基于输电权的电网扩展的分析方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及一种输电系统技术领域，更具体地说，它涉及基于输电权的电网扩展的分析方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.金融输电权(transmission financial right，ftr)是以节点边际电价的差值与输电量的乘积作为相应的经济收益权代替物理意义上的输电线路使用权，可为市场交易者提供电力交易的基本保障。
3.但金融输电权市场的存在虽然可以一定程度上解决阻塞下市场主体效益再分配的问题，但并不改变电力系统运行调度的结果，对受端电网短期运行发生的阻塞难以起到缓解作用。输电网投资扩容可有利于降低电网调度成本与实时阻塞管理费用，但不同线路投资规模对发电企业、用户经济效益及电网运行效用的影响不明确，如何确定在最小化输电投资成本下的最小化调度成本机制，为电力提供公平市场交易环境的问题仍尚待解决。


技术实现要素：

4.本发明解决了现有技术无法确定在最小化输电投资成本下的最小化调度成本机制，目的是提供基于输电权的电网扩展的分析方法、系统、设备及介质，以电网扩展规划模型为上层模型，其包括线路扩展规划方案的成本、市场主体的效用及规划参数的指标评价体系，实现了基于输电权交易的输电网扩展规划参数的优选，并将规划参数作为运行边界传递给下层；下层为电力系统运营商的电网优化调度模型，结合上层的规划参数，以系统运行成本最小化实现基于输电权交易的电力系统市场化出清与调度，计算得到不同规划参数下电力系统的边际节点电价及规划参数的指标评价体系的指标变化量并传递给上层，上下层模型通过粒子群算法的迭代求解以实现电网扩展规划方案的优选。本发明综合考虑各类型市场主体的输电权效益，进一步分析金融输电权在输电网扩展中的激励相容机理；建立的规划参数的评价指标体系可有效反映高渗透率新能源接入及成熟电力市场环境下的电网特点的有效指标，使得最终优选的线路扩建方案能够有效减小电力系统的网络阻塞、提升新能源的消纳率和保障市场交易的公平效率。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.第一方面，本发明提供了一种基于输电权的电网扩展的分析方法，包括：
7.构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数；
8.构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型；
9.采用粒子群算法分别求解所述电网扩展规划模型以及电网优化调度模型，获得电网扩建线路的最优规划方案；其中，所述电网扩展规划模型将规划参数传输给电网优化调度模型，所述电网优化调度模型将电力系统中边际节点电价传输至所述电网扩展规划模型，所述电网扩展规划模型与电网优化调度模型进行迭代求解，直至所述规划参数的指标变化量小于等于预设阈值，输出所述电网扩建线路的最优规划方案。
10.进一步的，所述构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数的计算式为：
11.其中，为电力系统节点n的用户效用，为电力系统节点n的机组发电效用，为电力系统节点n的新能源发电效用，n为电力系统节点集合，x为系统扩展线路的候选集，ρs为典型场景s的出现概率，为指标变化量，的电网扩展的规划参数，l表示电力系统的输电线路，β为电网扩展的规划参数的权重系数，为扩展线路的决策变量，为扩展线路l的扩展容量，为扩展线路单位容量的投资费用，分别为电力系统节点n上的用户用电量、机组发电量、新能源发电量。
12.进一步的，根据用户效用、机组发电效用、新能源发电效用与其对应的用户用电量、机组发电量、新能源发电量以及电力系统的边际节点电价分别计算面向电力系统节点的用户总效用、机组发电总效用、新能源发电总效用。
13.进一步的，构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型，所述电网优化调度模型的约束条件包括线路扩容后的网络约束、电力系统备用量约束和机组爬坡约束与机组出力约束。
14.进一步的，所述线路扩容后的网络约束的计算式为：进一步的，所述线路扩容后的网络约束的计算式为：其中，l为电力系统的输电线路，n为系统节点集合，g
l,n
为输电线路l面向节点n的发电功率转移分布因子，为节点n在时刻t的注入功率，为电力系统线路l的初始传输功率最大值，为节点n处负荷预测需求；
15.所述电力系统备用量约束的计算式为：其中，φg,φd分别为应对新能源、负荷不确定性时设置的备用比例；
16.所述机组爬坡约束及机组出力约束：
17.其中，分别为机组bn的最大上爬坡速率、下爬坡速率；分别为机组bn的最大出力、最小出力；y
t,n
分别为机组bn的开停机状态。
