本发明涉及电力领域，具体地说，涉及一种面向全球联网的电力格局构建方法。
背景技术：
：全球正面临能源供应紧张、气候变暖、环境污染、能源配置不合理及能源效率低下等严危机，人类可持续发展已受到严重威胁。世界能源结构长期以化石能源为主，能源消费总量持续攀升，资源分布严重不均。同时，大量化石能源在开采、运输、利用各环节对土壤、水质、大气等造成越来越严重的污染和破坏。目前以中国为代表的发展中国家正饱受环境污染之苦，灰霾、酸雨等频发。此外，化石能源燃烧产生的二氧化碳占全球温室气体排放的57％，是导致全球变暖的主要因素。鉴于此，中国政府率先提出构建全球能源互联网，即全球联网，推动世界能源转向绿色、低碳、可持续发展，从而根本上解决全球面临的能源、气候和环境问题。现阶段，全球联网正处于凝聚发展理念与共识的关键阶段，已有部分机构和学者开展了全球能源互联方案的研究，取得了一定成果。有机构利用专家经验法提出了全球跨洲互联的电力流规模与方向的初步方案；该方法更多聚焦在宏观战略层面，后期落地时具有较大的风险。考虑到现有技术的上述特点与存在的不足，亟需一种科学严谨的实现全球互联网电力格局构建的方法。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提供了一种面向全球联网的电力格局构建方法，所述方法包括：获取全球联网电力流分析相关数据与参数；对所述相关数据与参数进行聚类分析，构建全球联网下的各区域典型需求与可再生能源预想出力时序场景簇；结合所述时序场景簇，确定优化目标为全球联网供电成本最小，进行约束优化，生成全球电力流分析优化模型；基于所述优化模型，生成全球联网的电力格局构建结果并输出。一种实施方案中，所述全球电力流分析优化模型的约束条件包括如下之一或组合：各区域电力平衡、通道特性、机组特性、发电资源、机组爬坡、系统备用。一种实施方案中，所述全球联网供电成本为：其中，z、t分别代表区域和水平年的序号；z、t分别表示区域个数和规划水平年总年份数；rz为规划期折现率；ci、co、cf、cc、cs分别表示各区域不同水平年的投资成本、运维成本、燃料成本、排放成本与设备残值项。一种实施方案中，所述各区域电力平衡，为各区域逐年逐场景逐时的电力平衡，即各场景逐时需要确保电力供需平衡；所述通道特性，为各区域逐年逐场景逐时的通道运行约束和/或各区域逐年通道容量系数约束，其中，所述各区域逐年逐场景逐时的通道运行约束，为跨区域通道逐时出力需要在通道容量约束范围内，所述各区域逐年通道容量系数约束，即为确保跨区域互联通道工程的项目可行性进行的通道容量系数约束；所述机组特性，为各区域煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力约束和/或各区域风电/太阳能发电设备逐年逐场景逐时出力约束，其中，所述各区域煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力约束，即煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力需要在机组约定出力上下限范围内，所述各区域风电/太阳能发电设备逐年逐场景逐时出力约束，即风电/太阳能发电设备逐时发电不应超过对应时段的理论发电水平，未满发的电力记为弃电水平；所述发电资源约束，即将水电年发电利用小时数限制、机组检修限制等因素，引入对应机组逐年容量系数约束。一种实施方案中，所述全球联网的电力格局构建结果包括如下之一或组合：全球联网经济性、跨区域通道规模与流向、各区域电源投产规模与时序、各区域电力供需平衡、典型运行情况，以及可再生能源发电占比。一种实施方式中，所述电力平衡可以通过如下方式计算：其中，s、n、m分别代表场景、时段和电源的序号；m表示电源总类型；dlz,t,s,n表示逐年逐场景逐时段负荷需求；为逐年各电源逐场景逐时出力；与分别表示区域z受电和外送电水平；表示蓄能逐年逐场景逐时段的蓄能水平。一种实施方式中，所述风电/太阳能发电设备逐时发电不应超过对应时段的理论发电水平，未满发的电力记为弃电水平，即：其中，表示风电/太阳能发电设备在水平年t的规划装机规模；和分别表示风电/太阳能发电设备在场景s时段t的发电水平和弃电水平；rofz,t,s,n表示风电/太阳能发电此时的单位容量发电系数，该值与场景簇中风电和太阳能发电的预想出力相对应。本发明采用的面向全球联网的电力格局构建方法，能够满足中远期全球联网可行性论证的前期需求，可为全球联网的发展及规划决策提供依据及理论支撑，避免了现有研究仅在宏观层面开展的专家判断等定性分析，实现了全球联网经济性的量化分析，有助于更加有效推动全球联网的发展和建设。