1.本发明属于电力系统新能源领域，特别涉及一种基于单站-分区-全网的新能源极限消纳能力评估方法。
背景技术：
：：2.我国提出大力发展清洁能源，推动能源电力从高碳向低碳、从化石能源为主向以清洁能源为主转变，但受系统调峰能力有限、我国可再生资源逆向分布以及省间输电通道壁垒等因素影响，弃风、弃光现象严重。因此，充分计及清洁能源出力的随机性、间歇性和波动性，量化分析未来一定时间尺度内电网的新能源接纳能力，并对新能源规划方案提出合理的优化建议，是保证电力系统运行的安全性、可靠性、稳定性、经济性的重要前提。3.另一方面，目前相关部门在进行新能源消纳分析时仍然采用传统手段进行电网运行方式的制定与分析，依靠人工经验，工作量大、效率低、局限性强、灵活性差，难以满足我国电网的未来发展需求。因此基于上述背景，亟需对系统新能源极限消纳能力评估模块进行开发，提高新能源消纳分析的工作质量及效率，更好的支撑和服务系统新能源电力系统的调度运行。技术实现要素：4.发明目的：随着新能源容量与占比的不断攀升，新能源极限消纳能力的分析需求日渐显现，运行方式调整和分析的工作量呈指数增加，本发明针对新能源极限消纳能力评估，实现对单站、分区以及全网的新能源极限消纳能力的评估，优化分析系统中新能源最佳接入场站和最优接入容量，为未来新能源的接入规划提供参考。5.本发明所采用的具体技术方案是：基于单站-分区-全网的新能源极限消纳能力评估方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：6.步骤1，电网运行方式智能调整；7.步骤2，单站新能源极限消纳能力评估；8.步骤3，分区新能源极限消纳能力评估；9.步骤4，全网新能源极限消纳能力评估。10.进一步的，所述步骤1中的电网运行方式智能调整方法为：11.首先将新能源模拟接入，在模拟新能源接入时等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，psd-bpa中交流节点卡片的第21-30位为恒定负荷，因此在变电站原始功率上叠加一个新能源出力恒定功率模型，根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行功率叠加；12.然后再进行发电出力的自动调整，模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，通过bpa中的p卡，即发电出力负荷百分数修改卡进行调节，按照分区或者所有者对负荷和发电出力进行修改时，修改公式为：13.snew＝sold×ratioꢀꢀ(1)14.其中：snew为修改后的功率，sold为原始功率，ratio为比例系数，缺省等价于比例系数为1.0；15.最后进行输出结果的智能提取，潮流计算完成后需要根据结果判断关注设备的越限情况，因此需要从输出结果中提取各电压等级的线路、变压器的功率、电流信息，bpa能够通过特定的控制语句指定输出列表，采用第二级和第三级控制语句指定输出。16.进一步的，在所述步骤2中构建以多节点接入新能源机组总量最大为目标的目标函数，其表达式为：[0017][0018]其中，pni表示新能源机组在节点i处接入的最大装机容量，xi表示整数变量，0表示节点i不接入新能源机组，1表示节点i接入新能源机组。[0019]进一步的，所述步骤2中基于改进粒子群算法构建单站评估模型约束条件，潮流方程作为等式约束条件，不等式的约束条件如公式(3)和公式(4)所示：[0020][0021][0022]其中，表示节点i处常规机组出力的最小值，表示节点i处常规机组出力的最大值，sg表示常规发电机组的集合，pli表示第i条线路上的潮流，plimax表示第i条线路的潮流上限值，sl表示线路集合，表示机组上旋转备用，表示机组下旋转备用；[0023]改进粒子群算法的核心思想及步骤为假设粒子群由m个粒子组成，每个粒子定义为d维空间，则粒子i在t时刻的状态属性如下：位置速度个体最优位置全局最优位置则粒子i在t 1时刻的速度、位置可通过下式进行更新：[0024][0025][0026]其中，d＝1,2,…,d；r1和r2为(0,1)上均匀分布的随机数；c1和c2为学习因子；ω为惯性权重，取一个非负数，当ω较大时全局寻优能力增强，局部寻优能力较弱；当ω较小时全局寻优能力较弱，但局部寻优能力增强，调整ω的大小能够对全局和局部搜索能力进行调整；为更好地控制全局和局部搜索能力，对惯性权重的调整策略提出改进，ω取值采用线性递减策略，如下式所示：[0027][0028]其中，ωstart和ωend分别为初值惯性权重和终止惯性权重；tmax为最大迭代次数；t为当前迭代次数。[0029]进一步的，所述步骤2中基于二分逼近法构建单站评估模型约束条件，包括220kv线路正常载流能力约束、220kv变压器负载率约束、n-1约束，其约束表示如下：[0030]220kv线路正常载流能力约束中，对于除发电厂出线外的其余220kv线路，要求其正常运行时线路电流不得超过其额定电流数值，对于任意一条线路，其额定电流由l卡的第34-37位规定；在过载线路一览表中能够提取任意线路的电流或负载电流百分数作为判据，公式如下所示：[0031][0032]其中，ii.220表示第i条220kv线路的电流值；ii.rated.220为第i条线路的额定电流值；nv＝220为220kv线路总数；numi.load.220为第i条线路的负载电流百分数；[0033]在220kv变压器负载率约束中，对于220kv变压器，要求其正常运行时视在功率不超过其额定容量或者负载率低于100％，变压器额定容量在t卡的第34-37位设置，视在功率和负载率信息可从过载变压器一览表中提取，公式如下所示：[0034][0035]其中，si.220表示第i台220kv变压器的视在功率；si.rated.220为第i台变压器的额定功率值；mv＝220为220kv变压器台数；numi.s.220为第i台变压器的负载率；[0036]对于n-1约束，通过bpa完成n-1计算，模拟时先将指定区域内的所有电气元件依次开断，再进行潮流计算并搜索剩余元件过负荷状态，最终输出结果列表。[0037]进一步的，基于二分逼近法的单站新能源极限消纳能力评估的具体步骤为：[0038]a.对电网年度运行方式和稳定限额数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息；[0039]b.