一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法技術

本發明專利技術涉及一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法，包括：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：確定特定經濟性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束；步驟5：確定特定可靠性約束條件；步驟6：尋求最優規劃方案進行仿真計算。本發明專利技術整合了確定性規劃準則和概率性規劃準則的相關約束和參數，同時整體考慮規劃方案的經濟性和可靠性，將輸電網拓展規劃問題轉為混合整數線性規劃問題，通過直流潮流模型和商業優化軟件CPLEX，尋找輸電網最優規劃方案，該模型具有有效性、靈活性和經濟性的特點。

A mixed programming method for mid long term development planning of power transmission network

The invention relates to a method for mixed programming method, the transmission network in long-term expansion planning including: Step 1: objective function set mixed programming model; step 2: set the grid operation constraint conditions; step 3: using the N-1 constraint conditions and N-2 flexible constraints of grid detection; step 4: identify specific economic constraints to strengthen the transmission network to meet the N-1 constraint and N-2 constraint; step 5: determine the specific reliability constraints; step 6: seeking the optimal planning scheme by simulation calculation. The invention is related to the integration of deterministic and probabilistic constraint planning planning criteria and parameters at the same time, the overall consideration of the economy and reliability of the planning scheme, the transmission network expansion planning problem into a mixed integer linear programming problem, the DC power flow model and optimization software CPLEX, to find the optimal transmission planning scheme, this model has a feature the effectiveness, flexibility and economy.

