大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法与流程

本发明属于电网发展与规划领域，涉及一种大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法。

背景技术：

我国能源资源分布极不均衡，全国可开发水电将近三分之二分布在西部的四川、云南、西藏三省(区)，煤炭保有储量将近三分之二集中在我国北部、西北部的山西、内蒙古、陕西三省(区)，形成了大型水电基地和煤电基地。我国能源资源分布与经济发展呈逆向分布的布局，决定了能源和电力跨区域大规模流动的必然性。超高压线路的输送能力会受到电网稳定水平、负载水平、输送距离的限制。通过超高压线路完成长距离、大容量输电时，这些输电线的输送能力主要取决于线路的稳定极限，中间缺乏足够电源支撑又会使得长距离输电线的稳定极限通常较低，也会对超高压线路的输送能力带来制约。因此，对于大规模煤电基地的大容量、远距离输送而言，仅采用超高压线路可能不能满足输送需求。

特高压线路具有电压等级高、输电距离长、送电容量大的特点，特高压线路投运后增加了输电通道，并加强了网架结构，能够显著提高输电断面的稳定水平，保障地区的电力供应，提高电网优化配置资源的能力。同时，当电网发生故障后，特高压电网能够增强电网的潮流转移能力，对于抵御电网发生多重严重故障冲击的能力也将明显加强，特高压电网是利用清洁的能源、防止大气污染的重要且有效的途径。

特高压工程建成投运后，特高压变电站与原有送端超高压电网的互联方式对电网的短路电流水平、暂态稳定性、外送断面的输电能力都会带来一定程度的影响。在特高压建设初期，网格结构尚未形成，特高压变电站与送端超高压电网若采用交流线路互联，则可能导致原有送端电网短路电流水平超过开关遮断容量，也可能给送端电网外送能力带来不利影响；若特高压变电站与送端超高压电网不互联，电压支撑能力较弱，也存在暂稳能力较弱导致能源基地电力送出受限的可能性。

随着特高压电网的发展，特高压交直流混联大规模远距离输电网也逐渐形成，电力送、受两端将会逐步形成较为复杂的电网结构，并面临多种技术问题。大规模能源基地特高压电力送出电网结构的合理规划，如何避免短路电流超过相关断路器的遮断能力并提高外送输电能力，是送端电网规划阶段需要解决的难题，同时在电网规划阶段也应当考虑电网的经济性，因此需要设计出一种综合考虑电学性能及经济性的电网结构方案的构建方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法，该方法能够综合电学性能及经济性实现电网结构方案的构建。

为达到上述目的，本发明所述的大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法包括以下步骤：

1)构建大规模能源基地特高压电力送出电网初始模型；

2)按照送端电网电源及负荷发展规划进行电力电量平衡分析，确定送端电网的富裕电力送出需求，然后根据送端电网的富裕电力送出需求、直流背靠背工程系统、设备成套设计及设备制造工艺水平确定2-3个直流背靠背的容量值；

3)根据送端电网的电网建设规划及超高压变电站的建设时序确定2-3个直流背靠背的交流落点方案；

4)根据步骤2)确定的2-3个直流背靠背的容量值及步骤3)确定的2-3个直流背靠背的交流落点方案，通过不同容量的直流背靠背换流站与不同的超高压交流落点进行互联，得若干规划网架，然后将各规划网架作为初选方案构建初选方案集；

5)对步骤4)构建的初选方案集中的各规划网架进行电学性能分析；

6)判断初选方案集中各规划网架的电学性能是否满足预设要求，当任一规划网架的电能性能不满足预设要求时，则从初选方案集中删除该规划网架；

7)判断经步骤6)处理后初选方案集是否为空集，当经步骤6)处理后初选方案集为空集时，则转至步骤2)；当步骤6)处理后初选方案集不为空集，则转至步骤8)；

8)对初选方案集中的各规划网架进行经济性分析；

9)构建以电网性能及经济性为指标的多目标优化规划模型，然后根据所述多目标优化规划模型从初选方案集中的各规划网架中选取最优规划网架，然后将所述最优规划网架作为大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案。

步骤1)的具体操作为：按照规划水平年特高压变电站、特高压变压器的配套电源、送端电网网架及发电机组的建设投产信息，以变电站容量、短路电流水平、线路输送容量及电网暂态稳定性为约束条件，根据电网中发电机、负荷、平衡节点、变压器及线路的数据信息构建大规模能源基地特高压电力送出电网初始模型。

步骤5)的具体操作为：对步骤4)构建的初选方案集中的各规划网架进行静态安全性分析、短路电流水平评估、潮流分布特性分析、暂态稳定特性分析及送端电网输电能力分析。

步骤8)的具体操作为：计算初选方案集中各规划网架的工程建设总投资、运维费用、投资回收期及输电工程经济性。

步骤6)的具体操作为：判断初选方案集中各规划网架的静态安全性、短路电流水平、潮流分布特性、暂态稳定特性及送端电网输电能力是否全部满足预设要求，当任意一个规划网架的静态安全性、短路电流水平、潮流分布特性、暂态稳定特性及送端电网输电能力不是全部满足预设要求，则从初选方案集中删除该规划网架。

