一种新能源并网方法与流程

本发明涉及电力技术领域，具体地讲，本发明涉及一种新能源并网方法。

背景技术：

新能源指的是其能量具有间歇性和随机性特点的能源种类。目前可用于规模发电的典型新能源主要是风能、太阳能、潮汐能等等。相对于常规能源如煤炭、石油、天然气等，新能源具有能量密度小、品位低、具有间歇性、用于开发的经济性差等劣势。然而，新能源大多数是可再生能源，兼备资源丰富，分布广阔，清洁环保等常规能源不可比拟的优势。对这些能源进行规模化开发利用是解决能源危机和环境恶化等严峻问题的主要手段之一。

根据不同种类的新能源的分布特点，主要以多点分散接入的小电源(如小规模陆上风、光电源常以分散方式接入配电网)以及大规模集中式接入的大电源(如大规模风、光电源主要以集群方式接入高压电网或多点接入地区电网)两种模式并入电网。不管是以何种方式接入电网，随着新能源的并网容量的增大，其出力水平的高低变化增加了电力系统功率平衡控制的难度。在新能源高出力时，地区负荷不能完全消纳的部分，需要外送；而低出力时，地区有可能还需从区外获得电力支持。这种具有电力“吞吐”特点的电力系统汇集了高渗透率、不确定性、电力双向交换、不同电压等级多点集中与分布式分散接入并存等特征，无疑加剧了系统调峰、调频、调压、断面潮流调控等压力。

现有输电系统规划方法已不能适应新的需求，主要存在如下问题：缺乏适应高渗透吞吐型输电系统规划的综合技术经济评价指标和方法；现有电力系统规划方法无法综合平衡接纳能力与运行可靠性水平矛盾；现有方法缺乏综合考虑间歇性电源并网后引起输电系统可用传输容量的变化问题等等。

因此，本领域技术人员亟需提供一种新能源并网方法，确定新能源接入系统的最优容量以及合理地选择并网接入点，既保证系统安全与可靠运行，同时又能充分利用资源，新能源并网之后，在系统调度时，保证系统安全运行的前提下，优化分配和利用现有的输电网络资源，提升新能源的消纳能力，完善电网结构。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种新能源并网方法，确定新能源接入系统的最优容量以及合理地选择并网接入点，既保证系统安全与可靠运行，同时又能充分利用资源，新能源并网之后，在系统调度时，保证系统安全运行的前提下，优化分配和利用现有的输电网络资源，提升新能源的消纳能力，完善电网结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种新能源并网方法，包括以下步骤:

步骤s01、构建新能源接入容量与接入点优化模型；

步骤s02、建立考虑新能源并网的输电系统规划评价指标体系；

步骤s03、构建以提高接纳新能源能力为优化目标的输电系统双层规划模型；

步骤s04、提出考虑新能源并网的输电系统可用传输通道能力提升的优化决策方法。

优选的，所述步骤s01中，构建新能源接入容量与接入点优化模型采用多目标整数非线性规划，设有两组整数变量：

a、0-1变量λi，控制i点是否接入新能源，λi为0表示不接入；λi为1表示接入；

b、nij表示节点i和j之间的代建线路，其值为0-m之间的整数，m表示该输电走廊允许扩建线路的回数。

优选的，所述步骤s02中，建立考虑新能源并网的输电系统规划评价指标体系包括4个一级指标，9个二级指标以及13个三级指标。

优选的，所述步骤s02中，建立考虑新能源并网的输电系统规划评价指标体系包括以下两步：

步骤s021、对己满足基本技术经济要求的规划备选方案集进行各个指标的评估计算；

步骤s022、对这些指标进行加权综合后得到备选方案的优劣排序，得到最优方案。

优选的，所述步骤s03中，以提高接纳新能源能力为优化目标的输电系统双层规划模型，上层规划模型决定下层规划模型所针对的网络网架方案，下层规划模型反应上层规划模型的不确定性因素的承受能力。

优选的，所述步骤s03中，构建以提高接纳新能源能力为优化目标的输电系统双层规划模型包括以下步骤：

步骤s031、以投资成本最小化为目标确定输电系统规划方案描述为上层模型；

步骤s032、对间歇性电源出力不确定性与群相关性、负荷波动不确定性以及元件随机停运等不确定性情况下对所得优化规划方案进行细致的安全校验，以保证输电规划方案的适应性。

优选的，所述步骤s04中，提出考虑新能源并网的输电系统可用传输通道能力提升的优化决策方法包括以下步骤：

步骤s041、对电力系统运行中的不确定性因素的来源进行数学建模；

步骤s042、采用weibull模型对大型电场的出力进行模拟仿真、采用正态分布对负荷需求进行模拟、对常规机组以及线路采用两状态模型进行模拟；

步骤s043、求取各个子区域的可用传输容量的边缘概率密度分布；

步骤s044、利用nsga-ii方法进行同步协调优化求解，最后得到帕累托最优的待决策组合。

本发明提供了一种新能源并网方法，具有以下优点：

1、提出新能源大规模并网的接入容量与接入点优化模型，综合考虑新能源接入容量和接入点制约因素，将接入容量确定、接入点选择和网架发展规划协同考虑，从整体的角度将大规模新能源接入与系统的网架扩展进行协调统一规划；