【技術實現步驟摘要】
一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法
本專利技術涉及一種電力系統規劃方法，具體涉及一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法。
技術介紹
隨著電力工業改革的進一步深入，電力行業的結構也發生著重大變化。電網企業為了生存與發展，必然要在保證電網可靠性的同時，考慮電網建設、運行和運營的經濟性，以便向用戶提供價格合理、可靠性優良的電力供應。其中，電網規劃，尤其是輸電網拓展規劃也面臨著新的困難和挑戰，諸如：負荷預測、風險控制與評估、穩定與潮流控制、過壓與短路分析、應變能力評估、可靠性評價、網絡損耗評估、經濟分析、新能源并網，以及新技術應用等。目前，國內外電網規劃準則主要分為確定性規劃準則和概率性規劃準則兩大類。確定性規劃準則的優點在于思路清晰、易于使用、對計算工具要求較低；缺點主要有：1.只分析事故影響而不考慮其發生概率，易造成過度投資等問題；2.無法很好的處理電網中的不確定因素。而概率性規劃準則能夠較好地處理此類問題，但是由于其采用了大量的統計數據，而統計數據本身的隨機性會影響計算的準確性。因此，現實的電網規劃，尤其是輸電網規劃需要一個新型的規劃模型來解決其面臨的新問題和新挑戰，使電網規劃真正實現可靠性和經濟性的平衡。
技術實現思路
為解決上述現有技術中的不足，本專利技術的目的是提供一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法。本專利技術的目的是采用下述技術方案實現的：本專利技術提供一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：利用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：確定特定經濟性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束；步驟5：確定特定可靠性約束條件；步驟6：尋求最優規劃方案進行仿真計算。進一步地，所述步驟1中，混合性規劃模型的目標函數如下：式中：σ為資本回收系數；cij為在通道i-j中建設一回線路的總費用；nij為在通道i-j中新建的線路回數；r為折現率；P為特定故障發生的概率；Vk為在負荷點k上用戶損失的單位電量對應的用戶可靠性費用；Ek為負荷點k上的期望缺供電量EENS，單位為MWh/year；其中，目標函數的貨幣量考慮時間的因素，所有的投資費用通過資本回收系數將其歸算到設備使用壽命的每一年，并假設都發生在年初；電量損失和投資收益等數值統一在每年的年末計算；i、j分別為電網中的任意兩個節點；Minimize表示目標函數取最小值；為計算資本回收系數σ，設新建線路最少運行的壽命為t年，因此資本壽命周期為t年，壽命周期t年的折現率為r，表達式為：負荷點k上的期望缺供電量EENS為Ek，其數值通過負荷持續曲線計算得到：式中：LPk-l為到達負荷節點k的最大潮流，單位為MW；LPk為節點k最大的用電負荷，單位為MW；φk為負荷節點k上有效負荷持續曲線，k∈τ，τ為網絡中負荷節點的集合，x為自變量。進一步地，所述步驟2中，電網運行基本約束條件包括：功率約束：S0f0+Sf+g+l＝d(4)直流潮流約束：線路潮流約束，包括：原有線路的潮流約束：新建線路的潮流約束：發電機機組出力約束：節點上負荷損失值的約束：0≤l≤d(9)新建線路回數的約束：其他：式中：S0為原網絡分支節點的關聯矩陣；為通道i-j中原有線路通過的潮流；f0為的向量和；S為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；f為新建線路中流過的潮流；g為節點上的發電機組的出力；l為負荷節點的電力損失；d為負荷節點的負荷值；γij為通道i-j中一回線路的導納；為通道i-j中原有的線路回數；θi為節點i的電壓角度；θj為節點j的電壓角度；為原有網絡線路的集合；為通道i-j中原有的線路數量；為通道i-j中一回線路的最大容量；為新建線路的集合；為發電機組的最大功率；nij為在通道i-j中新建的線路回數，為非負整數；為通道i-j中線路能夠建設的最大回數；fij為新建線路中流過的潮流，其值為實數；i、j分別為電網中的任意兩個節點；k為負荷節點；τ為網絡中負荷節點的集合。進一步地，所述步驟3中，N-1強制約束條件表述為：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下網絡原有線路通過的潮流，為通道m-n中一條線路發生故障下的向量和；Smn為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fmn為通道m-n中新建線路通過的潮流；gmn為通道m-n中一條線路發生故障下節點上發電機的出力；d為負荷節點的負荷值；為在通道m-n中一條線路發生故障下，該通道中剩余線路通過的潮流；；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；和為在通道m-n中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；為通道i-j中一條線路的最大容量；為通道i-j中原有線路通過的潮流；fij為新建線路中流過的潮流，其值為實數；在通道m-n中一條線路發生故障下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；為發電機組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij表示新建線路數量，為非負整數；ψ為故障集合；m、n分別表示線路發生故障下的任意兩個節點；i、j分別為電網中的任意兩個節點；N-2柔性約束條件的表述為：S0pqf0pq+Spqfpq+gpq+lpq＝d,ij＝pq≠st(22)S0stf0st+Sstfst+gst+lst＝d,ij＝st≠pq(26)S0pqstf0pqst+Spqstfpqst+gpqst+lpqst＝d,(30)ij＝pq＝st且(31)ij＝pq＝st且ij＝pq＝st且(32)ij＝pq＝st且(33)0≤lpq≤d,0≤lst≤d,0≤lpqst≤d(38)(p,q)∈ψ,(s,t)∈ψ(39)Eq.(4)-(11)(40)其中，S0pq為通道p-q中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；f0pq為通道p-q中一條線路發生故障下原有線路通過的潮流；f0pq為通道p-q中一條線路發生故障下的向量和；Spq為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fpq為通道p-q中新建線路通過的潮流；gpq為通道p-q中一條線路發生故障下節點上發電機的出力；d為每個負荷節點的負荷；為在通道p-q中一條線路發生故障下，該通道中剩余線路通過的潮流；和為在通道p-q中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；S0st為通道s-t中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；fost為通道s-t中一條線路發生故障下網絡原有線路通過的潮流；f0st為通道s-t中一條線路發生故障下的向量和；Sst為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fst為通道s-t中新建線路通過的潮流；gst為通道s-t中一條線路發生故障下，發電機的出力；d為每個負荷節點的負荷；fij0st為在通道s-t中一條線路發生故障下，該通道剩余線路通過的潮流；和為在通道s-t中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；S0pqst為通道i-j中兩條線路發生故障下，原網絡分支節點的關聯矩陣；f0pqst為通道i-j中兩條線路同時發生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：用N?1強制約束條件和N?2柔性約束條件檢測電網；步驟4：確定特定經濟性約束條件加強輸電網以滿足N?1強制約束和N?2柔性約束；步驟5：確定特定可靠性約束條件；步驟6：尋求最優規劃方案進行仿真計算。

