一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法与流程

本发明属于配电网分析规划领域，具体涉及一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法。
背景技术：
：科学合理的电网规划是保障电力系统安全性、可靠性和经济性的前提条件。电网规划需要做到“用好增量，盘活存量”，充分发挥电网的输配电能力。随着我国经济进入新常态以及电力体制改革的推进，我国电网发展和投资受到了一定的约束。然而在实践中，人们普遍采用将各电压等级系统分层规划的策略，针对不同电压等级的电网采用不同的方法进行规划，较少考虑主配网之间的协调，会导致局部电网出现变电站供电不平衡、不同电压等级电网之间输配电能力不匹配甚至是短路电流和供电能力相互制约的问题。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术存在的输配电能力不匹配的问题，提供一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法。为实现以上目的，本发明的技术方案如下：一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法，依次包括以下步骤：步骤a、根据主网的常规技术参数搭建考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型，并根据电网中各节点的连接情况分别定义n-1预想故障后的负荷转供方向矩阵amn、无方向负荷转供比矩阵t和有方向负荷转供比矩阵s以建立负荷转供模型；步骤b、先将负荷转供模型与考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型结合得到输电网规划模型，再采用求解器算法求解该规划模型即可。步骤b中，所述输电网规划模型的目标函数为：f＝minc(x)+max(tii)*c0上式中，c(x)为输电网的建线成本，x为决策某一输电走廊的某一支路是否建成的二进制决策变量其取值为0或1，tii为矩阵t中第i行第i列元素，c0为原网架所有已有线路的造价成本；所述输电网规划模型的约束包括基态约束、n-1预想故障后约束、故障后负荷转供约束；所述基态约束为：θmax-|θi|≥0上式中，为原网架已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，分别为节点i与节点j之间走廊建线数的最大、最小值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流，pij为节点i与节点j之间走廊的总潮流，pgi为节点i的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，θi、θj分别为节点i、节点j的相角，xij为节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值；所述n-1预想故障后约束为：上式中，为发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为未发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为发生n-1预想故障的待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路故障后潮流，为节点i与节点j之间走廊的故障后总潮流，为节点i故障后的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，分别为故障后节点i、节点j的相角，为发生n-1预想故障的线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，xij为故障后节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值，v为每个机组的爬坡速率，δt为紧急容许再调度时间，pgi为节点i故障前的机组出力；所述故障后负荷转供约束为：0≤tij≤1s＝amn.*t上式中，为矩阵amn中第i行第j列元素，为矩阵amn中第j行第i列元素，tij为矩阵t中第i行第j列元素，为矩阵s中第j列元素的加和，为负荷转供后各节点的负荷，pdi负荷转供前各节点的负荷，为各节点的变电站容量。步骤a中，所述主网常规技术参数包括节点参数、输电走廊参数、机组运行参数。所述节点参数包括节点个数，各个节点处的有功负荷、变电站容量、负荷转供成本、机组出力的最大和最小值、电压功角最大值；所述输电走廊参数包括输电走廊个数，各个输电走廊的已有支路数、最大可建支路数、首端节点与末端节点、单条支路电抗、单条支路潮流最大值以及单条支路建线成本；所述机组运行参数包括故障后机组爬坡速率及紧急容许再调度时间。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法先根据主网的常规技术参数搭建考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型，并根据电网中各节点的连接情况分别定义负荷转供方向矩阵a、无方向负荷转供比矩阵t和有方向负荷转供比矩阵s以建立负荷转供模型，再将负荷转供模型与考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型结合得到输电网规划模型，最后采用求解器算法求解该规划模型，一方面，该方法针对n-1预想故障可能带来的潮流越限问题，通过负荷转供在缓解潮流越限、削减建线成本方面潜力的量化，使得建立输电网规划模型能够优化得到兼顾系统安全性与经济性要求的输电网规划方案，有利于降低输电网规划的总成本，另一方面，采用常见的求解器算法即可高效求解该方法得到的输电网规划模型，有效降低了模型的求解难度。