本发明涉及电力电源规划布局
技术领域：
，尤其涉及一种配电网供给侧调峰电源规划布局方法。
背景技术：
：配电网供给侧的调峰电源，包括燃煤机组、燃气机组、水电机组和抽水蓄能机组等。各地方配电网电源安排的思路：坚持“源网并重”，充分发挥资源和交通区位优势，输煤输电并举，加快调整电力结构，建设坚强智能电网，推动电力资源优化配置和合理布局，构建适度超前、区域平衡、输配协调、集约高效、智能便捷、安全环保的现代电力体系，继续建设大型火电基地，加快发展热电联产，积极推进煤电机组超低排放技术，稳步发展调峰电源，安全高效发展核电，大力发展可再生能源发电，积极推进跨省输电和“外电入豫”输电工程建设，保持电力工业健康快速发展，构筑稳定、经济、清洁、安全的电力供应体系。所以，如何对调峰电源进行合理布局以适应地区电网逐步上升的调峰压力，是各地电力经济研究部门亟需解决的问题。电源布局的合理与否，就直接影响系统未来运行的可靠性和经济性。申请号为201610015546.3的专利公开了属于电力系统管理
技术领域：
的一种基于综合评价指标的调峰电源布局方法。该方法是在考虑调峰电源的单位建设、单位运行费用以及调峰性能的综合因素下，确立合理的调峰电源经济技术综合评价指标，对规划的调峰电源进行评价比较；以调峰电源布局规划方案的综合评价指标之和最小为目标，以单台机组建设与否为决策变量，在满足各类约束条件的前提下，通过求解该优化问题得到最优的调峰电源布局方案；该发明可以综合考虑调峰电源的经济指标和技术指标，所给出的布局规划方案在经济性和技术性上达到了综合最优；同时可以更为细致精确地考察布局规划方案的优劣；能够根据不同地区的实际需求灵活选择，大大提高了方法的实用性。申请号为201510041210.X的专利涉及一种低碳化的电源电网优化规划方法，该方法包括：将每个区域中的各类电源容量均分为本地容量和外送容量两类，在等值网络中建立区域间点对点的直送线路，以明确区域间电量的流动以及碳排放的转移，便于用电碳排放的计量；建立低碳化电源电网优化模型的决策变量，以此构建由目标函数及约束条件组成的低碳化电源电网优化模型，将优化模型中的约束条件转换为可用矩阵计算形式；通过制求解程序，对所述低碳化电源电网优化模型进行求解，求得电力系统中各类电源及输电线路的低碳化的电源电网优化规划，使得电力系统在低碳发展模式下具有最优的经济效益。本发明为提高电力系统规划的低碳化水平提供技术支持。申请号为201410790607.4的专利公开一种基于多阶段动态规划的电网多源调峰方法，对电力系统内多种电源联合调峰运行时，建立1天内的多阶段动态规划模型，包括以下步骤：步骤1)根据电网实际运行情况及网内多种电源运行特性，得到等效日负荷曲线；步骤2)计算各个调峰机组单位容量调峰成本；步骤3)以系统1天内运行费用最低为优化目标，建立多阶段动态规划目标函数；步骤4)根据电力系统实际运行状态，列出电网运行约束条件,根据各类发电机组的运行特性列出多种电源约束条件；步骤5)应用蚁群算法，对步骤3)中的目标函数进行求解，得到最优的多源调峰负荷分配方案。符合实际电网运行要求，并采用蚁群算法进行全局搜索求解，使该算法更适合实用化。技术实现要素：本发明目的在于提供一种配电网供给侧调峰电源规划布局方法，考虑特高压交直流汇入后的多种运行方式及全省电网供电分区，立足电力供给侧进行规划布局，为地区远期电源布局的建设时序提供推荐优化结果。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种配电网供给侧调峰电源规划布局方法，通过研究地区配电网特点及高压来电后面临的调峰问题，建立调峰电源规划布局双目标约束模型，其步骤包括：1)确定调峰电源优化模型的目标函数；2)以配电网规划参数为约束指标构建方案敏感性评估分析模型；3)对模型通过解析算法进行分析求解，建立地区远期电源布局的建设时序和推荐优化布局方案。进一步地，所述目标函数以有功损耗最小为基础，综合考虑系统节点电压、机组爬坡速率、机组出力的最大电压、机组出力的最大调峰容量和线路热稳极限约束，以罚函数的形式构造。进一步地，所述目标函数的构建公式为：其中，Ploss为系统有功损耗；公式等号右侧第2项为节点电压越界的惩罚项，第3项为机组爬坡速率越界的惩罚项，第4项为线路热稳越界的惩罚项，第5项为机组出力调峰容量越界的惩罚项；λu、λd、λp、λg为相应参数越界的罚系数；Ui为负荷节点电压，Uimax和Uimin为节点电压的上、下限；ΔPimax为机组爬坡速率的最大值；Pimax为线路热稳的极限值；Gimax、Gimin为发电机的最大、最小技术出力。