专利名称：：电网柔性约束综合系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种电力系统
技术领域：
的系统及方法，尤其涉及一种电网柔性约束综合系统。
背景技术：
：受未来国家政策、环境变化、能源需求以及全球经济发展周期性波动等不确定因素的影响，电网规划过程中面临着众多的不确定因素。首先，输电网规划信息的制定开始面临市场化改革带来的新的更多和更复杂的不确定性。传统的发输电统一的管理模式已经打破，在“厂网分开、竞价上网”的改革趋势下，新建电厂的厂址及其装机容量等已经由发电公司自行决定，使得电网规划工作者无法在电网规划过程中充分考虑电源规划结果的影响，进而使得电源成为电网规划过程中一大不确定因素。其次，随着我国对外开放广度与深度的不断拓展，我国经济体系与全球经济发展之间的联系越来越紧密，全球经济发展的波动对我国经济的冲击也越来越大。今年由美国次贷危机引发的全球经济危机已经对我们东南沿海经济发达省份中为数众多的民营和私营企业造成重大经济冲击，大量中小企业纷纷倒闭，这无疑将导致这些地区的电力负荷大量减少，而建立在经济危机之前所做负荷预测结论基础之上的现状电网对这种不可预计的负荷波动的适应性显然要大打折扣，继而成为电网规划过程中无法预先确定的不确定因素。最后，随着我国电力装备制造技术的进步，各种电气设备的质量和性能能够大大提高或者至少有些设备会有一定程度的提高。原来建立在传统可靠性理论基础之上的线路强迫停运率等可靠性指标，都仅仅考虑了线路老化的因素，而线路的可靠性实际上跟许多不确定因素有关，如雷击、鸟害等。这些因素的原始数据很难获取，因而精确计算线路停运率不现实，导致线路停运率指标也成为电网规划中不可忽视的不确定因素之一。然而，现有的考虑不确定因素的电网规划方法普遍存在着考虑的不确定性因素种类较少，规划所基于的数学理论单薄，求解大规模电网的计算速度慢等缺点，因此无法应用到实际大规模电网的规划过程中。经对现有技术的文献进行检索发现，杨宁等在《电力系统自动化》(2004,28(14)23-27)上发表的《基于机会约束规划的输电系统规划方法》将机会约束规划引入到市场环境下电网规划当中，给出了电网规划中处理不确定因素的方法。其不足之处在于仅仅以最小化规划信息的投资为目标，并没有在技术指标上对方案进行综合权衡和优化。
发明内容本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种电网柔性约束综合系统，将柔性约束规划方法引入电网规划当中，综合考虑电源、线路及负荷的不确定性，能够使得电网规划信息同时具有较优的不确定性信息下系统性能评价指标和较强的应对未来不确定因素变化的能力，可应用到大规模实际电网的规划工作中。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括原始网架数据模块、安全电网扩展模块和柔性约束电网规划模块，其中原始网架数据模块的输入端接收潮流数据文件(BPA)，原始网架数据模块的输出端与安全电网扩展模块相连接以输出初始网架，安全电网扩展模块将初始网架进行扩展建模和模拟运行后生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块进行分析决策，柔性约束电网规划模块将经分析决策后的电网柔性约束综合规划方案输出。所述的初始网架包括原始电网参数和系统阻抗矩阵；所述的原始电网参数包括原始网架已有节点及其负荷数据、已有走廊、线路及电气参数，规划信息待选架线走廊信息、待选线路电气参数、规划水平年电网节点及负荷预测值数据电源参数。所述的原始网架数据模块包括参数提取单元和阻抗矩阵生成单元，其中参数提取单元从BPA潮流数据文件中提取出原始网架的原始电网参数并输出至阻抗矩阵生成单元以生成系统阻抗矩阵并发送至安全电网扩展模块。