18.进一步的，根据发用电指标、发电占比指标、弃电比指标、输电线路的效率利用指标和边际节点电价指标构建所述规划参数的指标变化量的指标体系。
19.进一步的，采用层次分析法计算所述指标体系的权重向量获得所述规划参数的指标变化量。
20.第二方面，本发明提供了一种基于输电权的电网扩展的分析系统，包括：
21.目标函数构建模块，用于构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数；
22.约束条件构建模块，用于构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型；
23.分析模块，用于采用粒子群算法分别求解所述电网扩展规划模型以及电网优化调度模型，获得电网扩建线路的最优规划方案；其中，所述电网扩展规划模型将规划参数传输给电网优化调度模型，所述电网优化调度模型将电力系统中边际节点电价传输至所述电网扩展规划模型，所述电网扩展规划模型与电网优化调度模型进行迭代求解，直至所述规划参数的指标变化量小于等于预设阈值，输出所述电网扩建线路的最优规划方案。
24.第三方面，本发明提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器；
25.所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如第一方面任一所述的分析方法。
26.第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如第一方面任一所述的分析方法。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明以电网扩展规划模型为上层模型，其包括线路扩展规划方案的成本、市场主体的效用及规划参数的指标评价体系，实现了基于输电权交易的输电网扩展规划参数的优选，并将规划参数作为运行边界传递给下层；下层为电力系统运营商的电网优化调度模型，结合上层的规划参数，以系统运行成本最小化实现基于输电权交易的电力系统市场化出清与调度，计算得到不同规划参数下电力系统的边际节点电价及规划参数的指标评价体系的指标变化量并传递给上层，上下层模型通过粒子群算法的迭代求解以实现电网扩展规划方案的优选。本发明综合考虑各类型市场主体的输电权效益，进一步分析金融输电权在输电网扩展中的激励相容机理；建立的规划参数的评价指标体系可有效反映高渗透率新能源接入及成熟电力市场环境下的电网特点的有效指标，使得最终优选的线路扩建方案能够有效减小电力系统的网络阻塞、提升新能源的消纳率和保障市场交易的公平效率。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
30.图1为本发明实施例一提供的分析方法的流程示意图；
31.图2为本发明实施例提供的求解上下两层模型的流程图；
32.图3为本发明实施例提供的基于本发明线路最优规划方案改进的ieee-14节点系统结构框图；
33.图4为本发明实施例二提供的分析系统的结构框图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
35.实施例一：
36.如图1和图2所示，提供了基于输电权的电网扩展的分析方法，包括：
37.步骤110，构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数；
38.本实施例中，在高占比新能源电网规划过程中，系统运营商在规划时应统筹考虑用户及发电商的效用、评价指标以及线路投资成本，因此构建考虑多类型输电权及电网调峰效果的电网扩展规划模型的目标函数，将包括目标函数的电网扩展规划模型作为本技术的上层模型，电网扩展指的是对电力系统输电线路进行扩建。
39.步骤120，构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型；
40.本实施例中，在固定时间段内，系统运营商以计及输电权交易的社会福利最大化为目标，结合新能源弃电成本，统筹考虑系统供需功率平衡、关键线路输电容量约束、机组出力约束、机组爬坡约束等，实现电网的优化调度，将包括约束条件的电网优化调度模型作为本技术的上层模型。
41.步骤130，采用粒子群算法分别求解所述电网扩展规划模型以及电网优化调度模型，获得电网扩建线路的最优规划方案；其中，所述电网扩展规划模型将规划参数传输给电网优化调度模型，所述电网优化调度模型将电力系统中边际节点电价传输至所述电网扩展规划模型，所述电网扩展规划模型与电网优化调度模型进行迭代求解，直至所述规划参数的指标变化量小于等于预设阈值，输出所述电网扩建线路的最优规划方案。