进一步地，所述方案敏感性评估分析模型的构建公式为：其中，F为待优化的备选方案综合评价指标；n为待选发电机总数；ui待优化的0/1变量，ui＝1表示建设第i台机组，ui＝0表示不建设；Fi为第i台机组综合评价指标；Fi为电网性能评价指标。进一步地，所述电网性能评价指标包括单位建设成本评价指标、单位运行成本评价指标以及调峰性能评价指标，计算公式如下：Fi＝wcFic+woFio+wrFir。进一步地，所述配电网规划参数包括规划期负荷平衡约束参数、调峰容量约束参数、调峰能力约束参数、区域联络线约束参数、潮流约束参数、变量约束参数、单位建设成本指标参数、单位运行成本指标参数和调峰性能评价指标参数。进一步地，所述解析算法包括改进小生境遗传算法、整数规划隐枚举法、权重确定方法和指标处理方法。进一步地，所述改进小生境遗传算法是基于模糊动态聚类的自适应改进，包括设定初始点；对初始点进行潮流计算，读取初始点有功损耗和机组出力；依次读取负荷节点一天中的有功功率和无功功率数据，并对系统变量的范围和初始值进行定义；根据负荷大小设计调峰方案。进一步地，所述整数规划隐枚举法包括如下步骤：步骤1：目标函数极小化；步骤2：目标函数系数非负化，为保持决策变量的0-1取值，如果目标函数中变量uj的系数为负值，可令＝1-uj；；步骤3：变量按其在目标函数中的系数的大小从小到大排列；步骤4：令所有变量都为0，得到问题的一个“零解”，检验零解是否可行，若可行则为最优解，反之则转入下一步；步骤5：按照排列顺序依次令各变量取1或0，利用“定界”方法直到得到最优解。本发明的有益效果在于：本发明立足于电力供给侧，在满足系统负荷发展需求以及系统调峰约束、备用约束和联络线传输功率约束等各类约束的前提下，基于地区特高压交直流混联运行的电网发展格局及趋势(考虑特高压交直流汇入后的多种运行方式及全省电网供电分区)，构建涵盖调峰性能、有功损耗、建设成本、运行成本等技术经济指标为约束的供给侧调峰布局优化模型，为地区远期电源布局的建设时序提供推荐优化结果。附图说明图1是本发明的方法流程图。具体实施方式如图1所示，一种配电网供给侧调峰电源规划布局方法，通过研究地区配电网特点及高压来电后面临的调峰问题，建立调峰电源规划布局双目标约束模型，其步骤包括：1)确定调峰电源优化模型的目标函数；2)以配电网规划参数为约束指标构建方案敏感性评估分析模型；3)对模型通过解析算法进行分析求解，建立地区远期电源布局的建设时序和推荐优化布局方案。本方法首先需要以有功损耗最小为目标函数，综合考虑系统节点电压、机组爬坡速率、机组出力的最大电压、机组出力的最大调峰容量和线路热稳极限约束，以罚函数的形式构造目标函数。目标函数公式为：其中，Ploss为系统有功损耗；式(1-1)等号右侧第2项为节点电压越界的惩罚项，第3项为机组爬坡速率越界的惩罚项，第4项为线路热稳越界的惩罚项，第5项为机组出力调峰容量越界的惩罚项；λu、λd、λp、λg为相应参数越界的罚系数；Ui为负荷节点电压，Uimax和Uimin为节点电压的上、下限；ΔPimax为机组爬坡速率的最大值；Pimax为线路热稳的极限值；Gimax、Gimin为发电机的最大、最小技术出力。以电源建设成本、调峰能力评测等指标为约束构建方案敏感性评估分析模型：其中，F为待优化的备选方案综合评价指标；n为待选发电机总数；ui待优化的0/1变量，ui＝1表示建设第i台机组，ui＝0表示不建设；Fi为第i台机组综合评价指标。Fi包括单位建设成本评价指标、单位运行成本评价指标以及调峰性能评价指标，计算公式如下：Fi＝wcFic+woFio+wrFir(1-3)其中，Fic为第i个机组的单位建设成本的评价指标；Fio为第i个机组的单位运行成本的评价指标；Fir为第i个机组的调峰性能评价指标；wc、wo、wr为Fic、Fio、Fir三个指标对应的权重系数。配电网规划参数包括规划期负荷平衡约束参数、调峰容量约束参数、调峰能力约束参数、区域联络线约束参数、潮流约束参数、变量约束参数、单位建设成本指标参数、单位运行成本指标参数和调峰性能评价指标参数，具体包括以下方面：(1)规划期负荷平衡约束规划期内地区整体电源容量需满足负荷需求，并留有足够备用。约束条件如下：其中，PG0为2020年前地区电网电源总容量；Pl为省外联络线输入功率；PLmax为规划年最大负荷；r为负荷备用系数。