因此，本发明不仅兼顾了系统安全性与经济性要求，而且降低了模型的求解难度。附图说明图1为本发明实施例1中主网的拓扑结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法，依次包括以下步骤：步骤a、根据主网的常规技术参数搭建考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型，并根据电网中各节点的连接情况分别定义n-1预想故障后的负荷转供方向矩阵amn、无方向负荷转供比矩阵t和有方向负荷转供比矩阵s以建立负荷转供模型；步骤b、先将负荷转供模型与考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型结合得到输电网规划模型，再采用求解器算法求解该规划模型即可。步骤b中，所述输电网规划模型的目标函数为：f＝minc(x)+max(tii)*c0上式中，c(x)为输电网的建线成本，x为决策某一输电走廊的某一支路是否建成的二进制决策变量其取值为0或1，tii为矩阵t中第i行第i列元素，c0为原网架所有已有线路的造价成本；所述输电网规划模型的约束包括基态约束、n-1预想故障后约束、故障后负荷转供约束；所述基态约束为：θmax-|θi|≥0上式中，为原网架已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，分别为节点i与节点j之间走廊建线数的最大、最小值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流，pij为节点i与节点j之间走廊的总潮流，pgi为节点i的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，θi、θj分别为节点i、节点j的相角，xij为节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值；所述n-1预想故障后约束为：上式中，为发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为未发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为发生n-1预想故障的待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路故障后潮流，为节点i与节点j之间走廊的故障后总潮流，为节点i故障后的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，分别为故障后节点i、节点j的相角，为发生n-1预想故障的线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，xij为故障后节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值，v为每个机组的爬坡速率，δt为紧急容许再调度时间，pgi为节点i故障前的机组出力；所述故障后负荷转供约束为：0≤tij≤1s＝amn.*t上式中，为矩阵amn中第i行第j列元素，为矩阵amn中第j行第i列元素，tij为矩阵t中第i行第j列元素，为矩阵s中第j列元素的加和，为负荷转供后各节点的负荷，pdi负荷转供前各节点的负荷，为各节点的变电站容量。步骤a中，所述主网常规技术参数包括节点参数、输电走廊参数、机组运行参数。所述节点参数包括节点个数，各个节点处的有功负荷、变电站容量、负荷转供成本、机组出力的最大和最小值、电压功角最大值；所述输电走廊参数包括输电走廊个数，各个输电走廊的已有支路数、最大可建支路数、首端节点与末端节点、单条支路电抗、单条支路潮流最大值以及单条支路建线成本；所述机组运行参数包括故障后机组爬坡速率及紧急容许再调度时间。本发明的原理说明如下：本发明提出了一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法，该方法在满足主网安全性约束(如n-1预想故障情况下正常供电等约束)的前提下充分利用配电网负荷转供能力能够降低主网在故障时期的潮流水平、减少主网网架投资需求、节约主网网架投资成本，实现了主配网协调发展。考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型：本发明所采用的输电网规划初始模型的目标函数为全网的建线成本最小：f＝minc(x)本发明所述输电网规划模型的约束包括基态(即不发生故障的正常状态)约束与n-1预想故障后约束，其采用的变量包括二进制决策变量x与连续变量y。连续变量y包括基态/故障后支路潮流、基态/故障后同走廊支路潮流和、基态/故障后机组出力、基态/故障后电压相角。基态约束中，为基态下关于x的等式约束，具体为各个输电走廊中各条支路状态x变量取值约束；为基态下关于x的不等式约束，具体为同一输电走廊内建线顺序约束、同一输电走廊内建线数量上、下限约束；为同一输电走廊各条支路潮流求和约束；为节点功率平衡约束；为支路潮流-功角约束；为支路潮流上、下限约束；为机组出力上、下限约束；θmax-|θi|≥0为节点相角上下限约束。n-1预想故障后约束中，为已有线路中各条支路状态x变量取值约束，其中发生故障的支路可以设定为该走廊已有支路中编号最大的支路；为发生n-1预想故障的待建线路中各条支路状态x变量取值约束；为故障后同一输电走廊各条支路潮流求和约束；为故障后节点功率平衡约束；为故障后支路潮流-功角约束；为故障后支路潮流上下限约束；为故障后机组出力上下限约束；为故障后节点相角上下限约束；为故障后机组爬坡约束。负荷转供方向矩阵a：其行数与列数均为系统的节点数，对角线上的所有元素为-1，代表负荷流出节点为负方向。若节点i与节点j直接相连，则第i行第j列与第j行第i列元素设为1，代表负荷流入节点为正方向。