实现新能源的模拟接入和发电出力的智能调整；[0040]c.完成潮流计算和n-1计算，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息；[0041]d.校验约束条件，若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法。[0042]进一步的，在步骤3中计及步骤2中的新能源单站计算结果，构建以分区未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0043][0044]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0045]考虑到单站极限消纳能力评估过程中已经计及了220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束，在建立分区优化模型时还应考虑500kv设备的网架约束，约束条件如下：[0046](1)500kv线路稳定限额约束：[0047]对于500kv线路，要留有足够的裕度以保证事故时不至于过载，因此设有特定的稳定限额，在从结果中提取到500kv线路的电流值后同限额表中每条线路的稳定限额进行匹配对比以判断是否越限，其公式如下所示：[0048]ii.500≤ii.stable.500(i＝1,2,…,nv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(11)[0049]其中，ii.500为第i条500kv线路的电流值；ii.stable.500为第i条线路的稳定限额；nv＝500为500kv线路总数；[0050](2)500kv变压器稳定限额约束：[0051]对于500kv变压器，要求留有足够的裕度保证事故出现后不过载，每台变压器的稳定限额可从限额表中获取，其公式如下:[0052]si.500≤si.stable.500(i＝1,2,…,mv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(12)[0053]其中，si.500为第i台500kv变压器的视在功率；si.stable.500为第i台变压器的稳定限额；mv＝500为500kv变压器台数。[0054]通过多项式等效可得到如公式(13)、(14)所示的约束方程：[0055][0056]pi≤pi.maxꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(14)[0057]其中，pi.max表示第i个厂站的接入容量上限值。[0058]进一步的，在步骤4中计及步骤2中的新能源单站计算结果和步骤3中分区新能源接入的计算结果，构建以全网未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0059][0060]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目；[0061]全网新能源极限消纳能力评估模型中的约束条件与分区极限消纳能力评估过程中的约束条件相同，分别为220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束、500kv设备的网架约束；[0062]根据上述模型，在matlab和gams中对模型进行求解，得到全网的新能源极限消纳能力。[0063]有益效果：本发明准确评估当前及未来时间断面下电网对新能源的最大接纳容量从而提高可再生能源的利用率，并能在新能源大规模并网的背景下为制定合理的发电计划与规划方案提高技术支持。附图说明[0064]图1是本发明的方法流程图；[0065]图2是发电出力自动调整流程图；[0066]图3是单站新能源极限消纳能力评估流程图；[0067]图4是全网新能源极限消纳能力评估流程图；[0068]图5是新能源模拟接入流程图；[0069]图6是建议接入点及其容量示意图。具体实施方式[0070]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。[0071]如图1所示，本发明一种基于单站-分区-全网的新能源极限消纳能力评估方法，包括以下步骤：[0072](1)电网运行方式智能调整；[0073](2)单站新能源极限消纳能力评估；[0074](3)分区新能源极限消纳能力评估；[0075](4)全网新能源极限消纳能力评估。[0076]步骤(1)中，电网运行方式智能调整方法为：[0077]首先将新能源的模拟接入，如图5所示，在模拟新能源接入时等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，psd-bpa中交流节点卡片的第21-30位为恒定负荷，因此可以在变电站原始功率上叠加一个新能源出力恒定功率模型，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行功率叠加。[0078]第二步再进行发电出力的自动调整，如图2所示，模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，可以通过bpa中的p卡(发电出力负荷百分数修改卡)进行调节，其格式说明如表1所示。[0079]表1p卡各列含义对应表[0080][0081][0082]本方法中使用的是pz卡，按照分区或者所有者对负荷和发电出力进行修改时，修改公式为：[0083]snew＝sold×ratioꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0084]式中：snew为修改后的功率，sold为原始功率，ratio为比例系数，缺省等价于比例系数为1.0。[0085]对某省实际电网进行操作时，其发电机组调整策略先后顺序及出力下限如表2所示。[0086]表2可调机组调整策略[0087][0088]表2中机组均为火电机组，发电出力的自动调整实现流程为：(1)统计新能源模拟接入后总容量；(2)统计发电机组额定容量及当前实际出力，计算修改前的各可调机组分区的实际出力；(3)计算修改后的出力调整因子；(4)生成新的pz卡。