(2)调峰容量约束规划期内地区整体调峰电源的调峰能力需满足调峰能力需求。其中，PR0为2020年之前建成的调峰机组的调峰能力；PRl为规划年中特高压交流、直流线路可以提供的等效调峰容量；PRneed为地区全省规划年调峰能力需求。(3)调峰能力约束全省及各区域的调峰能力参考前文调峰能力分析章节。(4)区域联络线约束区域电网间传输功率应不大于彼此之间联络线最大传输容量，同时应满足特高压联络线需求。地区六个区域联络线交换功率需满足最大交换功率的约束条件如下：其中，Ωd代表地区第d个区域；PLd,max为第d个区域规划年预测最大负荷；为第d个区域原有电源总容量；为第d个区域的外部电源送入功率；Pld,max为第d个区域间联络线允许最大交换功率。根据现有规划数据，安鹤濮与焦新之间最大传输容量为300万kW，焦新与豫中东之间最大传输容量为240万kW，豫西与豫中东之间最大传输容量为300万kW，豫西与豫西南之间最大传输容量为270万kW，豫中东与豫西南之间最大传输容量为220万kW，豫中东与豫东南之间最大传输容量为300万kW，豫西南与豫东南之间最大传输容量为300万kW。则Pl1,max到Pl6,max分别为300万kW、540万kW、570万kW、1060万kW、790万kW、600万kW。(5)潮流约束(6)变量约束其中，Pgi为发电机机端功率；Ui和Qi分别为负荷节点电压和无功功率；Ng和NL分别为系统发电机节点集合和负荷节点集合。(7)单位建设成本指标Fic其分为4类电源的单位建设成本指标，分别为火电机组、燃气机组、抽水蓄能机组以及热电机组单位建设成本指标。其中火电机组的单台规划容量为1000MW，热电机组的单台规划容量为660MW，抽水蓄能机组的单台规划容量为1200MW，燃气机组的单台规划容量为440MW。公共凝汽机组、公共供热机组以及燃气机组的单位建设成本参考《火电工程限额设计参考造价指标(2014年水平)》，造价数值见表1-1。表1-1火电及燃气机组建设成本抽水蓄能电站的单位建设成本参考地区已建成的抽水蓄能电站的建设成本，取480万元/MW。(8)单位运行成本指标Fio单位运行成本Fio按照年平均利用小时数Ti折算，计算公式为Fio＝fi,fix/(PGiTi)+qiβi(1-9)其中，fi,fix为第i台机组一年的固定运行成本；PGi为第i台机组额定容量；Ti为第i台机组平均利用小时数；qi为第i台机组当地燃料费，燃料价格qi体现区域性；βi为第i台机组发单位电量消耗燃料量。Fio考察了第i台机组按照其平均利用小时数运行一年，所发单位电量对应的运行成本。公共凝汽机组、公共供热机组以及燃气机组的一年的固定运行成本fi,fix参考《火电工程限额设计参考造价指标(2014年水平)》，详见表1-2。表1-2火电及燃气机组固定运行成本(一年)注：1、总固定运行成本＝工资福利成本+修理成本；2、工资福利成本＝工资水平*员工人数；3、修理成本＝单位建设成本*大修理费率。抽水蓄能电站的固定运行成本按照经验值取建设成本的1.5％。公共凝汽机组、公共供热机组以及燃气机组的年利用小时数取5000小时，抽水蓄能电站的年利用小时数取1500小时。待选机组的到厂煤价、气价通过调研获得，以河南省各地市情况为例，详见表1-3。表1-3地区各市煤/气价注：地区气价参照郑价公(2015)18号《郑州市物价局关于非居民用天然气销售价格的通知》。根据《国家发展改革委关于完善抽水蓄能电站价格形成机制有关问题的通知》，抽水蓄能电站的抽水电价取当地火电上网标杆电价的0.75倍，又由于抽水蓄能电站效率可粗略认为是“抽四发三”，因此每MWh的电量成本qiβi值取作当地标杆电价399.7元。(9)调峰性能评价指标FirFir为第i个机组的调峰性能评价指标，用以评价第i个机组的爬坡率和调峰范围等调峰性能，调峰性能具体指爬坡率与调峰范围两项指标，各类机组调峰性能详见前文研究结论。解析算法包括改进小生境遗传算法、整数规划隐枚举法、权重确定方法和指标处理方法。运用改进小生境遗传算法时，由数学模型可知，特高压电力接入后的电力系统调峰优化调度是一个多变量、多约束的非线性混合整数规划问题。本研究采用基于模糊聚类的自适应改进小生境遗传算法。基于模糊动态聚类的自适应改进小生境遗传算法应用于调峰优化调度的实现过程如下：1)初始化。系统首先对初始点进行潮流计算，读取初始点有功损耗和机组出力。然后依次读取负荷节点一天中的有功功率和无功功率数据，并对系统变量的范围和初始值进行定义。