本发明涉及电气工程的技术领域，具体涉及一种跨国电力联网潜力测算系统及方法。
背景技术：
随着世界范围内气候变化、资源紧张、环境污染等问题日益凸显，打破国家界限、在更大范围开发和配置清洁能源成为必然趋势。当前欧洲、北美、东南亚等地区已形成一定规模的跨国互联电网，并有不断扩大跨国联网容量的趋势。
跨国电力联网潜力测算是指对不同国家之间实现电网互联与电力传输必要性的量化评估。当前，该领域研究成果相对较少，成熟、科学的分析方法尚不多见。现有方法多针对某个区域的几个特定国家，通过分析各个国家能够用于发电的各类资源开发潜力与电力需求，分析各国电力供需形势，通过借助专家主观判断，将资源储量富裕地区与电力需求密集地区连接，大致判断电力流潜力。
现有分析技术的主要不足在于：一是该方法只能针对某个选定区域具体分析，无法按照统一标准同步寻找全球范围内具有跨国电力联网潜力的全部组合。当前方法局限于包含一定数量国家的某个特定区域范围，在分析各个国家资源储量与电力需求情况后，比较判断出资源相对富裕的国家与电力需求相对富集的国家，该方法难以找出具有跨国电力联网潜力的全部国家组合，原因在于任何一种区域划分的关注范围总有边界，对于边界国家与关注范围之外的邻国间的电力联网潜力无法判断。如果区域无穷大，扩展到整个世界，虽然理论上不存在该问题，但难以在近200个国家之间逐一寻找具有电力联网潜力配对的可能组合，因为两两组合配对数量巨大，已超出人脑决策能力，且当前尚未见到能求解该问题的模型软件。
第二个局限在于当前的分析大多从资源互补性的角度出发，没有将供电基础设施完善程度(电力供应充裕度)同时考虑。当前分析方法旨在判断各国发电资源开发潜力相对于电力需求是富集或贫乏，形成相对的资源中心与负荷中心，将二者相连形成跨国电力联网潜力。但实际上，决定电力跨国传输必要性的因素除资源条件外，还有各国电力工业发展与供电充裕性情况。因此，判断联网潜力时应将资源富集性与电力充裕性两个维度统筹考虑。
有鉴于此，为有效评估跨国电力联网必要性，筛选具有联网潜力的国家配对组合，本发明急需提供一种在全球范围内按照同一标准实现全面覆盖、自动筛选的跨国电力联网潜力测算系统及方法。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种跨国电力联网潜力测算方法，包括以下步骤：
确定各国的煤炭资源储量、石油资源储量、天然气资源储量、水力资源储量、太阳能资源储量和风能资源储量，并在考虑各国能源转型力度和新能源可开发程度的基础上确定各国发电资源总储量；基于各国的人口与人均用电量，确定各国年度用电量需求，并评估各国资源富集程度；
根据世界银行数据库中收集的数据确定各国的通电人口比例与电能质量评分，根据国际能源署数据库中收集的数据确定各国的电力净出口比例，分别确定通电人口比例、电能质量评分与电力净出口比例的国别相对评价得分，并评估各国电力充裕程度；
根据各国资源富集程度与电力充裕程度，确定任意两国间的互补系数，完成跨国联网潜力测算。
在上述方法中，所述确定各国的煤炭资源储量、石油资源储量、天然气资源储量、水力资源储量、太阳能资源储量和风能资源储量具体包括：
根据收集整理各国的煤炭资源储量rcoal，计算其对应的发电量潜力：
其中，acoal为煤炭资源发电效率系数；
根据收集整理各个国家的石油资源储量roil，计算其对应的发电量潜力：
其中，aoil为石油资源发电效率系数；
根据收集整理各个国家的天然气资源储量rgas，计算其对应的发电量潜力：
其中，agas为天然气资源发电效率系数；
根据收集整理各个国家的水力资源储量rhydro，计算其对应的发电量潜力：
其中，ahydro为水力资源发电效率系数；
首先通过solargis网站上的imap软件，得到各个经纬度点的太阳能辐射强度βi，计算得到各个国家平均辐射强度
其中，s为国家面积，asolar为太阳能资源发电效率系数；