[0089]最后进行输出结果的智能提取，潮流计算完成后需要根据结果判断关注设备的越限情况，因此需要从输出结果中提取各电压等级的线路、变压器的功率、电流信息，bpa可以通过特定的控制语句指定输出列表，本方法中采用第二级和第三级控制语句指定输出。此外，本方法所关注的设备信息为线路和变压器的负载率、载流能力等信息，因此所需要的报告主要为过载线路和过载变压器一览表。[0090]在所述步骤2中构建以多节点接入新能源机组总量最大为目标的目标函数，其表达式为：[0091][0092]其中，pni表示新能源机组在节点i处接入的最大装机容量，xi表示整数变量，0表示节点i不接入新能源机组，1表示节点i接入新能源机组；[0093]在基于改进粒子群算法的单站评估模型约束条件中，潮流方程作为等式约束条件，不等式的约束条件如公式(3)和公式(4)所示：[0094][0095][0096]其中，表示节点i处常规机组出力的最小值；表示节点i处常规机组出力的最大值；sg表示常规发电机组的集合；pli表示第i条线路上的潮流，表示第i条线路的潮流上限值，sl表示线路集合；表示机组上旋转备用，表示机组下旋转备用。[0097]改进粒子群算法的核心思想及步骤为假设粒子群由m个粒子组成，每个粒子定义为d维空间，则粒子i在t时刻的状态属性如下：位置速度个体最优位置全局最优位置则粒子i在t 1时刻的速度、位置可通过下式进行更新：[0098][0099][0100]其中，d＝1,2,…,d；r1和r2为(0,1)上均匀分布的随机数；c1和c2为学习因子；ω为惯性权重，传统算法中惯性因子ω取一个非负数，当ω较大时全局寻优能力增强，局部寻优能力较弱；当ω较小时全局寻优能力较弱，但局部寻优能力增强，因此调整ω的大小可以对全局和局部搜索能力进行调整。为更好地控制全局和局部搜索能力，本文对惯性权重的调整策略提出改进，ω取值采用线性递减策略，如下式所示：[0101][0102]其中，ωstart和ωend分别为初值惯性权重和终止惯性权重；tmax为最大迭代次数；t为当前迭代次数。[0103]相较于改进粒子群算法，基于二分逼近法的单站评估模型约束条件包括220kv线路正常载流能力约束、220kv变压器负载率约束、n-1约束，其约束表示如下：[0104]220kv线路正常载流能力约束中，对于除发电厂出线外的其余220kv线路，要求其正常运行时线路电流不得超过其额定电流数值，对于任意一条线路，其额定电流由l卡的第34-37位规定；在过载线路一览表中可以提取任意线路的电流或负载电流百分数作为判据，公式如下所示：[0105][0106]其中，ii.220表示第i条220kv线路的电流值；ii.rated.220为第i条线路的额定电流值；nv＝220为220kv线路总数；numi.load.220为第i条线路的负载电流百分数。[0107]在220kv变压器负载率约束中，对于220kv变压器，要求其正常运行时视在功率不超过其额定容量或者负载率低于100％，变压器额定容量在t卡的第34-37位设置，视在功率和负载率信息可从过载变压器一览表中提取，公式如下所示：[0108][0109]其中，si.220表示第i台220kv变压器的视在功率；si.rated.220为第i台变压器的额定功率；mv＝220为220kv变压器台数；numi.s.220为第i台变压器的负载率。[0110]对于n-1约束，本方法通过bpa完成n-1计算，模拟时先将指定区域内的所有电气元件依次开断，再进行潮流计算并搜索剩余元件过负荷状态，最终输出用户所关心的结果列表。[0111]基于二分逼近法的单站新能源极限消纳能力评估的具体步骤为：a.对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息；b.依照本文所提方法实现新能源的模拟接入和发电出力的智能调整；c.完成潮流计算和n-1计算，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息；d.校验约束条件，若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法。[0112]单站新能源极限消纳能力的评估流程如附图3所示，其具体实现步骤如下：[0113](1)数据挖掘[0114]对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息，需提取的历史数据信息包括当前运行方式下的可调机组额定容量、实际出力以及分区、拥有者名称，新能源接入厂站负荷、分区名称、电压等级，发电厂出线母线名称。[0115](2)模拟接入[0116]模拟新能源接入等同于在220kv变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行迭加新能源接入功率。[0117](3)智能调整[0118]模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，发电厂原始出力和实际出力由(1)得到，计算(2)中新能源的总接入容量，可以得到修改后的出力调整因子，调整策略见表3.3.2，计算得到各可调发电机组分区的出力调整因子，在数据文件中的pz卡进行定位修改。[0119](4)潮流计算[0120]潮流计算通过调用电力系统分析软件psd-bpa实现，其迭代算法采用牛顿拉夫逊法，若当前电网运行方式计算收敛可得到潮流解，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息。[0121](5)约束校验[0122]约束条件包括除发电厂出线外的220kv线路正常载流能力约束、n-1计算时的事故载流能力约束以及220kv变压器正常运行时功率约束。若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，为提高计算速度，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法，若当前接入容量下任意约束不满足，则输出迭代过程中的上个接入容量，此时的功率便是该站的最大接入容量。[0123]本方法以某省实际电网夏季典型运行方式数据作为算例，该省共有11个分区，各分区参数如表3所示，计算结果如表4所示。