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1显示了根据本发明的一个实施例的面向全球联网的电力格局构建方法流程图；图2显示了根据本发明的另一个实施例的面向全球联网的电力格局构建方法流程图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。如图1所示，本发明提供了一种面向全球联网的电力格局构建方法，一种面向全球联网的电力格局构建方法，所述方法包括：s101、获取全球联网电力流分析相关数据与参数；s102、对所述相关数据与参数进行聚类分析，构建全球联网下的各区域典型需求与可再生能源预想出力时序场景簇；s103、结合所述时序场景簇，确定优化目标为全球联网供电成本最小，进行约束优化，生成全球电力流分析优化模型；s104、基于所述优化模型，生成全球联网的电力格局构建结果并输出。本发明采用的面向全球联网的电力格局构建方法，能够满足中远期全球联网可行性论证的前期需求，可为全球联网的发展及规划决策提供依据及理论支撑，避免了现有研究仅在宏观层面开展的专家判断等定性分析，实现了全球联网经济性的量化分析，有助于更加有效推动全球联网的发展和建设。在一种实施方案中，所述全球电力流分析优化模型的约束条件包括如下之一或组合：各区域电力平衡、通道特性、机组特性、发电资源、机组爬坡、系统备用。本领域技术人员也可以采用其他约束条件生成全球电力流分析优化模型，本发明不限于此。一种实施方案中，所述全球联网供电成本为：其中，z、t分别代表区域和水平年的序号；z、t分别表示区域个数和规划水平年总年份数；rz为规划期折现率；ci、co、cf、cc、cs分别表示各区域不同水平年的投资成本、运维成本、燃料成本、排放成本与设备残值项。本领域技术人员也可以采用其他方式计算全球联网供电成本，本发明不限于此。一种实施方案中，所述各区域电力平衡，为各区域逐年逐场景逐时的电力平衡，即各场景逐时需要确保电力供需平衡；所述通道特性，为各区域逐年逐场景逐时的通道运行约束和/或各区域逐年通道容量系数约束，其中，所述各区域逐年逐场景逐时的通道运行约束，为跨区域通道逐时出力需要在通道容量约束范围内，所述各区域逐年通道容量系数约束，即为确保跨区域互联通道工程的项目可行性进行的通道容量系数约束；所述机组特性，为各区域煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力约束和/或各区域风电/太阳能发电设备逐年逐场景逐时出力约束，其中，所述各区域煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力约束，即煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力需要在机组约定出力上下限范围内，所述各区域风电/太阳能发电设备逐年逐场景逐时出力约束，即风电/太阳能发电设备逐时发电不应超过对应时段的理论发电水平，未满发的电力记为弃电水平；所述发电资源约束，即将水电年发电利用小时数限制、机组检修限制等因素，引入对应机组逐年容量系数约束。本领域技术人员也可以采用其他方式进行各约束条件的计算，本发明不限于此。一种实施方案中，所述全球联网的电力格局构建结果包括如下之一或组合：全球联网经济性、跨区域通道规模与流向、各区域电源投产规模与时序、各区域电力供需平衡、典型运行情况，以及可再生能源发电占比。电力格局构建结果可以包括其他内容，本领域技术人员可以根据实际需要进行补充，本发明不限于此。为了更加清楚地阐述本发明所提供的面向全球联网的电力格局构建方法的实现原理、实现过程以及优点，以下分别结合不同的实施例来对该电力格局构建方法作进一步地说明。如图2所示，本发明的一种较佳的面向全球联网的电力格局构建方法，步骤包括：s201获取全球联网电力流分析相关数据与参数；其中，相关数据与参数包括政策、需求、资源与经济性等方面数据。s202、对所述相关数据与参数进行聚类分析，构建全球联网下的各区域典型需求与可再生能源预想出力时序场景簇；其中，时序场景簇，即为一簇按天、周等连续时间序列形成的出力和需求场景集合，用以刻画可再生能源的随机性与波动性以及负荷需求的变化趋势；s203、结合所述时序场景簇，确定优化目标为全球联网供电成本最小，约束条件为资源、机组特性、电力平衡、通道特性，生成全球电力流分析优化模型。s204、基于所述优化模型，生成全球联网的电力格局构建结果并输出。所述电力格局构建结果包括全球能源互联经济性、跨洲通道规模与流向、各区域电源投产规模与时序、各区域电力供需平衡、典型运行情况，以及可再生能源发电占比等指标。其中全球互联供电成本由能源、经济、环境、社会等方面构成，具体形式如下：其中，z、t分别代表区域和水平年的序号；z、t分别表示区域个数和规划水平年总年份数；rz为规划期折现率；ci、co、cf、cc、cs分别表示各区域不同水平年的投资成本、运维成本、燃料成本、排放成本与设备残值项。本模型综合考虑各区域电力平衡、通道特性、机组特性、发电资源约束等运行与规划阶段的各类约束。