评估各国的风能资源储量根据esrl网站上发布的全球风速数据统计，得到各个经纬度点的风资源强度γi，计算得到各个国家平均风资源强度
其中，s为国家面积，awind为风能资源发电效率系数。
在上述方法中，所述确定各国发电资源总储量具体包括：
es＝t·(ecoal+eoil+egas)+ehydro+u·(esolar+ewind)
其中，t为各国能源转型系数，u为新能源可开发系数。
在上述方法中，所述确定各国年度用电量需求：
根据世界银行发布的各个国家的人口与人均用电量，各国年用电量：
ed＝epc·p
其中，epc为人均用电量，p为人口数量。
在上述方法中，所述评估各国资源富集程度包括：
通过分别求差和求商两种方式形成相对评估值评估各国发电资源总储量与年用电量的相对关系，再进行综合，采用log函数进行映射：
其中，
在上述方法中，所述确定通电人口比例、电能质量评分与电力净出口比例的国别相对评价得分，具体如下：
考虑到通电人口比例大多非常接近100％，为增加区分度，将通电人口比例ia分为两段处理：
鉴于电能质量评估得分值多集中于5到7分，为增加区分度，将电能质量评估得分ib分为两段处理：
鉴于电力净出口比例多贴近于0，为增加区分度，采用log函数进行映射：
在上述方法中，所述评估各国电力充裕程度具体为：
其中，ra、rb、rc为权重系数，
在上述方法中，所述根据各国资源富集程度与电力充裕程度，确定任意两国间的互补系数，完成跨国联网潜力测算具体如下：
通过十字坐标系评估方法进行跨国联网潜力测算；将各国的电力富裕度ix和资源富集度iy标示于二维坐标图中，统筹考虑资源富集维度的互补性与电力充裕维度的互补性，定义互补系数为连接两个国家坐标点的线段沿y＝x直线的切向分量，国家m与国家n之间的互补系数为：
因此，在相邻国家中，互补系数越高，联网潜力越大。
本发明还提供了一种跨国电力联网潜力测算系统，包括依次连接的数据输入模块、评估计算模块和跨国电力联网潜力测算模块；
数据输入模块：用于输入计算模块计算需求的数据，包括各国煤炭、石油、天然气、水能的储量数据，各个经纬度点的太阳能辐射强度，各个经纬度点的风资源强度，各国经纬度范围，各国的能源转型系数与新能源可开发系数，各国的人口与人均用电量，各国通电人口比例、电能质量评估、电力净出口比例参数；
评估计算模块包括计算各国发电资源总储量计算单元、各国年用电量计算单元，资源富集程度评价单元与电力充裕程度评价单元；
分别与数据输入模块和发电资源总储量计算单元连接的能源发电量潜力计算子单元，用于计算煤炭、石油、天然气、水能、太阳能及风能发电量潜力；发电资源总储量计算单元根据能源发电量潜力计算子单元计算得到的各资源相加获得发电资源总储量；
与各国发电资源总储量计算单元和各国年用电量计算单元连接的各国资源富集程度评价单元，用于评估各国资源富集程度；
分别与数据输入模块和电力充裕程度评价单元连接的电力充裕程度评价子单元，用于对通电人口比例、电能质量评分、电力净出口比例分别形成国别相对评价得分；电力充裕程度评价单元根据电力充裕程度评价子单元计算得到的通电人口比例、电能质量评分、电力净出口比例国别相对评价得分，评估各国电力充裕程度；
跨国电力联网潜力测算模块根据资源富集程度评价单元与电力充裕程度评价单元评估的结果测算出全球范围内各邻国间的电力联网潜力。
在上述方案中，所述能源发电量潜力计算子单元具体为：
煤炭资源发电量潜力：
其中，rcoal为煤炭资源储量，acoal为煤炭资源发电效率系数；
石油资源发电量潜力：
其中，roil为石油资源储量，aoil为石油资源发电效率系数；
天然气资源发电量潜力：
其中，rgas天然气资源储量，agas为天然气资源发电效率系数；
水力资源发电量潜力：
其中，rhydro水力资源储量，ahydro为水力资源发电效率系数；
太阳能资源发电量潜力：
其中，s为国家面积，asolar为太阳能资源发电效率系数，
风能资源发电量潜力：
其中，s为国家面积，awind为风能资源发电效率系数，
发电资源总储量：