所述的安全电网扩展模块包括扩展单元和安全扫描单元，其中扩展单元采用逐步扩展法将初始网架扩展为规划信息模板，安全扫描单元对规划信息模板进行安全扫描，即输入夏季高峰负荷典型运行方式至规划信息模板，生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块。所述的柔性约束电网规划模块包括故障模拟单元、安全性检测单元、传输能力检测单元和综合决策单元，其中故障模拟单元将初始规划信息进行不确定因素模拟，并将模拟结果输出至电网安全性检测单元，安全性检测单元根据模拟结果呈现的最小切负荷悲观值来判断电网安全性并将最小切负荷费用输出至综合决策单元，可用传输能力检测单元将初始规划信息依照直流潮流模型计算得到网络可用传输能力并输出至综合决策单元，综合决策单元将最小切负荷费用和网络可用传输能力根据层次分析法生成的电网柔性约束综合规划。本发明规划信息比现有技术有着更好的适应不确定性环境的能力，不仅能够综合考虑电源、线路及负荷的不确定性，并且能计及在夏季高峰负荷典型方式下系统的N-I最小可用传输能力和系统的负荷可增长程度，能够同时具有较优的不确定性信息下系统性能评价指标和较强的应对未来不确定性因素变化的能力。图1为本发明示意图。图2为现有地理接线图。图3为实施例地理接线图。具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括原始网架数据模块、安全电网扩展模块和柔性约束电网规划模块，其中原始网架数据模块的输入端接收BPA潮流数据文件，原始网架数据模块的输出端与安全电网扩展模块相连接以输出初始网架，安全电网扩展模块将初始网架进行扩展建模和模拟运行后生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块进行分析决策，柔性约束电网规划模块将经分析决策后的电网柔性约束综合规划输出。所述的初始网架包括原始电网参数和系统阻抗矩阵；所述的原始网架数据模块包括参数提取单元和阻抗矩阵生成单元，其中参数提取单元从潮流数据文件(BPA)中提取出原始网架的原始电网参数并输出至阻抗矩阵生成单元以生成系统阻抗矩阵并发送至安全电网扩展模块。所述的安全电网扩展模块包括扩展单元和安全扫描单元，其中扩展单元采用逐步扩展法将初始网架扩展为规划信息模板，安全扫描单元对规划信息模板进行安全扫描，即输入夏季高峰负荷典型运行方式至规划信息模板，生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块。所述的柔性约束电网规划模块包括故障模拟单元、安全性检测单元、传输能力检测单元和综合决策单元，其中故障模拟单元将初始规划信息进行不确定因素模拟，并将模拟结果输出至安全性检测单元，安全性检测单元根据模拟结果呈现的最小切负荷悲观值来判断电网安全性并将最小切负荷费用输出至综合决策单元，可用传输能力检测单元将初始规划信息依照直流潮流模型计算得到网络可用传输能力并输出至综合决策单元，综合决策单元将最小切负荷费用和网络可用传输能力根据层次分析法生成的电网柔性约束综合规划。本实施例中柔性约束电网规划模块通过以下方式得以实现a)故障模拟单元故障模拟单元首先对来自负荷、电源和线路故障的三大类不确定因素进行模拟。负荷不确定性使用基于正态分布的概率模型来表示负荷增长的不确定性。对于现有负荷节点i，假设该点原有负荷为Pmci,在输电系统规划期间，该点负荷的变化量ΔΡμ为一随机变量，月艮从正态分布ΔΡΜΝ(μσ/)，其中μi为期望值。那么该点的负荷PDi=ΡΜ。+ΔΡΜ。对于规划期间内新增的负荷节点i，Pmo=0，PDi=ΔPmo本实施例中，每个负荷点的μi取值为该负荷的确定性负荷预测值。οi的取值依据为负荷大于1.2μi或者小于(XSyi的概率小于0.05，即负荷波动幅度达20%的概率不超过0.025。