2)根据负荷大小，设计调峰方案。不同的负荷总和对应不同的调峰方案制订方式。方式1，判别不等式为：当负荷总和满足式(1-10)时，即火电机组最小技术出力的总和加上水电满发的出力总和减去抽水蓄能机组在抽水时的出力，大于当前负荷的总和，则考虑火电机组均为最小技术出力，抽水蓄能机组根据负荷总和的不同以对应的功率蓄水，通过调节特高压输入功率来弥补负荷的差额。方式2，判别不等式为：当负荷总和满足式(1-11)时，抽水蓄能机组以相应的功率抽水，水电机组全部满发，特高压按额定功率输入，通过火电机组出力寻优来跟踪负荷波动。方式3，判别不等式为：当负荷总和满足式(1-12)时，水电满发、抽蓄发电，通过火电机组出力的寻优来跟踪负荷的波动。方式4，判别不等式为：当系统中所有可调机组全部满发但发出的有功功率依然无法平衡负荷时，则需要采用增大从外区的供电等方式来保证有功的平衡。运用整数规划隐枚举法时，调峰电源规划布局问题中，待优化的变量为机组建设与否的决策变量，因此相应的优化数学模型为0-1型整数规划模型。求解该模型常用到的算法有两种：分支界定法与隐枚举法。对于0-1型整数规划模型，隐枚举法较分支界定法更为简便。用分支界定法求解整数规划时，替代问题是放宽变量的整数约束；而用隐枚举法求解0-1型整数规划时，替代问题是在保持变量0-1约束的条件下，放松问题的资源约束。隐枚举法的一般步骤如下。步骤1：目标函数极小化；步骤2：目标函数系数非负化，为保持决策变量的0-1取值，如果目标函数中变量uj的系数为负值，可令u′j＝1-uj；；步骤3：变量按其在目标函数中的系数的大小从小到大排列；步骤4：令所有变量都为0，得到问题的一个“零解”，检验零解是否可行，若可行则为最优解，反之则转入下一步；步骤5：按照排列顺序依次令各变量取1或0，利用“定界”方法直到得到最优解。权重确定方法为：在三个指标的权重的确定上，利用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，简称AHP)。该方法是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的备投方案的顺序分解为不同的层次结构，然后得用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再用加权和的方法递阶归并各备择方案对总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案。这里所谓“优先权重”是一种相对的量度，它表明各备择方案在某一特点的评价准则或子目标，标下优越程度的相对量度，以及各子目标对上一层目标而言重要程度的相对量度。层次分析法比较适合于具有分层交错评价指标的目标系统，而且目标值又难于定量描述的决策问题。其用法是构造判断矩阵，求出其最大特征值。及其所对应的特征向量W，归一化后，即为某一层次指标对于上一层次某相关指标的相对重要性权值。利用层次分析法求取权重值的基本步骤如下：1)构造判断矩阵A首先由决策人把目标的重要性作成对比较，把第i个目标对第j个目标的相对重要性记为aij，并认为这就是属性i的权重wi和属性j的权重wj之比的近似值，n个目标成对比较的结果为矩阵A。表1-4目标重要性判断矩阵A中元素取值2)计算权重向量利用本征向量法，有(A-nI)W＝0(1-14)其中n为A的阶数，I为单位矩阵，W为权重列向量。如果目标重要性判断矩阵A中的值估计准确，则式(1-14)中等号严格成立；如果A的估计不够准确，则A中元素小的摄动意味着本征值的小的摄动，从而有AW＝λmaxW(1-15)其中λmax是矩阵A的最大本征值。由(1-15)可以求得本征相量即权向量W。3)进行一致性检验。根据相关研究，选取合适的wc、wo、wr值，体现对机组不同评估性能的重视程度，经测算，wc＝0.105，wo＝0.258，wr＝0.637。经过计算，地区规划年待选机组的综合评价指标计算结果见附表。指标处理方法包括：Fic、Fio指标的计算基于单位建设成本与单位运行成本，二者属于成本型属性，即数值越小方案越佳；Fir指标的计算基于调峰性能数值，后者属于效益型属性，即数值越大方案越佳。为使Fic、Fio、Fir三项指标在方案最优时同为最大值或同为最小值，需在由原始属性数据获得指标数值的计算过程中采取特定数学方法，使得指标的最优方向一致。