步骤9)中构建以电网性能及经济性为指标的多目标优化规划模型的具体操作为：通过对电网性能及经济性赋予权重以构建多目标优化规划模型。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法在具体操作时，根据送端电网的富裕电力送出需求、直流背靠背工程系统、设备成套设计及设备制造工艺水平确定2-3个直流背靠背的容量值，再根据送端电网的电网建设规划及超高压变电站的建设时序确定2-3个直流背靠背的交流落点方案，从而形成若干规划网架，并对各规划网架进行电学性能分析，删除电学性能不符合要求的规划网架，然后再对各规划网架进行经济性分析，并以电网电学性能及经济性为指标构建多目标优化规划模型，以选取出最优的规划网架，避免选取出的规划网架电学性能不符合要求。另外，需要说明的是，本发明中通过不同容量的直流背靠背换流站与不同的超高压交流落点进行互联，避免规划网架对原有送端电网的短路电流水平带来的不利影响，控制较为灵活，能够适用于多个场景及多种运行方式。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明中特高压通过直流背靠背与送端超高压电网互联的电网结构方案示意图；

图3为送端电网特高压电力送出电网结构方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案的构建方法包括以下步骤：

1)构建大规模能源基地特高压电力送出电网初始模型；

步骤1)的具体操作为：按照规划水平年特高压变电站、特高压变压器的配套电源、送端电网网架及发电机组的建设投产信息，以变电站容量、短路电流水平、线路输送容量及电网暂态稳定性为约束条件，根据电网中发电机、负荷、平衡节点、变压器及线路的数据信息构建大规模能源基地特高压电力送出电网初始模型。

2)按照送端电网电源及负荷发展规划进行电力电量平衡分析，确定送端电网的富裕电力送出需求，然后根据送端电网的富裕电力送出需求、直流背靠背工程系统、设备成套设计及设备制造工艺水平确定2-3个直流背靠背的容量值；

3)根据送端电网的电网建设规划及超高压变电站的建设时序确定2-3个直流背靠背的交流落点方案；

4)根据步骤2)确定的2-3个直流背靠背的容量值及步骤3)确定的2-3个直流背靠背的交流落点方案，通过不同容量的直流背靠背换流站与不同的超高压交流落点进行互联，得若干规划网架，然后将各规划网架作为初选方案构建初选方案集；

5)对步骤4)构建的初选方案集中的各规划网架进行电学性能分析；

步骤5)的具体操作为：对步骤4)构建的初选方案集中的各规划网架进行静态安全性分析、短路电流水平评估、潮流分布特性分析、暂态稳定特性分析及送端电网输电能力分析。

6)判断初选方案集中各规划网架的电学性能是否满足预设要求，当任一规划网架的电能性能不满足预设要求时，则从初选方案集中删除该规划网架；

步骤6)的具体操作为：判断初选方案集中各规划网架的静态安全性、短路电流水平、潮流分布特性、暂态稳定特性及送端电网输电能力是否全部满足预设要求，当任意一个规划网架的静态安全性、短路电流水平、潮流分布特性、暂态稳定特性及送端电网输电能力不是全部满足预设要求，则从初选方案集中删除该规划网架。

7)判断经步骤6)处理后初选方案集是否为空集，当经步骤6)处理后初选方案集为空集时，则转至步骤2)；当步骤6)处理后初选方案集不为空集，则转至步骤8)；

8)对初选方案集中的各规划网架进行经济性分析；

步骤8)的具体操作为：计算初选方案集中各规划网架的工程建设总投资、运维费用、投资回收期及输电工程经济性。

9)构建以电网性能及经济性为指标的多目标优化规划模型，然后根据所述多目标优化规划模型从初选方案集中的各规划网架中选取最优规划网架，然后将所述最优规划网架作为大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案。

步骤9)中构建以电网性能及经济性为指标的多目标优化规划模型的具体操作为：通过对电网性能及经济性赋予权重以构建多目标优化规划模型。

图2中，abcdefh为1000kv变电站，a和b表示送端电网的特高压站，c为中间站点，d表示受端电网的一个特高压站，a1、b1及c1为超高压变电站，g1-g9为发电机组，t1-t9为变压器，l为受端负荷，特高压变电站b与超高压变电站b1通过直流背靠背互联。

实施例一

按照某送端电网的规划报告，明确研究水平年的特高压电网建设进度及送端超高压电网的发电机投产情况，通过电力电量平衡初步确定该送端电网的富裕电力，进而初步设定直流背靠背的容量分别为1000mw和1500mw。根据超高压送端电网网架建设规划并考虑规划方案的可持续性，确定直流背靠背的交流落点可初选为图3中的超高压变电站a或e，由此，可构建大规模能源基地特高压电力送出电网结构方案集如下：

方案一：直流背靠背容量为1000mw，直流背靠背交流落点为变电站a；

方案二：直流背靠背容量为1000mw，直流背靠背交流落点为变电站e；

方案三：直流背靠背容量为1500mw，直流背靠背交流落点为变电站a；

方案四：直流背靠背容量为1500mw，直流背靠背交流落点为变电站e。

对方案一至方案四进行静态安全分析、短路电流水平分析、暂态稳定性校核、外送输电能力分析，并对各方案的经济性进行评估，结果列于表1中。

表1

采用多属性决策方法，对规划方案进行排序，得出各规划方案的优劣程度排序为f3＞f4＞f1＞f2，符号’＞’表示“优于”，则最优规划方案为方案三，即直流背靠背容量为1500mw，直流背靠背交流落点为变电站a的规划方案。