es＝t·(ecoal+eoil+egas)+ehydro+u·(esolar+ewind)
其中，t为各国能源转型系数，u为新能源可开发系数。
在上述方案中，所述各国年用电量计算单元根据各个国家的人口与人均用电量，计算得到该国年用电量：
ed＝epc·p
其中，epc为人均用电量，p为人口数量。
在上述方案中，所述各国资源富集程度评价单元具体评价过程如下：
各国资源富集程度评价单元分别按各国发电资源总储量与各国年用电量的相对关系有求差和求商形成相对评估值，再进行综合，并采用log函数进行映射：
其中，
在上述方案中，所述电力充裕程度评价子单元具体过程如下：
根据输入的各国通电人口比例ia、电能质量评估ib、电力净出口比例ic参数评估各国电力充裕程度；
考虑到通电人口比例大多非常接近100％，为增加区分度，将通电人口比例ia分为两段处理：
鉴于电能质量评估得分值多集中于5到7分，为增加区分度，将电能质量评估得分ib分为两段处理：
鉴于电力净出口比例多贴近于0，为增加区分度，采用log函数进行映射：
在上述方案中，所述电力充裕程度评价单元具体评价过程如下：
评估相应各国电力充裕度，具体为：
其中，ra、rb、rc为权重系数，
在上述方案中，所述跨国电力联网潜力测算模块具体包括：
通过十字坐标系评估方法进行跨国联网潜力测算；将各国的电力富裕度ix和资源富集度iy标示于二维坐标图中，统筹考虑资源富集维度的互补性与电力充裕维度的互补性，定义互补系数为连接两个国家坐标点的线段沿y＝x直线的切向分量，国家m与国家n之间的互补系数为：
因此，在相邻国家中，互补系数越高，联网潜力越大。
本发明通过统计各国传统能源与新能源的发电量潜力，统计各国年用电量，并根据各国的通电人口比例、电能质量评估得分与电力净出口比例，从资源富集和电力充裕的角度，针对全球各个国家进行全覆盖同步分析计算，实现全面覆盖、自动筛选的跨国电力联网潜力测算。
附图说明
图1为本发明提供的流程示意图；
图2为本发明方法中跨国互补潜力分析示意图；
图3为本发明方法中跨国互补潜力分析结果分布示意图；
图4为本发明方法中两国电力联网组合潜力计算结果的柱状图；
图5为本发明提供的系统框架示意图。
具体实施方式
本发明的总体思路即从资源富集和电力充裕的角度，针对全球各个国家进行全覆盖同步分析计算，将计算结果标示在二维坐标系中，结合各国的地理相邻关系，根据不同国家在坐标系中所处具体位置的不同，度量相邻国家之间的互补潜力，形成两国、三国甚至多国之间的互联互通集合。下面结合附图1-5对本发明作出详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种跨国电力联网潜力测算方法，包括以下步骤：
s1、确定各国的煤炭资源储量、石油资源储量、天然气资源储量、水力资源储量、太阳能资源储量和风能资源储量，并确定各国发电资源总储量。具体包括以下计算：
根据收集整理各国的煤炭资源储量rcoal，计算其对应的发电量潜力：
其中，acoal为煤炭资源发电效率系数。
根据收集整理各个国家的石油资源储量roil，计算其对应的发电量潜力：
其中，aoil为石油资源发电效率系数。
根据收集整理各个国家的天然气资源储量rgas，计算其对应的发电量潜力：
其中，agas为天然气资源发电效率系数。
根据收集整理各个国家的水力资源储量rhydro，计算其对应的发电量潜力：
其中，ahydro为水力资源发电效率系数。
太阳能作为新能源，各国太阳能资源储量数据不像上述几种传统资源具有成熟的统计数据，需要自行计算分析。首先通过solargis网站上的imap软件，得到各个经纬度点的太阳能辐射强度βi，计算得到各个国家平均辐射强度
其中，s为国家面积，asolar为太阳能资源发电效率系数。
评估各国的风能资源储量根据esrl网站上发布的全球风速数据统计，得到各个经纬度点的风资源强度γi，计算得到各个国家平均风资源强度
其中，s为国家面积，awind为风能资源发电效率系数。