本章在原始属性数据的线性化处理过程中，对成本型数据与效益型数据采用不同的处理方法，使最终得到的Fic、Fio指标在最差时取值为1，Fir指标在最优时取值为0；然后再对数据进行过突出处理，使得三类指标的数值基本保持统一量级，避免在评价机组优劣时个别过于突出的指标影响其他指标发挥作用。经过前面所述的步骤，获得了待选机组的单位建设成本、单位运行成本、爬坡率与调峰范围四个序列。对这四个序列的数值进行线性化变换以及标准0-1变换，得到相应的评价指标，从而得到每台待选机组在某一项评估性能上与其他机组优劣比较的量化结果。线性化变换、标准0-1变换的具体方法如下。表1-5机组调峰性能情况对于某数列X＝{x1,x2,…,xn}，经线性化变换后得到数列Y＝{y1,y2,…,yn}。若X属性为效益型(即值越大越优)，则处理后最差值不一定为1，但最好值一定为0。若X属性为成本型(即值越小越优)，则处理后最差值一定为1，但最好值不一定为0。经过线性变换后，某属性最好值为0时，最差值不一定为1；最差值为1时，最好值不一定为0。为使该属性最好值变换为0后最差值亦变换为1，可进行标准0-1变换。对于某数列Y＝{y1,y2,…,yn}，经标准0-1变换后得到数列Z＝{z1,z2,…,zn}，则经过以上形式的线性变换和标准0-1变化后，效益型序列、成本型序列都可以实现最好值为0的同时最差值为1。最后就需要根据上述规划布局方法，进行方案的设计，仍以河南省为例，形成地区调峰电源规划布局方案。从模型模拟结果来看，河南省未来的电源发展布局如下表所示。从全省来看，2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年地区新增电源装机分别为1854万kW、2120万kW和2836万kW。分区域来看，2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年安鹤濮地区新增电源装机分别为212万kW、200万kW和0万kW；2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年焦新地区新增电源装机分别为270万kW、200万kW和320万kW。2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年豫西地区新增电源装机分别为330万kW、300万kW和702万kW。2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年豫中东地区新增电源装机分别为334万kW、200万kW和464万kW。2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年豫西南地区新增电源装机分别为400万kW、720万kW和1100万kW。2016-2020年、2021-2025年和2026-2030年豫东南地区新增电源装机分别为308万kW、500万kW和250万kW。表1-6河南省调峰电源规划布局方案表1-7规划年各区域新增电源情况单位：万kW2016-2020年2021-2025年2026-2030年全省185421202836安鹤濮2122000焦新270200320豫西330300702豫中东334200464豫西南4007201100豫东南308500250从计算模拟过程及结果来看，由于地区电网各区域机组调峰能力存在较大差异，在电源布局过程中需利用调峰能力充裕的豫北地区电网应辅助豫中、豫南等地区电网调峰运行，在省网范围内优化配置调峰能力。同时，由于调峰差异的存在，豫中—豫南断面输电能力是限制地区网机组调峰能力互补的瓶颈，因此，在豫南区域调峰压力较大的情况下需限制豫北、豫中电网开机率，提高豫南电网开机率。从模拟结果来看，考虑电源合理优化布局后，“十四五”、“十五五”期间地区需新增电源容量分别2120万kW和2836万kW。与空间平衡装机缺额相比，分别减少150万kW和170万kW。按照每千瓦4000元的投资计算，可节约电源建设投资将近68亿元左右。在调峰布局规划模型情景下，2025年大负荷时刻全省220kV以上电网的有功损耗为297兆瓦，较初步电源规划方法减少有功损耗约26兆瓦，减少比例为8.75％，碳减排效益较为显著。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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