[0124]表3各分区参数表[0125][0126][0127]表4单站新能源极限消纳评估结果表[0128][0129]在步骤3中计及步骤2中的新能源单站计算结果，构建以分区未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0130][0131]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0132]考虑到单站极限消纳能力评估过程中已经计及了220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束，在建立分区优化模型时还应考虑500kv设备的网架约束，约束条件如下：[0133](1)500kv线路稳定限额约束：[0134]对于500kv线路，通常要留有足够的裕度以保证事故时不至于过载，因此设有特定的稳定限额，在从结果中提取到500kv线路的电流值后同限额表中每条线路的稳定限额进行匹配对比以判断是否越限。其公式如下所示：[0135]ii.500≤ii.stable.500(i＝1,2,…,nv＝500)ꢀꢀ(11)[0136]其中，ii.500为第i条500kv线路的电流值；ii.stable.500为第i条线路的稳定限额；nv＝500为500kv线路总数。[0137](2)500kv变压器稳定限额约束：[0138]对于500kv变压器，要求留有足够的裕度保证事故出现后不过载，每台变压器的稳定限额可从限额表中获取，其公式如下:[0139]si.500≤si.stable.500(i＝1,2,…,mv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(12)[0140]其中，si.500为第i台500kv变压器的视在功率；si.stable.500为第i台变压器的稳定限额；mv＝500为500kv变压器台数。[0141]通过多项式等效可得到如公式(13)、(14)所示的约束方程：[0142][0143]pi≤pi.maxꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(14)[0144]其中，pi.max表示第i个厂站的接入容量上限值。[0145]在步骤4中计及步骤2中的新能源单站计算结果和步骤3中分区新能源接入的计算结果，构建以全网未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0146][0147]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0148]全网新能源极限消纳能力评估模型中的约束条件与分区极限消纳能力评估过程中的约束条件相同，分别为220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束、500kv设备的网架约束。[0149]全网新能源极限消纳能力的评估流程如附图4所示，其具体实现步骤如下：[0150](1)数据挖掘[0151]对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息，需提取的历史数据信息包括当前运行方式下的可调机组额定容量、实际出力以及分区、拥有者名称，新能源接入厂站负荷、分区名称、电压等级，发电厂出线母线名称。[0152](2)模拟接入[0153]模拟新能源接入等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行迭加新能源接入功率。分区模拟时该分区内所有场站最大接入容量不得大于该站接入极限，各站极限接入容量可由单站极限消纳能力计算得到；全网模拟时应在分区优化结果基础上进行厂站的选址和接入上限的约束。[0154](3)智能调整[0155]模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，发电厂原始出力和实际出力由(1)得到，计算(2)中新能源的总接入容量，可以得到修改后的出力调整因子，其调整策略先后顺序如表2所示，计算得到各可调发电机组分区的出力调整因子，在数据文件中的pz卡进行定位修改。[0156](4)潮流计算[0157]潮流计算通过调用电力系统分析软件psd-bpa实现，其迭代算法采用牛顿拉夫逊法，若当前电网运行方式计算收敛可得到潮流解，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息。[0158](5)参数拟合[0159]为建立新能源极限消纳能力的模型，通过数值解析法进行优化求解，需针对不同的约束条件建立多项式约束方程，并拟合多项式约束函数的方程系数，约束方程包括除发电厂出线外的220kv线路正常载流能力约束、n-1计算时的事故载流能力约束，500kv线路正常运行时的稳定限额约束，220kv变压器正常运行时功率约束以及500kv变压器正常运行时的稳定限额约束，拟合算法采用最小二乘法，训练样本由蒙特卡洛采样得到新能源接入容量进行潮流计算得到，样本数量正比于接入厂站数目。[0160](6)建立模型[0161]分别建立分区、全网新能源极限消纳能力模型，其目标函数如公式(15)所示，约束函数如公式(9)至公式(14)所示。[0162](7)优化求解[0163]对(6)中所搭建的非线性规划模型进行优化求解，通过调用求解器求解该问题，所采用的数学优化算法为内点法，若能找到当前问题最优解，输出结果，结果包括当前新能源接入容量总和，最优接入厂站选址以及该厂站的最佳接入容量。[0164]由上述步骤可分别得到单站、分区和全网新能源极限消纳能力评估结果，其中，分区优化前需提供单站优化结果作为单站接入容量上限，全网优化前需提供各分区优化结果作为接入厂站初选与各站接入容量上限。[0165]根据上述模型，在matlab和gams中对模型进行求解，得到全网的新能源极限消纳能力。[0166]以某省实际电网夏季典型运行方式数据作为算例，该省共有11个分区，各分区参数如表5所示。[0167]表5全网及分区新能源极限消纳计算结果表[0168][0169]通过上述单站-分区-全网的递进技术路线，将满足网架安全约束的接入站点数量依次削减，优化结果表明当前电网运行方式下全网新能源最大接入容量为947万千瓦，并且可以得知最佳接入点位置及其建议容量，如图6所示。[0170]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