s2、根据世界银行发布的各国的人口与人均用电量，确定各国年度用电需求的年用电量，具体如下：
考虑到当前许多国家都提出了能源低碳化转型、大力发展清洁能源的目标，煤炭、石油、天然气等化石能源发电将逐步完成退出，因此对于化石能源储量需要打折考虑。另外，太阳能、风能等新能源理论蕴藏量巨大，广泛分布在每一寸土地上，实际能够开发的往往是其中的一小部分，因为不可能所有的国土面积都安装太阳能或风力发电设备。定义各国能源转型系数t，新能源可开发系数u，计算各国发电资源总储量(资源储量加权汇总)为：
es＝t·(ecoal+eoil+egas)+ehydro+u·(esolar+ewind)
s3、根据各国发电资源总储量与各国年用电量，评估各国资源富集程度，具体如下：
根据世界银行发布的各国的人口与人均用电量，计算得到年用电量反映该国年用电量：
ed＝epc·p
其中，epc为人均用电量，p为人口数量。
综合上述各国发电资源总储量与年用电量需求情况，评估各国资源富集度。评估两者的相对关系有求差和求商两种处理方式，本实施例分别按求差和求商两种方式形成相对评估值，再进行综合，此外，为避免评估结果过于集中在某个区间，则采用log函数进行映射：
其中，
s4、基于各国的通电人口比例、电能质量评分、电力净出口比例，分别形成国别相对评价得分；
根据世界银行数据库中收集的数据确定各国的通电人口比例与电能质量评分，分别形成国别相对评价得分；根据国际能源署数据库中收集的数据确定各个国家的电力净出口比例，形成国别相对评价得分，具体如下：
从通电人口比例角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。考虑到通电人口比例大多非常接近100％，为增加区分度，将通电人口比例ia分为两段处理：
从电能质量角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。鉴于电能质量评估得分值多集中于5到7分，为增加区分度，将电能质量评估得分ib分为两段处理：
从电力净出口角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。鉴于电力净出口比例多贴近于0，为增加区分度，采用log函数进行映射：
s5、根据通电人口比例、电能质量评估得分和电力净出口比例的国别相对评估得分，评估各国电力充裕程度，具体为：
其中，ra、rb、rc为权重系数，
s6、根据各国资源富集程度与电力充裕程度，确定任意两国间的互补系数，完成跨国联网潜力测算，具体如下：
为综合考虑各国资源富集程度与电力充裕程度并同步求解全球范围内各邻国间的电力联网潜力，通过十字坐标系评估方法进行跨国联网潜力测算。将各国的电力富裕度ix和资源富集度iy标示于二维坐标图中，原理示意如图2所示，实际计算结果如图3所示。
统筹考虑资源富集维度的互补性与电力充裕维度的互补性，结合图2，定义“互补系数”为连接两个国家坐标点的线段沿y＝x直线的切向分量，国家m与国家n之间的互补系数为：
计算结果如图4所示，在相邻国家中，互补系数越高，联网潜力越大。
如图5所示，本发明还提供了一种跨国电力联网潜力测算系统，包括依次连接的数据输入模块、评估计算模块和跨国电力联网潜力测算模块；
数据输入模块：用于输入计算模块计算需求的数据，包括各国煤炭、石油、天然气、水能的储量数据，各个经纬度点的太阳能辐射强度，各个经纬度点的风资源强度，各国经纬度范围，各国的能源转型系数与新能源可开发系数，各国的人口与人均用电量，各国通电人口比例、电能质量评估、电力净出口比例参数；
评估计算模块包括计算各国发电资源总储量计算单元、各国年用电量计算单元，资源富集程度评价单元与电力充裕程度评价单元；
分别与数据输入模块和发电资源总储量计算单元连接的能源发电量潜力计算子单元，用于计算煤炭、石油、天然气、水能、太阳能及风能发电量潜力；发电资源总储量计算单元根据能源发电量潜力计算子单元计算得到的各资源相加获得发电资源总储量；能源发电量潜力计算子单元计算具体如下：