42.如图2所示，在本实施例中，通过粒子群算法分别求解上层模型及下层模型。在求解时，下层模型将系统边际节点电价与电网规划评价指标参数至上层，上层将规划方案作为下层电网运行约束传递给下层。上下层进行参数的传递与迭代，经过不断的搜索，直至规划方参数的指标变化量小于等于预设阈值，则认定上下两层模型的运行达到均衡态势，由此选择出扩建线路的最优规划方案，基于该最优规划方案对输电线路进行扩建，可有效反映高渗透率新能源接入及成熟电力市场环境下的电网特点的有效指标，规划结果可有效减小系统网络阻塞、提升新能源消纳率、保障市场交易的公平效率。
43.在一个实施例中，所述构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数的计算式为：
44.其中，为电力系统节点n的用户效用，为电力系统节点n的机组发电效用，为电力系统节点n的新能源发电效用，n为电力系统节点集合，x为系统扩展线路的候选集，ρs为典型场景s的出现概率，为指标变化量，的电网扩展的规划参数，l表示电力系统的输电线路，β为电网扩展的规划参数的权重系数，为扩展线路的决策变量，为扩展线路l的扩展容量，为扩展线路单位容量的投资费用，分别为电力系统节点n上的用户用电量、机组发电量、新能源发电量。
45.具体的，机组发电效用为传统机组的效用，传统机组包括火电机组、水电机组等等。新能源发电效用为新能源发电机组的发电效用，包括风电机组、光伏发电机组、生物质能发电机组等等，扩展线路的决策变量由0或1表示，其中，0表示不扩建的线路，1表示扩建的线路。
46.在一个实施例中，根据用户效用、机组发电效用、新能源发电效用与其对应的用户用电量、机组发电量、新能源发电量以及电力系统的边际节点电价分别计算面向电力系统
节点的用户总效用、机组发电总效用、新能源发电总效用。
47.具体的，面向节点n用户总效用及传统机组发电商、新能源机组发电商总效用可计算如下：
[0048][0049][0050][0051]
式中，分别为节点n上用户bn、传统常规机组发电商sn、新能源发电商sn的竞价函数；分别为点对点型义务型金融输电权(obligation point to-point(ob-ptp)financial transmission rights(ftrs))、点对点型期权型金融输电权(option point-to-point(op-ptp)ftrs)；分别ob-ptp、op-ptp输电权为用户带来的实际收益；为时刻t节点n的边际节点电价。
[0052]
点对点(ptp)输电权定义了金融权利在两个节点或两个节点集之间。ptp权利也分为两类:义务型(ob)和期权型(op)。当电力流入节点和电力流出节点间的价格差异为负时，ob-ptp输电权结算时将为负值，与ob-ptp输电权不同，op-ptp输电权则不要求其所有者支付损失。当电力流入节点和电力流出节点间的价格差异为正时，ob-ptp输电权与op-ptp输电权收益计算模式相似。
[0053]
ob-ptp输电权、op-ptp输电权的收益公式可表示如下:ptp输电权的收益公式可表示如下:
[0054]
在一个实施例中，构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型，所述电网优化调度模型的约束条件包括线路扩容后的网络约束、电力系统备用量约束和机组爬坡约束与机组出力约束。
[0055]
一个实施例中，具体的对各个约束条件进行计算，所述线路扩容后的网络约束的计算式为：其中，l为电力系统的输电线路，n为系统节点集合，g
l,n
为输电线路l面向节点n的发电功率转移分布因子，为节点n在时刻t的注入功率，为电力系统线路l的初始传输功率最大值，为节点n处负荷预测需求；
[0056]
所述电力系统备用量约束的计算式为：其中，φg,φd分别为应对新能源、负荷不确定性时设置的备用比例；
[0057]
所述机组爬坡约束及机组出力约束：
[0058]
其中，分别为机组bn的最大上爬坡速率、下爬坡速率；分别为机组bn的最大出力、最小出力；y
t,n
分
别为机组bn的开停机状态。
[0059]
在一个实施例中，根据发用电指标、发电占比指标、弃电比指标、输电线路的效率利用指标和边际节点电价指标构建所述规划参数的指标变化量的指标体系。
[0060]
具体的，电网中发用电指标z1[0061][0062]
电网中清洁能源的发电占比指标z2：
[0063][0064]
电网中新能源弃电比指标z3：
[0065][0066]
电网输电线路效率利用指标：在进行输电网扩容后，电网系统处于最大运行状态时(线路潮流最大)，在考虑电力系统网架约束及运行约束下，关键线路传输功率值与线路额定传输功率值的比值可定义为输电通道效率利用指标z4：
[0067][0068]
线路实际平均输送功率与最大传输功率比值定义为输电通道平均效率利用指标z5：
[0069][0070]
边际节点电价指标z6：发用电侧基于节点电价进行交易，在进行输电网扩展规划后，各节点的节点电价应比较平均，其计算式为
[0071]
在一个实施例中，采用层次分析法计算所述指标体系的权重向量获得所述规划参数的指标变化量。
[0072]
