过收集基础数据直接求解所构建的新能源入网裕度评估模型，提高了新能源入网裕度评估的效率，缩短了新能源接入方案的答复时间。另外，通过引入校核机制，极大提升了裕度评估结果的可靠性。
[0359]
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本技术说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。