与发电机节点相关的a矩阵元素均设为0。因此矩阵a为一个对称矩阵。无方向负荷转供比矩阵t：其行数与列数均为系统的节点数，其元素值在0和1之间，对角线元素tii为节点i的负荷转出百分比，第i列的其他元素tji(j≠i)为节点i转出的负荷中转入节点j的百分比。有方向负荷转供比矩阵s：其行数与列数均为系统的节点数，通过s＝a.*t得到，因此矩阵s中无直接相连关系的节点之间的转供百分比为0，且负荷的转入与转出用正号与负号区分。amn：由于系统发生n-1预想故障后相应节点之间会发生断线，可能改变了节点关联关系，因此将故障后的负荷转供方向矩阵修改为amn。故障后负荷转供约束中，规定了n-1预想故障后的负荷转供方向矩阵amn仍为对称矩阵；0≤tij≤1为各节点负荷转供比的上下限约束；s＝amn.*t表示通过矩阵amn和矩阵t生成有方向负荷转供比矩阵s；规定了矩阵s的每一列加和为0，即从每一个节点转出的负荷量等于其转入所有相连节点的负荷量；表示在负荷转供基础上将原系统各节点负荷修改为新负荷为新负荷的上下限约束，即节点的新负荷不应小于0，也不应超过该节点的变电站容量。考虑故障后负荷转供后，规划模型的目标函数修正为建线成本与和原网架所有已有线路的造价成本成比例的负荷转供成本之和，该比例取各节点负荷转出百分比中的最大值：f＝minc(x)+max(tii)*c0由于含有表示建线决策的二进制变量，上述模型为混合整数线性规划问题，采用求解器算法求解即可。同时，通过设定合理的负荷转供上限，可达到建线成本与负荷转供成本之间的平衡。实施例1：一种考虑配电网负荷转供能力的输电网规划方法，依次按照以下步骤进行：步骤1、收集主网的常规技术参数，其中，所述主网常规技术参数包括节点参数、输电走廊参数、机组运行参数，所述节点参数包括节点个数，各个节点处的有功负荷、变电站容量、负荷转供成本、机组出力的最大和最小值、电压功角最大值，所述输电走廊参数包括输电走廊个数，各个输电走廊的已有支路数、最大可建支路数、首端节点与末端节点、单条支路电抗、单条支路潮流最大值以及单条支路建线成本，所述机组运行参数包括故障后机组爬坡速率及紧急容许再调度时间。本实施例主网采用改进的6节点标准算例，包含三台发电机，其拓扑结构示意图参见图1，各节点的负荷以及发电机参数如表1所示：表1主网各节点参数表各走廊参数如表2所示，原网架线路成本为378450万元，单位建线成本以国家电网实际建线成本为依据：表2各输电走廊参数表步骤2、根据主网的常规技术参数搭建考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型，其中，所述初始模型的目标函数为：f＝minc(x)上式中，c(x)为输电网的建线成本，x为决策某一输电走廊的某一支路是否建成的二进制决策变量，其取值为0或1；所述初始模型的约束包括基态约束和n-1预想故障后约束；所述基态约束为：θmax-|θi|≥0上式中，为原网架已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，分别为节点i与节点j之间走廊建线数的最大、最小值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流，pij为节点i与节点j之间走廊的总潮流，pgi为节点i的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，θi、θj分别为节点i、节点j的相角，xij为节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值；所述n-1预想故障后约束为：上式中，为发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为未发生n-1预想故障的已有线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为发生n-1预想故障的待建线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路故障后潮流，为节点i与节点j之间走廊的故障后总潮流，为节点i故障后的机组出力，pdi为节点i的负荷，n(i)为与节点i相连的其它节点，分别为故障后节点i、节点j的相角，为发生n-1预想故障的线路中节点i与节点j之间走廊的第k条支路状态，xij为故障后节点i与节点j之间单条支路电抗，θmax为相角最大值，为节点i与节点j之间走廊的第k条支路潮流最大值，v为每个机组的爬坡速率，δt为紧急容许再调度时间，pgi为节点i故障前的机组出力。步骤3、先根据电网中各节点的连接情况分别定义负荷转供方向矩阵a、无方向负荷转供比矩阵t和有方向负荷转供比矩阵s，然后确定n-1预想故障后的负荷转供方向矩阵amn以建立负荷转供模型，其中，所述负荷转供模型为：0≤tij≤1s＝amn.*t上式中，为矩阵amn中第i行第j列元素，为矩阵amn中第j行第i列元素，tij为矩阵t中第i行第j列元素，为矩阵s中第j列元素的加和，为负荷转供后各节点的负荷，pdi负荷转供前各节点的负荷，为各节点的变电站容量。步骤4、先将负荷转供模型与考虑基态和n-1预想故障的输电网规划初始模型结合得到输电网规划模型，再采用求解器算法求解该规划模型，其中，所述输电网规划模型为：f＝minc(x)+max(tii)*c0θmax-|θi|≥00≤tij≤1s＝amn.*t上式中，tii为矩阵t中第i行第i列元素，c0为原网架所有已有线路的造价成本。通过设置不同的负荷转供上限，计算总成本，结果如表3所示：表3不同负荷转供上限下的总成本计算结果负荷转供上限总成本/万元044631025％440998.750％435556.875％405254.7100％405254.7由表3可以看出，当负荷转供上限逐渐增加时，总成本逐渐下降，该结果表明提供越多的负荷转供容量越有利于降低输电网规划的总成本。当前第1页12