【技術特征摘要】
1.一種用于輸電網中長期拓展規劃的混合性規劃方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：步驟1：設定混合性規劃模型的目標函數；步驟2：設定電網運行基本約束條件；步驟3：用N-1強制約束條件和N-2柔性約束條件檢測電網；步驟4：確定特定經濟性約束條件加強輸電網以滿足N-1強制約束和N-2柔性約束；步驟5：確定特定可靠性約束條件；步驟6：尋求最優規劃方案進行仿真計算。2.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟1中，混合性規劃模型的目標函數如下式(1)所示：Minimize式中：σ為資本回收系數；cij為在通道i-j中建設一回線路的總費用；nij為在通道i-j中新建的線路回數；r為折現率；P為特定故障發生的概率；Vk為在負荷點k上用戶損失的單位電量對應的用戶可靠性費用；Ek為負荷點k上的期望缺供電量EENS，單位為MWh/year；其中，目標函數的貨幣量考慮時間的因素，所有的投資費用通過資本回收系數將其歸算到設備使用壽命的每一年，并假設都發生在年初；電量損失和投資收益等數值統一在每年的年末計算；i、j分別為電網中的任意兩個節點；Minimize表示目標函數取最小值；為計算資本回收系數σ，設新建線路最少運行的壽命為t年，因此資本壽命周期為t年，壽命周期t年的折現率為r，表達式為：負荷點k上的期望缺供電量EENS為Ek，按下式(3)計算負荷持續曲線：式中：LPk-l為到達負荷節點k的最大潮流，單位為MW；LPk為節點k最大的用電負荷，單位為MW；φk為負荷節點k上有效負荷持續曲線，k∈τ，τ為網絡中負荷節點的集合，x為自變量。3.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟2中，電網運行基本約束條件包括：功率約束如下式(4)所示：S0f0+Sf+g+l＝d(4)直流潮流約束如下式(5)所示：線路潮流約束，包括：下式(6)所示的原有線路的潮流約束：下式(7)所示的新建線路的潮流約束：下式(8)所示的發電機機組出力約束：下式(9)所示的節點上負荷損失值的約束：0≤l≤d(9)下式(10)所示的新建線路回數的約束：下式(11)所示的其他：式中：S0為原網絡分支節點的關聯矩陣；為通道i-j中原有線路通過的潮流；f0為的向量和；S為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；f為新建線路中流過的潮流；g為節點上的發電機組的出力；l為負荷節點的電力損失；d為負荷節點的負荷值；γij為通道i-j中一回線路的導納；為通道i-j中原有的線路回數；θi為節點i的電壓角度；θj為節點j的電壓角度；為原有網絡線路的集合；為通道i-j中原有的線路數量；為通道i-j中一回線路的最大容量；為新建線路的集合；為發電機組的最大功率；nij為在通道i-j中新建的線路回數，為非負整數；為通道i-j中線路能夠建設的最大回數；fij為新建線路中流過的潮流，其值為實數；i、j分別為電網中的任意兩個節點；k為負荷節點；τ為網絡中負荷節點的集合。4.如權利要求1所述的混合性規劃方法，其特征在于，所述步驟3中，N-1強制約束條件如式(12)～(21)所示：S0mnf0mn+Smnfmn+gmn＝d(12)(m,n)∈ψ(20)Eq.(4)-(11)(21)其中，S0mn為通道m-n中一條線路發生故障下原網絡分支節點的關聯矩陣；f0mn為通道m-n中一條線路發生故障下網絡原有線路通過的潮流，為通道m-n中一條線路發生故障下的向量和；Smn為新建線路的網絡分支節點的關聯矩陣；fmn為通道m-n中新建線路通過的潮流；gmn為通道m-n中一條線路發生故障下節點上發電機的出力；d為負荷節點的負荷值；為在通道m-n中一條線路發生故障下，該通道中剩余線路通過的潮流；；γij為通道i-j中一條線路的導納；為通道i-j中原有的線路數量；和為在通道m-n中一條線路發生故障下節點i和節點j的電壓角度；為通道i-j中一條線路的最大容量；為通道i-j中原有線路通過的潮流；fij為新建線路中流過的潮流，其值為實數；在通道m-n中一條線路發生故障下通道i-j中新建每一條線路通過的潮流；為發電機組的最大功率；為通道i-j中線路的線路能夠建設的最大條數；nij表示新建線路數量，為非負整數；ψ為故障集合；m、n分別表示線路發生故障下的任意兩個節點；i、j分別為電網中的任意兩個節點；N-2柔性約束條件的如下式(22)～(40)所示：S0pqf0pq+Spqfpq+gpq+lpq＝d,ij＝pq≠st(22)S0stf0st+Sstfst+gst+lst＝d,ij＝st≠pq(26)

【專利技術屬性】
技術研發人員：王一哲，湯涌，顧卓遠，韓奕，楊德洲，范雪峰，夏懿，宋汶勤，張中丹，楊昌海，陳兆雁，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，國網甘肅省電力公司，國網甘肅省電力公司經濟技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11