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：：2.我国提出大力发展清洁能源，推动能源电力从高碳向低碳、从化石能源为主向以清洁能源为主转变，但受系统调峰能力有限、我国可再生资源逆向分布以及省间输电通道壁垒等因素影响，弃风、弃光现象严重。因此，充分计及清洁能源出力的随机性、间歇性和波动性，量化分析未来一定时间尺度内电网的新能源接纳能力，并对新能源规划方案提出合理的优化建议，是保证电力系统运行的安全性、可靠性、稳定性、经济性的重要前提。3.另一方面，目前相关部门在进行新能源消纳分析时仍然采用传统手段进行电网运行方式的制定与分析，依靠人工经验，工作量大、效率低、局限性强、灵活性差，难以满足我国电网的未来发展需求。因此基于上述背景，亟需对系统新能源极限消纳能力评估模块进行开发，提高新能源消纳分析的工作质量及效率，更好的支撑和服务系统新能源电力系统的调度运行。技术实现要素：4.发明目的：随着新能源容量与占比的不断攀升，新能源极限消纳能力的分析需求日渐显现，运行方式调整和分析的工作量呈指数增加，本发明针对新能源极限消纳能力评估，实现对单站、分区以及全网的新能源极限消纳能力的评估，优化分析系统中新能源最佳接入场站和最优接入容量，为未来新能源的接入规划提供参考。5.本发明所采用的具体技术方案是：基于单站-分区-全网的新能源极限消纳能力评估方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：6.步骤1，电网运行方式智能调整；7.步骤2，单站新能源极限消纳能力评估；8.步骤3，分区新能源极限消纳能力评估；9.步骤4，全网新能源极限消纳能力评估。10.进一步的，所述步骤1中的电网运行方式智能调整方法为：11.首先将新能源模拟接入，在模拟新能源接入时等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，psd-bpa中交流节点卡片的第21-30位为恒定负荷，因此在变电站原始功率上叠加一个新能源出力恒定功率模型，根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行功率叠加；12.然后再进行发电出力的自动调整，模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，通过bpa中的p卡，即发电出力负荷百分数修改卡进行调节，按照分区或者所有者对负荷和发电出力进行修改时，修改公式为：13.snew＝sold×ratioꢀꢀ(1)14.其中：snew为修改后的功率，sold为原始功率，ratio为比例系数，缺省等价于比例系数为1.0；15.最后进行输出结果的智能提取，潮流计算完成后需要根据结果判断关注设备的越限情况，因此需要从输出结果中提取各电压等级的线路、变压器的功率、电流信息，bpa能够通过特定的控制语句指定输出列表，采用第二级和第三级控制语句指定输出。16.进一步的，在所述步骤2中构建以多节点接入新能源机组总量最大为目标的目标函数，其表达式为：[0017][0018]其中，pni表示新能源机组在节点i处接入的最大装机容量，xi表示整数变量，0表示节点i不接入新能源机组，1表示节点i接入新能源机组。[0019]进一步的，所述步骤2中基于改进粒子群算法构建单站评估模型约束条件，潮流方程作为等式约束条件，不等式的约束条件如公式(3)和公式(4)所示：[0020][0021][0022]其中，表示节点i处常规机组出力的最小值，表示节点i处常规机组出力的最大值，sg表示常规发电机组的集合，pli表示第i条线路上的潮流，plimax表示第i条线路的潮流上限值，sl表示线路集合，表示机组上旋转备用，表示机组下旋转备用；[0023]改进粒子群算法的核心思想及步骤为假设粒子群由m个粒子组成，每个粒子定义为d维空间，则粒子i在t时刻的状态属性如下：位置速度个体最优位置全局最优位置则粒子i在t 1时刻的速度、位置可通过下式进行更新：[0024][0025][0026]其中，d＝1,2,…,d；r1和r2为(0,1)上均匀分布的随机数；c1和c2为学习因子；ω为惯性权重，取一个非负数，当ω较大时全局寻优能力增强，局部寻优能力较弱；当ω较小时全局寻优能力较弱，但局部寻优能力增强，调整ω的大小能够对全局和局部搜索能力进行调整；为更好地控制全局和局部搜索能力，对惯性权重的调整策略提出改进，ω取值采用线性递减策略，如下式所示：[0027][0028]其中，ωstart和ωend分别为初值惯性权重和终止惯性权重；tmax为最大迭代次数；t为当前迭代次数。[0029]进一步的，所述步骤2中基于二分逼近法构建单站评估模型约束条件，包括220kv线路正常载流能力约束、220kv变压器负载率约束、n-1约束，其约束表示如下：[0030]220kv线路正常载流能力约束中，对于除发电厂出线外的其余220kv线路，要求其正常运行时线路电流不得超过其额定电流数值，对于任意一条线路，其额定电流由l卡的第34-37位规定；在过载线路一览表中能够提取任意线路的电流或负载电流百分数作为判据，公式如下所示：[0031][0032]其中，ii.220表示第i条220kv线路的电流值；ii.rated.220为第i条线路的额定电流值；nv＝220为220kv线路总数；numi.load.220为第i条线路的负载电流百分数；[0033]在220kv变压器负载率约束中，对于220kv变压器，要求其正常运行时视在功率不超过其额定容量或者负载率低于100％，变压器额定容量在t卡的第34-37位设置，视在功率和负载率信息可从过载变压器一览表中提取，公式如下所示：[0034][0035]其中，si.220表示第i台220kv变压器的视在功率；si.rated.220为第i台变压器的额定功率值；mv＝220为220kv变压器台数；numi.s.220为第i台变压器的负载率；[0036]对于n-1约束，通过bpa完成n-1计算，模拟时先将指定区域内的所有电气元件依次开断，再进行潮流计算并搜索剩余元件过负荷状态，最终输出结果列表。[0037]进一步的，基于二分逼近法的单站新能源极限消纳能力评估的具体步骤为：[0038]a.