煤炭资源发电量潜力：
其中，rcoal为煤炭资源储量，acoal为煤炭资源发电效率系数。
石油资源发电量潜力：
其中，roil为石油资源储量，aoil为石油资源发电效率系数。
天然气资源发电量潜力：
其中，rgas天然气资源储量，agas为天然气资源发电效率系数。
水力资源发电量潜力：
其中，rhydro水力资源储量，ahydro为水力资源发电效率系数。
太阳能资源发电量潜力：
其中，s为国家面积，asolar为太阳能资源发电效率系数，
风能资源发电量潜力：
其中，s为国家面积，awind为风能资源发电效率系数，
发电资源总储量计算单元计算发电资源总储量为：
es＝t·(ecoal+eoil+egas)+ehydro+u·(esolar+ewind)
其中，t为各国能源转型系数，u为新能源可开发系数；考虑到当前许多国家都提出了能源低碳化转型、大力发展清洁能源的目标，煤炭、石油、天然气等化石能源发电将逐步完成退出，因此对于化石能源储量需要打折考虑。另外，太阳能、风能等新能源理论蕴藏量巨大，广泛分布在每一寸土地上，实际能够开发的往往是其中的一小部分，因为不可能所有的国土面积都安装太阳能或风力发电设备，因此定义各国能源转型系数t，新能源可开发系数u。
各国年用电量计算单元根据各个国家的人口与人均用电量，计算得到该国年用电量：
ed＝epc·p
其中，epc为人均用电量，p为人口数量。
与各国发电资源总储量计算单元和各国年用电量计算单元连接的各国资源富集程度评价单元，根据各国发电资源总储量与各国年用电量评估各国资源富集程度；
各国资源富集程度评价单元具体评价过程如下：
评估各国发电资源总储量与各国年用电量的相对关系有求差和求商两种处理方式，各国资源富集程度评价单元分别按两种方式形成相对评估值，再进行综合，此外，为避免评估结果过于集中在某个区间，本单元采用log函数进行映射：
其中，
分别与数据输入模块和电力充裕程度评价单元连接的电力充裕程度评价子单元，用于对通电人口比例ia、电能质量评分ib、电力净出口比例ic分别形成国别相对评价得分；电力充裕程度评价单元根据电力充裕程度评价子单元计算得到的通电人口比例、电能质量评分、电力净出口比例国别相对评价得分，评估各国电力充裕程度；
电力充裕程度评价子单元具体过程如下：
从通电人口比例角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。考虑到通电人口比例大多非常接近100％，为增加区分度，将通电人口比例ia分为两段处理：
从电能质量角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。鉴于电能质量评估得分值多集中于5到7分，为增加区分度，将电能质量评估得分ib分为两段处理：
从电力净出口角度对各国进行供电基础设施(电力供应充裕度)评估。鉴于电力净出口比例多贴近于0，为增加区分度，采用log函数进行映射：
电力充裕程度评价单元评估各国电力充裕度，具体为：
其中，ra、rb、rc为权重系数，
跨国电力联网潜力测算模块根据资源富集程度评价单元与电力充裕程度评价单元评估的结果测算出球范围内各邻国间的电力联网潜力，具体如下述：
为综合考虑各国资源富集程度与电力充裕程度并同步求解全球范围内各邻国间的电力联网潜力，跨国电力联网潜力测算模块通过十字坐标系评估方法进行跨国联网潜力测算，将各国的电力富裕度ix和资源富集度iy标示于二维坐标图中，原理示意如图2所示，实际计算结果如图3所示。
统筹考虑资源富集维度的互补性与电力充裕维度的互补性，结合图2，定义“互补系数”为连接两个国家坐标点的线段沿y＝x直线的切向分量，国家m与国家n之间的互补系数为：
计算结果如图4所示，在相邻国家中，互补系数越高，联网潜力越大。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。