在计算时，根据此概率分布进行抽样得到相应的负荷状态。电源不确定性对于规划期内可能出现的电源节点i，假设其成为新增电源节点的概率为P，且该点的发电装机容量服从离散概率分布。例如，当确定节点i为一新增电源节点时，预计该点装机容量可能为Peik，出现每一种可能的装机容量的概率分别为aik。这样，离散型随机变量的分布为MPr(X=PGik)=aik，式中0<aik<1；J^aik二1;k=1，2，...，M0k=l在本实施例中，每个发电机组未来年的装机容量期望值已知，设为Pei，设机组最大装机容量分别为0.95PGi，0.975PGi，1.OPei，1.025PGi，1.05Ρω，相应的取值概率分别为0.05，0.1,0.7,0.1,0.05，在计算时，根据此概率分布进行抽样得到相应的电源装机容量。线路故障不确定性采用01分布模型来表示线路检修、故障的不确定性，其中0表示线路为检修或故障的状态，1表示线路为正常运行状态。在本实施例中，500kV输电设施可靠性计算参数取值根据LCC项目的统计数据，取输电线路的强迫停运率(FOR)为0.03493/百公里。在计算时，根据此概率分布进行抽样得到相应的线路运行状态。b)安全性检测单元安全性检测单元对当前规划信息进行不确定信息下系统“N-1”安全性进行分析，找出安全性薄弱的线路，并在该回路上加设线路，更新当前规划信息。本实施例通过计算电网在不确定信息呈现的最小切负荷悲观值来判断电网“N-1”安全性。所述的最小切负荷费用(MinimumLoadSheddingCost，MLSC)是指电网运行中由于网架结构不合理或者电网故障时出现支路过负荷而造成的切负荷赔偿费用。最小切负荷费用计算的核心问题是切负荷节点和数量的选择。它取决于两个因素一是节点切负荷对于消除系统过负荷支路的有效度，即节点切除负荷对于消除系统过负荷的总体效应；二是节点的单位切负荷费用。基于直流潮流模型，最小切负荷费用计算的线性规划方法为^MLSC=YjCjPcj(1)J^D从pL-ΣsLfPfL^Nb(2)f[NP^n<PG]<P^JgNg(3)0^Pgj^PdjjeNd(4)PLmin<PLLgNb(5)式中MLSC为系统最小切负荷费用，是随机变量；.为节点j的单位缺电赔偿费用为节点j的切负荷量扎为支路功率为节点f对支路L的功率灵敏系数；Nb为支路集；PCjmin，PGJmax为发电机出力上下限；Pcj为节点j的发电机出力；Nc为发电机节点集；Pdj为节点j的负荷；Nd为负荷节点集^1maiSPLmin为支路潮流上下限；当计及电力系统中的随机不确定性因素时，定义最小切负荷费用悲观值如下MLSC(α)=inf{MLSC|Pr{MLSC彡MLSCl彡α}(6)基于电力系统所具有的随机特征，通过模拟发输电设备的随机开断及负荷变化确定系统可能出现的运行方式，然后使用适当的优化算法求解这些运行方式下系统的MLSC，最后分析综合各运行状态下的MLSC值，经过快速排序算法即可得到系统MLSC的α悲观值，即_(0)，α是预先设定的置信区间。本项目中，使用蒙特卡罗模拟方法和线性规划方法相结合的方法来计算_(α)，计算的过程中，各不确定性因素采用第一节中所描述的数学模型，对于每次抽样得到的确定性状态，使用确定性的基于线性规划模型的MLSC计算方法。通过对模拟后的MLSC数值的统计，还可得到系统MLSC的期望值、方差以及等数学指标。据此可分析系统的运行性能。c)可用传输能力检测单元可用传输能力检测单元对当前规划信息在不确定信息下呈现的网络可用传输能力进行分析计算。可用传输能力(ATC)是指在满足一定的安全约束条件下，从一个区域向另一个区域仍可能输送的最大功率。基于直流潮流模型，可用传输能力计算的线性规划模型如下maxATC=eTd(7)s.t.Sf+g=1+d(8)^-Υ/^(θ「θρ=0(9)fjjI^IiiJfij.