一种输电网规划渐进优化方法与流程

本发明涉及电网规划技术领域，尤其是一种输电网规划渐进优化方法。

背景技术：

特高压交直流大容量馈入、可再生能源爆发式增长、电力负荷特性复杂多变是新时期电网清洁协调发展面临的主要影响因素，对电网规划技术提出了更高的要求，电网发展的适应性面临着前所未有的挑战，具有适应形势发展不断完善提升的迫切性。传统电网规划对电源建设周期的差异性、电网建设投资的时序性、规划与运行侧协调性考虑不足，愈发难以适应源-荷多元化发展新形势的要求。

考虑到电网建设投资的时序性和输电元件投资建模的离散性，输电网规划的优化决策应该要走向考虑时变性的过程化决策模型。为了适应未来电网发展，提升电网规划的精益化，电网规划的过程化建模是必然趋势，规划必须要跟电网运行有机衔接，更加关注电网运行特征和与运行策略的协调，实现规划与运行过程化整体最优。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种输电网规划渐进优化方法，考虑电网建设投资的时序性，考虑输电元件投资建模的离散性，又能考虑电源建设周期的差异性，适应于源-荷多元化发展下的电网优化规划。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种输电网规划渐进优化方法，包括以下步骤：

构建考虑电网发展多个阶段的变时间间隔运行与投资协调的输电网规划渐进优化模型，优化模型以最小化规划周期内输电网投资成本和运行成本之和为目标并包括约束条件；

将优化模型中的约束条件转换为易于求解的混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电网规划方案。

进一步地，所述构建考虑电网发展多个阶段的变时间间隔运行与投资协调的输电网规划渐进优化模型步骤之前，还包括：

根据电网数据规划时间周期内各时间尺度负荷预测值，规划时间周期内不同形式电源的规划方案，以及电网规划候选的电网元件及路径方案。

进一步地，所述优化模型的目标函数表达式为：

式中，nt为划分的负荷时段集合；ng为发电机集合；nr为规划建设的输电线路集合；ns为电网规划投资阶段集合；为发电机g在时段t输出的有功功率；cg为发电机g的成本特性函数；ρ为贴现率；τt为负荷时段t的持续时间；cli为归算到投资阶段i时线路l的投资成本；为线路走廊l在第i阶段候选扩建的线路条数，为非负整数变量；ri为规划期初始到第i阶段末的总时段数，rj为第j阶段的时段数。

进一步地，所述优化模型的约束条件包括：

1)发电机有功功率上下限约束：

式中：和pg分别为发电机g的有功功率上下限；

2)节点功率平衡约束：

其中，pl^t为负荷时段t输电线路走廊l上输电线路的传输有功功率；ns,i和ne,i分别为以节点i为首、末端节点的输电线路走廊集合；ng,i和nd,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合；为时段t时的有功负荷大小；nb为电网节点集合；

3)输电线路传输容量约束：

其中，nl为输电线路走廊集合；bl为输电线路走廊l单回输电线路的电纳；为负荷时段t节点i电压相角；为输电线路走廊l原有的输电线路条数；

4)n-1预想事故情况下发电机有功功率上下限约束：

式中：nk为预想事故集合；上标(k)标记预想事故运行状态k，表示预想事故k下发电机g在时段t输出的有功功率；

5)n-1预想事故情况下输电线路传输容量约束：

式中：为预想事故k下负荷时段t输电线路l的传输有功功率，为预想事故k下负荷时段t节点i电压相角；为预想事故k下线路走廊l是否有输电线路停运，为二进制整数参变量，表示预想事故k下输电线路走廊l有输电线路停运，表示预想事故k下输电线路走廊l没有输电线路停运；

6)n-1预想事故情况下节点功率平衡约束：

7)输电线路走廊最大可扩建线路条数约束：

其中，为输电线路走廊l最大可扩建线路条数；

8)节点电压相角约束：

9)n-1预想事故情况下节点电压相角约束：

进一步地，所述将优化模型中的约束条件转换为易于求解的混合整数线性规划模型包括将式(4)拆分成多条并行的输电线路表达式和将式(7)拆分成多条并行的输电线路表达式，再分别通过大m法将其转换为易于求解的混合整数线性约束表达式，即：

其中，pl^0(t)为输电线路走廊l原有的输电线路在负荷时段t的有功潮流；pl^i(t)为输电线路走廊l候选扩建的输电线路i的有功潮流；为二进制变量，表示输电线路走廊l规划扩建输电线路i，表示输电线路走廊l候选扩建输电线路i不在规划建设范围内；m为非常大的正常数；

