[发明专利]一种适应全清洁能源电力系统的电网规划方法

说明书

本发明公开了一种适应全清洁能源电力系统的电网规划方法，属于电气工程技术领域。所述电网规划方法包括：建立全清洁能源电力系统规划‑运行协同优化模型，通过Benders分解法把规划‑运行协同优化模型分解为双层规划问题，再利用启发式算法预先确定机组组合方案，确定系统运行问题中的机组组合整数变量，迭代求解上层系统规划主问题和下层系统运行子问题，有解，即获得规划的风光机组投建、储能定址定容、线路扩建、扩容的方案。本发明的电网规划方法充分考虑了风电、光伏发电等新能源并入电网后产生的不确定性问题和低惯量问题，通过规划‑运行协同优化确保规划方案能够安全运行。

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，尤其是涉及一种适应全清洁能源电力系统的电网规划方法。

背景技术

以风电、光伏为代表的新能源迅速发展，风电、光伏在电力系统渗透率不断提高，甚至在部分国家和地区实现了阶段性全清洁能源供电。但由于风、光能源具有极强的波动性、间歇性、随机性，并且不能直接提供系统惯量支撑，所以当系统中的新能源达到一定比例后，电源和负荷的波动性增大，而系统的调节能力和抗干扰能力大幅度下降，严重地影响系统的稳定运行。因此现阶段亟须研究出一种能够适应不含火电机组的全清洁能源电力系统规划方案，保证在下一阶段电网能够安全、经济地转型。

传统的电网规划方法为行业专家通过经验提出多个可行的电网方案，然后进行经济技术比较。传统方法由于是设计人员根据工程经验提出，所以包含人为的主观因素，并不一定是客观上的最优方案。要想把系统规划对运行的影响考虑进电网规划决策中，需要对规划-运行进行联合建模求解。而在电力系统是由大量电源、线路、节点组成的大规模复杂网络，因此联合模型将是一个大规模、非凸、非线性的混合整数规划问题，无法直接求解规划-运行联合模型。所以需要把模型分解为规模较小的多个子问题，并通过启发式方法消除其中的整数变量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适应全清洁能源电力系统的电网规划方法。该电网规划方法可以充分考虑新能源高比例接入产生的安全性问题；并通过规划-运行联合模型，使得规划方案同时满足规划-运行两个层面的全局最优，并提出一种基于Benders分解法与启发式算法的启发式方法，使得该联合模型能够高效求解。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适应全清洁能源电力系统的电网规划方法，包括如下步骤：

(1)规划某一年时，获取前一年全清洁能源电力系统中的电源结构和网架规划结果，将网架规划结果通过导纳矩阵自修复公式得到前一年网架规划结果的导纳矩阵，将所述导纳矩阵作为规划年度的初始值，根据前一年的电源结构和导纳矩阵建立规划-运行协同优化模型，所述规划-运行协同优化模型为：

其中，d^Ty表示系统规划问题，c^Tx表示系统运行问题，y代表规划决策变量，所述规划决策变量包括电源建设决策、电网新建决策或扩容决策、储能建设决策；d为相应的单位建设和扩容费用；x代表运行变量，所述运行变量包括火、水、风、光、储的各时间段出力大小；c为相应机组单位发电成本；Dy≥b为规划决策变量的约束，包括各资源容量约束、线路扩容约束和火电退出约束，D为第一系数矩阵和b为第一系数向量；Ex+Fy≥h表示运行约束，所述运行约束包括功率平衡约束、机组出力约束、线路潮流约束、机组启停约束，E为第二系数矩阵、F为第三系数矩阵，h为第二系数向量；

(2)利用Benders分解法将步骤(1)中建立的规划-运行协同优化模型分解为双层规划问题，所述双层规划问题分为上层的系统规划主问题和下层的系统运行子问题；利用启发式算法预先确定系统运行问题中的机组组合方案，然后迭代求解系统规划主问题和系统运行子问题，若问题有解，即可获得规划的风光机组投建、储能定址定容、线路扩建扩容方案和运行的机组出力情况、线路潮流分布和储能运行状况。

进一步地，所述电源结构包括火电、水电、风电、光伏发电机组的容量和位置，所述网架结构包括电网母线之间的连接关系及线路的导纳参数。