对电网年度运行方式和稳定限额数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息；[0039]b.实现新能源的模拟接入和发电出力的智能调整；[0040]c.完成潮流计算和n-1计算，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息；[0041]d.校验约束条件，若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法。[0042]进一步的，在步骤3中计及步骤2中的新能源单站计算结果，构建以分区未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0043][0044]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0045]考虑到单站极限消纳能力评估过程中已经计及了220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束，在建立分区优化模型时还应考虑500kv设备的网架约束，约束条件如下：[0046](1)500kv线路稳定限额约束：[0047]对于500kv线路，要留有足够的裕度以保证事故时不至于过载，因此设有特定的稳定限额，在从结果中提取到500kv线路的电流值后同限额表中每条线路的稳定限额进行匹配对比以判断是否越限，其公式如下所示：[0048]ii.500≤ii.stable.500(i＝1,2,…,nv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(11)[0049]其中，ii.500为第i条500kv线路的电流值；ii.stable.500为第i条线路的稳定限额；nv＝500为500kv线路总数；[0050](2)500kv变压器稳定限额约束：[0051]对于500kv变压器，要求留有足够的裕度保证事故出现后不过载，每台变压器的稳定限额可从限额表中获取，其公式如下:[0052]si.500≤si.stable.500(i＝1,2,…,mv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(12)[0053]其中，si.500为第i台500kv变压器的视在功率；si.stable.500为第i台变压器的稳定限额；mv＝500为500kv变压器台数。[0054]通过多项式等效可得到如公式(13)、(14)所示的约束方程：[0055][0056]pi≤pi.maxꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(14)[0057]其中，pi.max表示第i个厂站的接入容量上限值。[0058]进一步的，在步骤4中计及步骤2中的新能源单站计算结果和步骤3中分区新能源接入的计算结果，构建以全网未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0059][0060]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目；[0061]全网新能源极限消纳能力评估模型中的约束条件与分区极限消纳能力评估过程中的约束条件相同，分别为220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束、500kv设备的网架约束；[0062]根据上述模型，在matlab和gams中对模型进行求解，得到全网的新能源极限消纳能力。[0063]有益效果：本发明准确评估当前及未来时间断面下电网对新能源的最大接纳容量从而提高可再生能源的利用率，并能在新能源大规模并网的背景下为制定合理的发电计划与规划方案提高技术支持。附图说明[0064]图1是本发明的方法流程图；[0065]图2是发电出力自动调整流程图；[0066]图3是单站新能源极限消纳能力评估流程图；[0067]图4是全网新能源极限消纳能力评估流程图；[0068]图5是新能源模拟接入流程图；[0069]图6是建议接入点及其容量示意图。具体实施方式[0070]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。[0071]如图1所示，本发明一种基于单站-分区-全网的新能源极限消纳能力评估方法，包括以下步骤：[0072](1)电网运行方式智能调整；[0073](2)单站新能源极限消纳能力评估；[0074](3)分区新能源极限消纳能力评估；[0075](4)全网新能源极限消纳能力评估。[0076]步骤(1)中，电网运行方式智能调整方法为：[0077]首先将新能源的模拟接入，如图5所示，在模拟新能源接入时等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，psd-bpa中交流节点卡片的第21-30位为恒定负荷，因此可以在变电站原始功率上叠加一个新能源出力恒定功率模型，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行功率叠加。[0078]第二步再进行发电出力的自动调整，如图2所示，模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，可以通过bpa中的p卡(发电出力负荷百分数修改卡)进行调节，其格式说明如表1所示。[0079]表1p卡各列含义对应表[0080][0081][0082]本方法中使用的是pz卡，按照分区或者所有者对负荷和发电出力进行修改时，修改公式为：[0083]snew＝sold×ratioꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0084]式中：snew为修改后的功率，sold为原始功率，ratio为比例系数，缺省等价于比例系数为1.0。[0085]对某省实际电网进行操作时，其发电机组调整策略先后顺序及出力下限如表2所示。[0086]表2可调机组调整策略[0087][0088]表2中机组均为火电机组，发电出力的自动调整实现流程为：(1)统计新能源模拟接入后总容量；(2)统计发电机组额定容量及当前实际出力，计算修改前的各可调机组分区的实际出力；(3)计算修改后的出力调整因子；(4)生成新的pz卡。