其中，pl^0(t,k)为预想事故k下输电线路走廊l原有的输电线路在负荷时段t的有功潮流；pl^i(t,k)为预想事故k下输电线路走廊l候选扩建的输电线路i在负荷时段t的有功潮流。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明可用于不同形式电源大规模发展背景下的输电网规划决策，有利于促进电网规划与运行协调，提升电网规划方案的准确率；本发明可实现电网规划成本与运行成本协调最优，有助于促进电网规划精益化管理，提升电网规划投资的精准性。

附图说明

图1是本发明输电网规划渐进优化方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，一种输电网规划渐进优化方法，包括以下步骤：

s1、根据电网数据规划时间周期内各时间尺度负荷预测值，规划时间周期内不同形式电源的规划方案，以及电网规划候选的电网元件及路径方案。

s2、构建考虑电网发展多个阶段的变时间间隔运行与投资协调的输电网规划渐进优化模型，优化模型以最小化规划周期内输电网投资成本和运行成本之和为目标并包括约束条件。

s3、将优化模型中的约束条件转换为易于求解的混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电网规划方案。

步骤s2中优化模型中目标函数表达式为：

式中，nt为划分的负荷时段集合；ng为发电机集合；nr为规划建设的输电线路集合；ns为电网规划投资阶段集合；为发电机g在时段t输出的有功功率；cg为发电机g的成本特性函数；ρ为贴现率；τt为负荷时段t的持续时间；cli为归算到投资阶段i时线路l的投资成本；为线路走廊l在第i阶段候选扩建的线路条数，为非负整数变量；ri为规划期初始到第i阶段末的总时段数，rj为第j阶段的时段数。

步骤s2的约束条件包括以下9类约束：

1)发电机有功功率上下限约束

式中：和pg分别为发电机g的有功功率上下限。

2)节点功率平衡约束；

其中，pl^t为负荷时段t输电线路走廊l上输电线路的传输有功功率；ns,i和ne,i分别为以节点i为首、末端节点的输电线路走廊集合；ng,i和nd,i分别表示节点i上的发电机集合和负荷集合；为时段t时的有功负荷大小；nb为电网节点集合。

3)输电线路传输容量约束；

其中，nl为输电线路走廊集合；bl为输电线路走廊l单回输电线路的电纳；为负荷时段t节点i电压相角；为输电线路走廊l原有的输电线路条数。

4)n-1预想事故情况下发电机有功功率上下限约束；

式中：nk为预想事故集合；上标(k)标记预想事故运行状态k，表示预想事故k下发电机g在时段t输出的有功功率。

5)n-1预想事故情况下输电线路传输容量约束；

式中：pl^t(k)为预想事故k下负荷时段t输电线路l的传输有功功率，为预想事故k下负荷时段t节点i电压相角；为预想事故k下线路走廊l是否有输电线路停运，为二进制整数参变量，表示预想事故k下输电线路走廊l有输电线路停运，表示预想事故k下输电线路走廊l没有输电线路停运。

6)n-1预想事故情况下节点功率平衡约束；

7)输电线路走廊最大可扩建线路条数约束；

其中，为输电线路走廊l最大可扩建线路条数。

8)节点电压相角约束：

9)n-1预想事故情况下节点电压相角约束：

将优化模型中的混合整数非线性约束进行处理，将其转换为易于求解的混合整数线性规划模型，并采用混合整数线性规划法对优化模型进行求解，得到最终的输电网规划方案。

优化模型中的混合整数非线性约束进行处理是指是指将式(18)拆分成多条并行的输电线路表达式，再通过大m法将其转换为易于求解的混合整数线性约束表达式，即：

其中，pl^0(t)为输电线路走廊l原有的输电线路在负荷时段t的有功潮流；pl^i(t)为输电线路走廊l候选扩建的输电线路i的有功潮流；为二进制变量，表示输电线路走廊l规划扩建输电线路i，表示输电线路走廊l候选扩建输电线路i不在规划建设范围内；m为非常大的正常数。

类似地，将式(21)拆分成多条并行的输电线路表达式，再通过大m法将其转换为易于求解的混合整数线性约束表达式，即：

其中，pl^0(t,k)为预想事故k下输电线路走廊l原有的输电线路在负荷时段t的有功潮流；pl^i(t,k)为预想事故k下输电线路走廊l候选扩建的输电线路i在负荷时段t的有功潮流。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。