一种自动产生电网规划候选线路集的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电网规划领域，具体涉及一种自动产生电网规划候选线路集的方法。
【背景技术】
[0002] 电网规划问题是用来确定最佳线路建设方案以满足逐年增加的负荷需要，以及相 应的安全运行标准。近年来，随着可再生能源的大范围接入，以及长距离的功率输送，对电 网规划提出了新的要求。电网规划问题是从候选线路集中选取一些线路来进行建设。长期 以来，电网规划过程中所需要的候选拟建线路都是根据专家的经验以及一些简单准则来由 人工给定，然而此方法面临着巨大挑战。
[0003] 理论上，电网中任意两个节点都可以架设线路，即任意两点之间都可以成为候选 线路。虽然，大部分可能候选线路都可以由一些明显因素(地理条件，线路长度等）而排除 掉，但是还会剩余大量的候选线路需要进行识别。电网规划的复杂性决定了候选线路集的 大小不能太大，这就需要对剩余的可能候选线路进行进一步识别，排除出不必要的候选线 路。此外，随着可再生能源的大规模接入，会对电网规划产生重要影响。可再生能源丰富的 地区大多远离负荷中心，这就需要长距离功率传输，进行区域电网互联。这就使得电网规划 问题的规模越来越大，使得候选线路集的选取变得更加复杂。
[0004] 目前而言，对选取候选线路集的研究还相当匮乏，仅有两篇文章研究了此问题，并 且都将节点边际成本差异作为选取候选线路的唯一标准。在文献《Automatic Selection of Candidate Investments for Transmission Expansion PlanningKInternational Journal of Electrical Power&Energy Systems,2014，vol.59,pp. 130-140)中，将节点边 际成本差异与线路额定功率相乘作为单位时间内减少网络阻塞的投资收益。如果某线路的 投资收益大于投资成本，则将此线路作为候选线路。在文献《Design of a High Capacity Inter-Regional Transmission Overlay for the U. S))(IEEE Transactions on Power Systems，2015，30( 1)，pp. 513-521)中同样将节点边际成本差异作为候选线路的必要条件。 然而仅将节点边际成本差异作为选取候选线路的唯一标准，则可能会将一些好的候选线路 排除在外。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种自动产生电网规划候选线路集的方法，解决了现有电网 规划过程中人工选择候选线路集的不足。目前而言，候选线路集的选择都是基于专家运行 经验而人工给定。然而，随着系统规模的增加，系统存在大量不确定性因素(可再生能源接 入，发电规划，负荷增长等），区域电网互联以及长距离功率输送，选择候选线路的难度会很 大。人工选择候选线路的方法，会面临巨大的挑战。
[0006] 本发明所提供的一种自动产生电网规划候选线路集的方法，包括以下步骤：
[0007] 1、一种自动产生电网规划候选线路集的方法，其特征在于:包括以下步骤
[0008] 1):在现有电网结构下，采用拟规划年份的负荷和发电，建立数学模型LMPC，计算 节点边际成本；
[0009] 2):检查潮流过载通道，初始化候选线路集CL为空集，然后采用LMPC模型，计算最 优潮流；
[0010] 3):在完成潮流过载通道检查之后，进行N-k安全校验；
[0011] 4):增加节点边际成本"差异大"通道，将候选线路集CL中所涉及的节点设为阻塞 节点，将所有阻塞节点形成的集合设为C;
[0012] 5):检查其他通道，来决定是否把与阻塞节点相连的其余线路加入到候选线路集 中。
[0013]步骤1)中所述的数学模型LMPC为：
[0023] 上述模型中涉及变量对应含义为:Cg为第g台发电机的发电成本;pg为第g台发电机 的功率;Ci〇i PS甩负荷费用；qi为每个节点甩负荷量;Cre3S为可再生能源未利用惩罚费用;L w 为第w个可再生能源的未利用量;G为发电机集合;B为节点集合;W为可再生能源集合;以为 节点i上的发电机集合;Eo为现有线路集合;Em为末端为节点i的线路集合;Ei.为始端为节 点i的线路集合;WA在节点i的可再生能源发电集合;P w为第w个可再生能源的功率办为节 点i上的负荷;fe为线路e的功率;Be为线路e的电抗;ie/ je为线路e的始端/末端;％、4分别 为线路e始端和末端节点的相角;Z为线路e的额定容量;艮为发电机g的发电容量；瓦为可 再生能源w的可用发电容量;σ为可再生能源的利用率;ξ,为式（1)对应的对偶系数，也就是 节点i的边际成本;该最优潮流的目标函数如式（1)所示，最小化发电成本、甩负荷成本和可 再生能源未利用量惩罚成本之和。式(2)-(9)为式(1)目标函数的约束条件，式(2)表示每个 节点的能量平衡;式(3)表示线路必须满足霍夫定律;式(4)表示线路功率需在额定容量之 内；式(5)表示发电机功率必须小于最大发电容量;式(6)表示可再生能源的利用量需大于 给定比例；式(7)表示每个节点的切负荷量小于等于节点负荷;式(8)表示可再生能源功率 小于其可用功率;式(9)表示可再生能源的未利用量小于等于其可利用量。