[0089]最后进行输出结果的智能提取，潮流计算完成后需要根据结果判断关注设备的越限情况，因此需要从输出结果中提取各电压等级的线路、变压器的功率、电流信息，bpa可以通过特定的控制语句指定输出列表，本方法中采用第二级和第三级控制语句指定输出。此外，本方法所关注的设备信息为线路和变压器的负载率、载流能力等信息，因此所需要的报告主要为过载线路和过载变压器一览表。[0090]在所述步骤2中构建以多节点接入新能源机组总量最大为目标的目标函数，其表达式为：[0091][0092]其中，pni表示新能源机组在节点i处接入的最大装机容量，xi表示整数变量，0表示节点i不接入新能源机组，1表示节点i接入新能源机组；[0093]在基于改进粒子群算法的单站评估模型约束条件中，潮流方程作为等式约束条件，不等式的约束条件如公式(3)和公式(4)所示：[0094][0095][0096]其中，表示节点i处常规机组出力的最小值；表示节点i处常规机组出力的最大值；sg表示常规发电机组的集合；pli表示第i条线路上的潮流，表示第i条线路的潮流上限值，sl表示线路集合；表示机组上旋转备用，表示机组下旋转备用。[0097]改进粒子群算法的核心思想及步骤为假设粒子群由m个粒子组成，每个粒子定义为d维空间，则粒子i在t时刻的状态属性如下：位置速度个体最优位置全局最优位置则粒子i在t 1时刻的速度、位置可通过下式进行更新：[0098][0099][0100]其中，d＝1,2,…,d；r1和r2为(0,1)上均匀分布的随机数；c1和c2为学习因子；ω为惯性权重，传统算法中惯性因子ω取一个非负数，当ω较大时全局寻优能力增强，局部寻优能力较弱；当ω较小时全局寻优能力较弱，但局部寻优能力增强，因此调整ω的大小可以对全局和局部搜索能力进行调整。为更好地控制全局和局部搜索能力，本文对惯性权重的调整策略提出改进，ω取值采用线性递减策略，如下式所示：[0101][0102]其中，ωstart和ωend分别为初值惯性权重和终止惯性权重；tmax为最大迭代次数；t为当前迭代次数。[0103]相较于改进粒子群算法，基于二分逼近法的单站评估模型约束条件包括220kv线路正常载流能力约束、220kv变压器负载率约束、n-1约束，其约束表示如下：[0104]220kv线路正常载流能力约束中，对于除发电厂出线外的其余220kv线路，要求其正常运行时线路电流不得超过其额定电流数值，对于任意一条线路，其额定电流由l卡的第34-37位规定；在过载线路一览表中可以提取任意线路的电流或负载电流百分数作为判据，公式如下所示：[0105][0106]其中，ii.220表示第i条220kv线路的电流值；ii.rated.220为第i条线路的额定电流值；nv＝220为220kv线路总数；numi.load.220为第i条线路的负载电流百分数。[0107]在220kv变压器负载率约束中，对于220kv变压器，要求其正常运行时视在功率不超过其额定容量或者负载率低于100％，变压器额定容量在t卡的第34-37位设置，视在功率和负载率信息可从过载变压器一览表中提取，公式如下所示：[0108][0109]其中，si.220表示第i台220kv变压器的视在功率；si.rated.220为第i台变压器的额定功率；mv＝220为220kv变压器台数；numi.s.220为第i台变压器的负载率。[0110]对于n-1约束，本方法通过bpa完成n-1计算，模拟时先将指定区域内的所有电气元件依次开断，再进行潮流计算并搜索剩余元件过负荷状态，最终输出用户所关心的结果列表。[0111]基于二分逼近法的单站新能源极限消纳能力评估的具体步骤为：a.对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息；b.依照本文所提方法实现新能源的模拟接入和发电出力的智能调整；c.完成潮流计算和n-1计算，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息；d.校验约束条件，若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法。[0112]单站新能源极限消纳能力的评估流程如附图3所示，其具体实现步骤如下：[0113](1)数据挖掘[0114]对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息，需提取的历史数据信息包括当前运行方式下的可调机组额定容量、实际出力以及分区、拥有者名称，新能源接入厂站负荷、分区名称、电压等级，发电厂出线母线名称。[0115](2)模拟接入[0116]模拟新能源接入等同于在220kv变电站中接入一个有功功率为负数的负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行迭加新能源接入功率。[0117](3)智能调整[0118]模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，发电厂原始出力和实际出力由(1)得到，计算(2)中新能源的总接入容量，可以得到修改后的出力调整因子，调整策略见表3.3.2，计算得到各可调发电机组分区的出力调整因子，在数据文件中的pz卡进行定位修改。[0119](4)潮流计算[0120]潮流计算通过调用电力系统分析软件psd-bpa实现，其迭代算法采用牛顿拉夫逊法，若当前电网运行方式计算收敛可得到潮流解，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息。[0121](5)约束校验[0122]约束条件包括除发电厂出线外的220kv线路正常载流能力约束、n-1计算时的事故载流能力约束以及220kv变压器正常运行时功率约束。若当前模拟接入容量满足约束条件，则迭代过程继续，为提高计算速度，迭代步长采用变步长；求解过程采用二分逼近法，若当前接入容量下任意约束不满足，则输出迭代过程中的上个接入容量，此时的功率便是该站的最大接入容量。[0123]本方法以某省实际电网夏季典型运行方式数据作为算例，该省共有11个分区，各分区参数如表3所示，计算结果如表4所示。