2、弥补现有的输电系统规划综合评价指标的不足之处，实现最大程度挖掘规划方案应对规模化新能源并网的综合能力；

3、保证输电规划方案的适应性，解决综合平衡电力系统接纳间歇性电源能力与系统运行经济可靠性要求间的矛盾；

4、提出考虑新能源并网的输电系统可用传输通道能力提升的优化决策方法，将多目标非劣最优理论引入电力系统多区域可用传输容量的协调决策中，解决大规模新能源并网背景下的互联系统间可用输电容量决策的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的新能源并网方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明提供一种新能源并网方法，包括以下步骤:

步骤s01、构建新能源接入容量与接入点优化模型；

建模时将接入容量与接入点优化问题和网架优化问题协同考虑，采用多目标混合整数非线性规划。设置的整数变量有两组：

(1)0-1变量λi，控制i点是否接入新能源，λi为0表示不接入；λi为1表示接入；

(2)nij表示节点i和j之间的代建线路，其值为0-m之间的整数，m表示该输电走廊允许扩建线路的回数。

通过对新能源并网对电力系统的影响进行分析，总结了在进行接入容量与接入点优化时需要考虑的主要因素：(1)电压的波动性；(2)接入点的短路容量；

(3)网损和线损；(4)系统中常规机组的优化调度；(5)建设投资费用；(6)无功补偿状况。

综合考虑新能源接入容量和接入点两个问题的制约因素，在建立优化模型时选取了系统的潮流均衡度和经济性(包括投资成本和运行费用)作为优化的目标，约束条件则包括了新能源装机容量限制、潮流约束、常规机组出力约束、节点电压约束、线路潮流极限约束和网架扩建约束。采用多目标混合整数非线性规划方法，将接入容量确定、接入点选择和网架发展规划协同考虑，建立新能源大规模并网的接入容量与接入点优化模型。

步骤s02、建立考虑新能源并网的输电系统规划评价指标体系；

通过对新能源高渗透的区域电力系统特性的分析，拟将综合评价指标分为4个一级指标，9个二级指标以及13个三级指标。输电系统规划综合评价指标体系是个多维度、多种类指标交叉的复杂体系。其评估方法主要分为两步：首先对己满足基本技术经济要求的规划备选方案集进行各个指标的评估计算；然后根据决策偏好对这些指标进行加权综合后得到备选方案的优劣排序，从而得到最优方案。

目前对于多指标的综合决策理主要有层次分析法，嫡权法以及群决策理论等。这些方法在进行多指标的权重计算时各有优缺，可根据实际需求进行选择。

指标体系重点考虑了新能源并网引起的不确定性、风险、及环保效益对规划方案制定与决策的正反面影响，旨在最大程度挖掘规划方案应对规模化新能源并网的综合能力。

步骤s03、构建以提高接纳新能源能力为优化目标的输电系统双层规划模型；

输电系统规划时需要考虑两点要求：1)既不因网架约束而削弱系统的接纳能力；2)又不因网络容量冗余造成资源浪费。此外，电力系统运行中面对的一些随机因素如负荷随机波动、设备随机停运等对系统安全可靠运行和系统接纳间歇性电力的能力也有影响，输电系统规划时也需要考虑这些不确定性因素以提高其适应不同系统运行情况的能力。

在所采用的两层结构中，上层着重解决确定性场景下的输电规划投资决策问题；下层模型则针对随机因素影响下的多场景安全校验问题，涉及的随机因素主要为风电场出力的间歇性、负荷需求的随机波动以及元件的随机停运，采用蒙特卡洛仿真技术构建不确定性场景组合，求取对应于上层优化所确定的输电规划方案经优化调度后的最小附加成本。上下层问题间相互影响和相互制约，上层问题决定下层问题所针对的网络网架方案，下层问题则反映上层方案对不确定性因素的承受能力。

首先，将以投资成本最小化为目标确定输电系统规划方案描述为上层模型；将以弃风惩罚与切负荷惩罚量之和最小为优化目标描述为下层模型。然后，充分考虑间歇性电源出力不确定性与群相关性、负荷波动不确定性以及元件随机停运等不确定性情况下对所得优化规划方案进行细致的安全校验，以保证输电规划方案的适应性。

运用双层规划模型，提出将提高接纳新能源能力作为输电系统规划的优化目标，建立能够对规划方案进行多场景不确定性安全校验的输电系统规划模型。该模型能够在满足投资规划经济性最优的条件下，最大化提高电力系统对间歇性电源的接纳能力。

步骤s04、提出考虑新能源并网的输电系统可用传输通道能力提升的优化决策方法。

将多目标非劣最优理论引入电力系统多区域可用传输容量的协调决策中。首先对电力系统运行中的不确定性因素的来源进行数学建模。其中，采用weibull模型对大型风电场的出力进行模拟仿真；采用正态分布对负荷需求进行模拟；对常规机组以及线路采用两状态模型进行模拟。然后求取各个子区域的可用传输容量的边缘概率密度分布；然后利用nsga-ii方法进行同步协调优化求解，最后得到帕累托最优的待决策组合。

本发明有利于提升新能源发电的消纳能力，在同等水平下，提高新能源发电出力的利用效率和消纳电量。有利于节能减排的实施和绿色能源的高效利用，也便于今后大容量新能源出力并网后的电网调控和安全稳定工作。

虽然本发明主要描述了以上实施例，但是只是作为实例来加以描述，而本发明并不限于此。本领域普通技术人员能做出多种变型和应用而不脱离实施例的实质特性。例如，对实施例详示的每个部件都可以修改和运行，与所述变型和应用相关的差异可认为包括在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

本说明书中所涉及的实施例，其含义是结合该实施例描述的特地特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些术语不一定都涉及同一实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落入本领域普通技术人员结合其他实施例就可以实现的这些特定特征、结构或特性的范围内。