[0024] 步骤2)进一步包括:在得到潮流结果之后，检查每一条线路的潮流是否达到额定 容量;如果达到额定容量，说明该条线路是过载线路;对于阻塞线路，则将其增加到候选线 路CL中；将候选线路加入到线路列表中，重新计算LMPC，再一次检查是否存在过载线路;如 果仍然存在，则继续增加对应过载线路到CL中，直到最优潮流计算结果中，不存在过载线 路。
[0025] 步骤3)进一步包括:在每次检查过程中，线路包括现有线路，以及候选线路集CL中 的线路。首先初始化所需要考虑的N-k安全校验事故集合。对于每一个事故，计算在该事故 下的最小甩负荷量;如果该甩负荷量不满足要求，则将该事故对应的线路添加到候选线路 集CL中。在检查完所有事故之后，根据现有线路和更新之后的CL，重新形成N-k安全事故集， 然后再次检查每个事故是否满足要求，如果仍然满足不了要求，则继续添加对应事故线路 到候选线路集CL中。如果所有事故都能被满足，则该步骤停止。
[0026] 步骤4)进一步包括:对于每一个阻塞节点i，计算该节点与其他节点之间的公式所
;其中invij是在节点i和j之间建设线路 所需要的总投资费用分别为节点i、j的边际成本;并将!^按照从大到小排列，然后取 前面Μ个值所对应的线路，如果取得的线路不在候选线路集中，则将其加入到候选线路集 CL中。
[0027]步骤5)进一步包括：
[0028] 对于每一个阻塞节点，将该阻塞节点i与电网中其他节点进行相连，形成一个临时 的线路集合RC;将CL和RC都看做候选线路，求解TEPP模型；求解该连续化后的TEPP模型；如 果RC中，某条线路所对应的值大于设定的限值ε，则认为该条线路被选作规划线路，将其 作为候选线路加入到候选线路集中。所述的TEPP模型为电网静态规划数学模型。求解所述 的电网静态规划数学模型采用线性连续化方法，使得线路决策0-1整数变量变为0到1上的 连续变量。
[0029] 采用本发明提出的自动产生电网规划候选线路集的方法，相对于现有技术能够实 现以下技术效果。
[0030] 1)本发明综合考虑对现有通道的扩建以及建设新的通道，自动产生能够满足电网 规划需求的候选线路集。
[0031 ] 2)本发明能够适应大规模可再生能源接入下的电网规划。
[0032] 3)通过定义电网中的阻塞节点，大大缩减候选线路选择的范围，同时保持候选集 的完备性。
[0033] 4)通过求解电网静态规划模型，进一步提升候选集的完备性;采用线性连续化方 法，大大缩减求解所需时间。
【附图说明】
[0034]附图1为潮流过载通道检查；
[0035]附图2为N-k安全校验。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图1-2对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0037] 本发明提出的自动产生电网规划候选线路集的方法，包括以下步骤：
[0038] 1)在现有电网结构下，采用拟规划年份的负荷和发电，建立数学模型LMPC，计算节 点边际成本。
[0039] 求解节点边际成本所用的数学模型如下，记为LMPC:
[0049] 上述模型中涉及变量对应含义为:Cg为第g台发电机的发电成本;pg为第g台发电机 的功率;Ci〇i PS甩负荷费用；qi为每个节点甩负荷量;Cre3S为可再生能源未利用惩罚费用;L w 为第w个可再生能源的未利用量。G为发电机集合;B为节点集合;W为可再生能源集合;(^为 节点i上的发电机集合;Eo为现有线路集合;Em为末端为节点i的线路集合;Ei.为始端为节 点i的线路集合;WA在节点i的可再生能源发电集合;P w为第w个可再生能源的功率办为节 点i上的负荷;fe为线路e的功率;Be为线路e的电抗;ie/je为线路e的始端/末端;尤为线路e 的额定容量;巧为发电机g的发电容量;瓦> 为可再生能源w的可用发电容量;σ为可再生能源 的利用率;ξ,为式（1)对应的对偶系数，也就是节点i的边际成本。该最优潮流的目标函数如 式（1)所示，最小化发电成本、甩负荷成本和可再生能源未利用量惩罚成本之和。式(2)表示 每个节点的能量平衡;式(3)表示线路必须满足霍夫定律;式(4)表示线路功率需在额定容 量之内；式(5)表示发电机功率必须小于最大发电容量;式(6)表示可再生能源的利用量需 大于给定比例;式(7)表示每个节