(10)0^g^g(11)d彡0(12)其中，1，f，g，d，θ，g，e分别为负荷列向量、线路潮流列向量、发电出力列向量、负荷增长列向量、节点相角列向量、发电出力上限列向量和单位1列向量；S为节点支路关联矩阵；nu、Yu、fu分别为线路ij间的线路条数、导纳数值、线路限值。通过求解此模型，即可求得网络的可用传输能力。计及电力系统中的随机不确定性因素，定义概率可用传输能力如下基于电力系统所具有的随机特征，通过模拟发输电设备的随机开断及负荷变化确定系统可能出现的运行方式，然后使用适当的优化算法求解这些运行方式下系统的ATC，最后分析综合各运行状态下的ATC值得到系统ATC值的期望值。本项目中，使用蒙特卡罗模拟方法和线性规划方法相结合的方法来计算概率ATC的数值，计算的过程中，各不确定性因素采用第一节中所描述的数学模型，对于每次抽样得到的确定性状态，使用确定性的基于线性规划模型的ATC计算方法。通过对模拟后的ATC数值的统计，即可得到概率ATC的期望值、方差等数学指标。据此可分析系统的运行性能。d)综合决策单元综合决策单元对当前方案进行各指标重要性程度进行层次划分，并进行重要性排序，运用层次分析法，对规划信息进行综合评估，最后输出规划信息。该模块基于如下规划模型作为决策依据Minν,=ye.λ.‘么ν,(13)Maxv2=E[eTd](14)Minv5=MLSC(α)(15)J.—16)MLSC(α)=inf{MLSCIPr{MLSC彡MLSCl彡α}(17)E(eTd)彡h,MLSC(α)<MLSCl(18),.C19JSf+g+r=1(20)4.—rM-}1)(Μ=ο,121)0^g^gmax(22)0(η^.(nij;d^0,0^r^1(23)式中cu为支路i_j间增加单条线路的投资成本；λ工为表征最小切负荷费用悲观值、不确定性信息下概率可用传输能力期望值；E(eTd)为不确定性信息下概率可用传输能力；叫」为支路i_j间实际增加线路的条数；叫/1为支路i_j间原有线路的条数;_(α)为系统最小切负荷费用的α悲观值；为支路i_j间的有功功率；为支路i_j间单条线路的有功传输极限；S为节点支路关联矩阵；g为发电机有功出力列向量；r为最小切负荷列向量；1为负荷有功列向量预测值；gmax为发电机有功出力上限列向量；式(16)、(17)、(18)是不确定性信息下系统过载概率约束、系统概率可用传输能力约束和最小切负荷费用约束；(19)_(23)是负荷取预测值及随机模拟时每次模拟取确定性数值时的约束。我国某实际区域电网500kV网架规划作为验证本实施例的有效性。初始年为2004年，规划水平年为2008年。采用本实施方法给出该区域电网2008年网架的三个规划信息。同采用传统规划信息得出的实际网架相比，各指标如表1。选取代表性的方案1作为与传统规划得到的方案进行对比的方案。图2为传统规划得到的方案的地理接线图。图3为本实施例规划信息1得到的地理接线图，为了突出本实施例所得规划信息同实际规划信息的架线回数差别，详见表2。表1本实施例所得规划信息和实际规划信息比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2本实施例所得规划方案和实际规划方案差异表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>从表1可以看出，采用本实施例规划的电网方案，首先均能保证夏季高峰负荷典型方式下的N-I安全约束，即确保夏季高峰负荷典型方式N-I时100%不切负荷，三个架线方案均无线路架线线路冗余，即少架任意一条线路，将无法满足系统在正常情况或N-I情况下系统的安全性。并且，经BPA软件校验，500kV系统全网电压均合理。同实际的规划网络进行了对比分析，表明传统规划信息得到的网络虽然能够满足本章所建模型的约束，但投资费用较大。