(1)各区域逐年逐场景逐时的电力平衡各场景逐时需要确保电力供需平衡，即：其中，s、n、m分别代表场景、时段和电源的序号；m表示电源总类型；dlz,t,s,n表示逐年逐场景逐时段负荷需求；为逐年各电源逐场景逐时出力；与分别表示区域z受电和外送电水平；表示蓄能逐年逐场景逐时段的蓄能水平。(2)各区域逐年逐场景逐时的通道运行约束跨区域通道逐时出力需要通道容量约束范围内，即：其中，表示区域z与z’间互联通道的额定容量，表示对应通道在水平年t的第s个场景下的容量可用系数。(3)各区域逐年通道容量系数约束为确保跨区域互联通道工程的项目可行性，引入通道容量系数约束，即：其中，分别表示区域z与z’间互联通道的额定容量在水平年t的年累积受、送电量，表示对应通道在水平年t的参考容量系数。(4)各区域煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力约束煤/气/核/水电设备逐年逐场景逐时出力需要机组约定出力上下限范围内，即：其中，和分别表示各电源出力上限和下限系数，表示对应电源在水平年t时的规划装机规模。(5)各区域风电/太阳能发电设备逐年逐场景逐时出力约束风电/太阳能发电设备逐时发电不应超过对应时段的理论发电水平，未满发的电力记为弃电水平，即：其中，表示风电/太阳能发电设备在水平年t的规划装机规模；和分别表示风电/太阳能发电设备在场景s时段t的发电水平和弃电水平；rofz,t,s,n表示风电/太阳能发电此时的单位容量发电系数，该值与场景簇中风电和太阳能发电的预想出力相对应。(6)发电资源约束发电资源约束主要考虑到水电年发电利用小时数限制、机组检修限制等因素，引入对应机组逐年容量系数约束，即：其中，和分别表示各区域水平年t的煤/气/水/核等电源的规划装机规模与对应年的累积发电量；表示对应电源在水平年t的参考容量系数。此外，本模型还考虑机组爬坡约束、系统备用约束以及其他相关约束。待优化目标与约束建立后，即可形成全球联网的电力流分析模型，该模型是线性模型，可以调用成熟的优化软件进行求解。进一步，结合实际应用，对本发明所提供的面向全球联网的电力格局构建方法的优点进行具体说明。本实施案例以全球能源互联网2050年电力格局构建为研究对象，规划期跨度为2016—2050年；综合考虑远期全球能源互联格局，将全球按地域划分为亚洲、欧洲、大洋洲、非洲、北美洲、南美洲和北极7个区域。各区域间平均输电距离如表1所示。表1全球跨洲平均输电距离参考跨区通道距离(公里)亚洲大洋洲欧洲北美洲南美洲非洲北极亚洲06000500060001500055004000大洋洲01400017000170001300012000欧洲080001800020002500北美洲06000150004000南美洲01800013000非洲06000北极0经优化分析，2016—2050年规划期内，全球能源互联网总费用现值达到288万亿元人民币；到2050年，通道容量占全球电力负荷的比重达到15.3％，跨洲通道交换电量占全球用电量的比重为14.1％；2030年和2050年，全球电源发展规模将从2015年的58亿千瓦分别增长至123亿和156亿千瓦。表2进一步给出了不同规划水平年的全球跨洲通道容量建设方案及对应年份的输电通道年交换电量。表2设定情景下的全球跨洲通道容量及交换电量从实施案例结果可以看出，本发明所提出面向全球联网的电力路格局构建方法，能满足能够满足中远期全球能源互联网可行性论证的前期研究需求，可为全球能源互联网的发展及规划决策提供依据及理论支撑，有助于推动全球能源互联网的发展和建设。由于本发明的方法描述的可以在计算机系统中实现的。本文所述的功能可以实现为存储在非暂时性有形计算机可读介质中的程序指令集合。当以这种方式实现时，该计算机程序包括一组指令，当该组指令由计算机运行时其促使计算机执行能实施上述功能的方法。可编程逻辑可以暂时或永久地安装在非暂时性有形计算机可读介质中，例如只读存储器芯片、计算机存储器、磁盘或其他存储介质。除了以软件来实现之外，本文所述的逻辑可利用分立部件、集成电路、与可编程逻辑设备(诸如，现场可编程门阵列(fpga)或微处理器)结合使用的可编程逻辑，或者包括它们任意组合的任何其他设备来体现。所有此类实施例旨在落入本发明的范围之内。本发明采用的面向全球联网的电力格局构建方法，能够满足中远期全球联网可行性论证的前期需求，可为全球联网的发展及规划决策提供依据及理论支撑，避免了现有研究仅在宏观层面开展的专家判断等定性分析，实现了全球联网经济性的量化分析，有助于更加有效推动全球联网的发展和建设。应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属
技术领域：
内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。当前第1页12