[0124]表3各分区参数表[0125][0126][0127]表4单站新能源极限消纳评估结果表[0128][0129]在步骤3中计及步骤2中的新能源单站计算结果，构建以分区未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0130][0131]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0132]考虑到单站极限消纳能力评估过程中已经计及了220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束，在建立分区优化模型时还应考虑500kv设备的网架约束，约束条件如下：[0133](1)500kv线路稳定限额约束：[0134]对于500kv线路，通常要留有足够的裕度以保证事故时不至于过载，因此设有特定的稳定限额，在从结果中提取到500kv线路的电流值后同限额表中每条线路的稳定限额进行匹配对比以判断是否越限。其公式如下所示：[0135]ii.500≤ii.stable.500(i＝1,2,…,nv＝500)ꢀꢀ(11)[0136]其中，ii.500为第i条500kv线路的电流值；ii.stable.500为第i条线路的稳定限额；nv＝500为500kv线路总数。[0137](2)500kv变压器稳定限额约束：[0138]对于500kv变压器，要求留有足够的裕度保证事故出现后不过载，每台变压器的稳定限额可从限额表中获取，其公式如下:[0139]si.500≤si.stable.500(i＝1,2,…,mv＝500)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(12)[0140]其中，si.500为第i台500kv变压器的视在功率；si.stable.500为第i台变压器的稳定限额；mv＝500为500kv变压器台数。[0141]通过多项式等效可得到如公式(13)、(14)所示的约束方程：[0142][0143]pi≤pi.maxꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(14)[0144]其中，pi.max表示第i个厂站的接入容量上限值。[0145]在步骤4中计及步骤2中的新能源单站计算结果和步骤3中分区新能源接入的计算结果，构建以全网未来新能源装机容量最大时各接入点位置和最佳容量为目标的目标函数，其表达式为：[0146][0147]其中，pi为第i个厂站的新能源接入容量；n为总的新能源接入厂站数目。[0148]全网新能源极限消纳能力评估模型中的约束条件与分区极限消纳能力评估过程中的约束条件相同，分别为220kv线路、变压器的电流、功率约束以及n-1约束、500kv设备的网架约束。[0149]全网新能源极限消纳能力的评估流程如附图4所示，其具体实现步骤如下：[0150](1)数据挖掘[0151]对电网年度运行方式和稳定限额等数据文件进行收资入库，并挖掘bpa典型运行方式下文件中的数据信息，需提取的历史数据信息包括当前运行方式下的可调机组额定容量、实际出力以及分区、拥有者名称，新能源接入厂站负荷、分区名称、电压等级，发电厂出线母线名称。[0152](2)模拟接入[0153]模拟新能源接入等同于在变电站中接入一个有功功率为负数的负负荷，同时其接入无功功率满足恒定功率因数，具体实施时需要根据节点名称、电压等级、分区名称，定位到数据文件下接入厂站所在数据行，在原始负荷数据下进行迭加新能源接入功率。分区模拟时该分区内所有场站最大接入容量不得大于该站接入极限，各站极限接入容量可由单站极限消纳能力计算得到；全网模拟时应在分区优化结果基础上进行厂站的选址和接入上限的约束。[0154](3)智能调整[0155]模拟新能源接入后为保持系统有功平衡，需要降低发电厂出力，发电厂原始出力和实际出力由(1)得到，计算(2)中新能源的总接入容量，可以得到修改后的出力调整因子，其调整策略先后顺序如表2所示，计算得到各可调发电机组分区的出力调整因子，在数据文件中的pz卡进行定位修改。[0156](4)潮流计算[0157]潮流计算通过调用电力系统分析软件psd-bpa实现，其迭代算法采用牛顿拉夫逊法，若当前电网运行方式计算收敛可得到潮流解，并从输出结果文件中根据关注设备的名称、电压等级、所在分区挖掘相关潮流信息。[0158](5)参数拟合[0159]为建立新能源极限消纳能力的模型，通过数值解析法进行优化求解，需针对不同的约束条件建立多项式约束方程，并拟合多项式约束函数的方程系数，约束方程包括除发电厂出线外的220kv线路正常载流能力约束、n-1计算时的事故载流能力约束，500kv线路正常运行时的稳定限额约束，220kv变压器正常运行时功率约束以及500kv变压器正常运行时的稳定限额约束，拟合算法采用最小二乘法，训练样本由蒙特卡洛采样得到新能源接入容量进行潮流计算得到，样本数量正比于接入厂站数目。[0160](6)建立模型[0161]分别建立分区、全网新能源极限消纳能力模型，其目标函数如公式(15)所示，约束函数如公式(9)至公式(14)所示。[0162](7)优化求解[0163]对(6)中所搭建的非线性规划模型进行优化求解，通过调用求解器求解该问题，所采用的数学优化算法为内点法，若能找到当前问题最优解，输出结果，结果包括当前新能源接入容量总和，最优接入厂站选址以及该厂站的最佳接入容量。[0164]由上述步骤可分别得到单站、分区和全网新能源极限消纳能力评估结果，其中，分区优化前需提供单站优化结果作为单站接入容量上限，全网优化前需提供各分区优化结果作为接入厂站初选与各站接入容量上限。[0165]根据上述模型，在matlab和gams中对模型进行求解，得到全网的新能源极限消纳能力。[0166]以某省实际电网夏季典型运行方式数据作为算例，该省共有11个分区，各分区参数如表5所示。[0167]表5全网及分区新能源极限消纳计算结果表[0168][0169]通过上述单站-分区-全网的递进技术路线，将满足网架安全约束的接入站点数量依次削减，优化结果表明当前电网运行方式下全网新能源最大接入容量为947万千瓦，并且可以得知最佳接入点位置及其建议容量，如图6所示。[0170]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
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