综合以上多个指标，考虑到各类指标间的内在逻辑关系，分别对指标体系中的安全性、可行性和经济性等多维进行综合评分，利用层次分析法计算多指标的权重，通过构建判断矩阵，计算各指标特征向量，最后进行归一化得到权重向量可得zi表示第i个指标，ωi为第i个指标的权重系数。
[0073]
本实施例一根据仿真结果来说明本技术的有益效果，如图3所示，采用本实施例一的分析方法而改进的ieee-14节点系统对本发明所提方案进行验证。线路单位长度的造价为万元/mwh-km，系统初始参数及扩建备选集参数如表1所示。
[0074]
表1系统扩建备选集参数
[0075]
[0076][0077]
将仅计及投资成本的输电线路扩展方法1，仅计及规划评价指标的输电线路扩展方法2，与本专利所提出的计及输电权交易的下的输电线路扩展方案3进行对比，规划结果及年投资结果如表2所示。
[0078]
表2不同方案下的系统投资结果
[0079][0080]
由表2可知，方案2为最大化提升电网规划性能，线路扩建方案较为冗余及保守。与方案1和方案3相比，方案2投资成本分别增加了22.8％与13.6％。而方案1投资成本虽然最少，但规划综合指标较差，在新能源消纳能力、电力市场公平性及市场主体效益方面难以保障。
[0081]
综合上述实施例，本发明具备以下有益效果：
[0082]
1.本发明提出了一种面向高比例新能源电网计及输电权交易的电网扩展规划双层模型，在上层中长期输电网扩展规划模型中综合考虑各类型市场主体的输电权效益，基于下层电网运行模型利用时序仿真手段精准评估扩展规划方案优劣，分析并刻画输电权交易与电网规划的内在耦合关系，进一步指导考虑金融市场下的电力系统规划和运行。
[0083]
2.本发明提出了计及输电权交易的电网扩展规划方案的指标体系，。以计及输电权交易的输电网规划特性需求为基础，综合囊括输电网运行经济性、市场交易公平性、新能源消纳度等多维度经济技术评价指标，结合输电网实施运行态势，实现对输电网扩展规划方案的量化评估，有利于为规划方案提供决策支持。
[0084]
3.本发明所提出规划方案统综合考虑了常规机组、新能源机组及终端用户的输电权效率，有利于降低系统边际节点电价的波动性，减小市场主体市场力，保障市场主体在电力市场交易的公平性。
[0085]
实施例二：
[0086]
如图4所示，本实施例二提供了一种基于输电权的电网扩展的分析系统，包括：
[0087]
目标函数构建模块，用于构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数；
[0088]
约束条件构建模块，用于构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型；
[0089]
分析模块，用于采用粒子群算法分别求解所述电网扩展规划模型以及电网优化调度模型，获得电网扩建线路的最优规划方案；其中，所述电网扩展规划模型将规划参数传输给电网优化调度模型，所述电网优化调度模型将电力系统中边际节点电价传输至所述电网扩展规划模型，所述电网扩展规划模型与电网优化调度模型进行迭代求解，直至所述规划
参数的指标变化量小于预设阈值，输出所述电网扩建线路的最优规划方案。
[0090]
需要说明的是，本实施例二提供的各个模块所实现的功能均已在实施例一各个方法步骤均中进行了说明，因此不再做多余的叙述。
[0091]
实施例三：
[0092]
本实施例三提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器；
[0093]
所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现如实施例一的分析方法。分析方法包括：构建电力系统中各个节点的电网扩展规划模型的目标函数；构建对所述电网扩展规划模型的目标函数进行约束的电网优化调度模型；采用粒子群算法分别求解所述电网扩展规划模型以及电网优化调度模型，获得电网扩建线路的最优规划方案；其中，所述电网扩展规划模型将规划参数传输给电网优化调度模型，所述电网优化调度模型将电力系统中边际节点电价传输至所述电网扩展规划模型，所述电网扩展规划模型与电网优化调度模型进行迭代求解，直至所述规划参数的指标变化量小于等于预设阈值，输出所述电网扩建线路的最优规划方案。
[0094]
实施例四：
[0095]
本实施例四提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如实施例一的分析方法。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
[0097]
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是rom/ram、磁碟、光盘等等。
[0098]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。