当考虑各节点负荷以夏季高峰负荷的20%做大幅度波动以及发电机和线路均有故障和检修时，500kV系统出现不到0.05的线路越限概率，并且只有不到0.02左右的概率出现300万元以上的切负荷赔偿费用，同时也保证了具有一定的可用传输能力。2008年实际方案在负荷出现同样波动时虽然能100%确保不切负荷，系统不确定信息下可用传输能力可保证有15%以上，但是整个网络投资较高，电网建设没有准确反映负荷在空间上分布的不均勻性。因此，本实施例规划信息跟实际网架相比，首先确保夏季高峰负荷典型方式N-I时100%不切负荷，同时，运用系统科学中的层次分析法搭建了规划信息各个指标对于电网规划宏观目标的关系平台，运用矩阵特征方程和特征值分析的相关理论得出了各指标互相的相对权重，在此基础上给出了根据多个指标进行电网规划信息的筛选方法。从这点上看，本文规划信息能够应用于考虑不确定因素的大规模实际电力网络的规划工作，兼顾到了更多的电网规划信息特性，从多角度和多视野对电网规划信息进行了评估，从而更具有应对不确定性环境的灵活性和适应性。权利要求一种电网柔性约束综合系统，其特征在于，包括原始网架数据模块、安全电网扩展模块和柔性约束电网规划模块，其中原始网架数据模块的输入端接收潮流数据文件，原始网架数据模块的输出端与安全电网扩展模块相连接以输出初始网架，安全电网扩展模块将初始网架进行扩展建模和模拟运行后生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块进行分析决策，柔性约束电网规划模块将经分析决策后的电网柔性约束综合规划输出；所述的初始网架包括原始电网参数和系统阻抗矩阵。2.根据权利要求1所述的电网柔性约束综合系统，其特征是，所述的原始电网参数包括原始网架已有节点及其负荷数据、已有走廊、线路及电气参数，规划信息待选架线走廊信息、待选线路电气参数、规划水平年电网节点及负荷预测值数据电源参数。3.根据权利要求1所述的电网柔性约束综合系统，其特征是，所述的原始网架数据模块包括参数提取单元和阻抗矩阵生成单元，其中参数提取单元从潮流数据文件中提取出原始网架的原始电网参数并输出至阻抗矩阵生成单元以生成系统阻抗矩阵并发送至安全电网扩展模块。4.根据权利要求1所述的电网柔性约束综合系统，其特征是，所述的安全电网扩展模块包括扩展单元和安全扫描单元，其中扩展单元采用逐步扩展法将初始网架扩展为规划信息模板，安全扫描单元对规划信息模板进行安全扫描，即输入夏季高峰负荷典型运行方式至规划信息模板，生成初始规划信息并输出至柔性约束电网规划模块。5.根据权利要求1所述的电网柔性约束综合系统，其特征是，所述的柔性约束电网规划模块包括故障模拟单元、电网安全性检测单元、传输能力检测单元和综合决策单元，其中故障模拟单元将初始规划信息进行不确定因素模拟，并将模拟结果输出至电网安全性检测单元，电网安全性检测单元根据模拟结果呈现的最小切负荷悲观值来判断电网安全性并将最小切负荷费用输出至综合决策单元，传输能力检测单元将初始规划信息依照直流潮流模型计算得到网络可用传输能力并输出至综合决策单元，综合决策单元将最小切负荷费用和网络可用传输能力根据层次分析法生成的电网柔性约束综合规划。全文摘要一种电力系统
技术领域：
的电网柔性约束综合系统，包括原始网架数据模块、安全电网扩展模块和柔性约束电网规划模块。本发明综合考虑电源、线路及负荷的不确定性，并且能计及在夏季高峰负荷典型方式下系统的N-1最小可用传输能力和系统的负荷可增长程度，能够同时具有较优的不确定性信息下系统性能评价指标和较强的应对未来不确定性因素变化的能力。文档编号H02J3/00GK101820172SQ20091030923公开日2010年9月1日申请日期2009年11月3日优先权日2009年11月3日发明者朱忠烈,武鹏,程浩忠,马则良,黄磊申请人:华东电网有限公司;上海交通大学