計(jì)及可用輸電能力的含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸電系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種計(jì)及可用輸電能力（ATC)的 含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著越來越多的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并入電網(wǎng)，風(fēng)電出力的間歇性和不確定性給系統(tǒng)規(guī) 劃和運(yùn)行帶來了一些新問題，現(xiàn)有的文獻(xiàn)指出在目標(biāo)函數(shù)中計(jì)入過負(fù)荷懲罰成本或者將過 負(fù)荷水平作為約束條件來保證規(guī)劃方案的可靠性水平和系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。但是，就輸電 系統(tǒng)規(guī)劃而言，對(duì)規(guī)劃方案的魯椿性和靈活性要求更高，W適應(yīng)數(shù)量更多、程度更強(qiáng)的不確 定性因素?？捎幂旊娔芰ΓˋTC)在相當(dāng)程度上能反映系統(tǒng)運(yùn)行的魯椿性和靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有含大規(guī)模風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)，提供一種 計(jì)及可用輸電能力的含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法，構(gòu)造一種計(jì)及可用輸電能力的輸 電系統(tǒng)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化模型，使輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法能夠適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)所 引起的不確定性。
[0004] 為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：計(jì)及可用輸電能力的含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系 統(tǒng)規(guī)劃方法，其步驟如下：
[0005] 1)在考慮風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量之間相關(guān)性W及線路和發(fā)電機(jī)故障概率的基礎(chǔ)上， 構(gòu)造可用輸電能力概率模型；
[0006] 2)采用拉了超立方采樣（L服）的MonteCarlo模擬法和靈敏度分析法相結(jié)合的方 法，計(jì)及風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量之間的相關(guān)性W及線路和發(fā)電機(jī)故障概率，求解風(fēng)電并網(wǎng)環(huán) 境下系統(tǒng)的可用輸電能力概率模型；
[0007] 3)W輸電線路投資成本最小和可用輸電能力期望值最大為目標(biāo)函數(shù)，允許的線路 過負(fù)荷概率為約束條件，建立輸電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，之后轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題并采 用遺傳算法進(jìn)行求解。
[000引進(jìn)一步，步驟2)的具體過程如下；首先，采用拉了超立方采樣的MonteCarlo模 擬法對(duì)輸入的風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量進(jìn)行抽樣，然后根據(jù)相關(guān)性關(guān)系進(jìn)行排序，得到最終的 采樣場(chǎng)景集合；對(duì)于拉了超立方采樣得到的每個(gè)場(chǎng)景，采用靈敏度分析法計(jì)算其可用輸電 能力，最終通過統(tǒng)計(jì)方法得到可用輸電能力的概率分布和統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)（如期望值和方差 等）。
[0009] 靈敏度分析法計(jì)算其可用輸電能力可表述如下：
[0010] 直流潮流模型的一般形式為：
[0011] P=B日 （1)
[001引支路U的潮流叫可描述為：
[001 引 口。=bU(白 白J) =bij'e。白 似
[0014] 將式（1)代入式似可得：
[00 巧]pu=bueuB-ip 做
[0016] 式中；B為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；0為節(jié)點(diǎn)電壓相角向量；P為節(jié)點(diǎn)注入功率向量； by為支路ij的電納值；e。為支路ij對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)行向量，除i和j列元素分別為+1 和-1外，其余元素均為0 ;ei和0J分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓相角。
[0017] 用功率傳輸分配因子（PTD巧表征送受端間增加單位有功功率時(shí)各支路潮流的變 化：
[001引Su=bue。.擴(kuò)10 (4)
[0019] 式中；Sy為支路U對(duì)應(yīng)的PTDF;e為m維功率分布列向量（m為節(jié)點(diǎn)數(shù)），表示送 受端之間增加單位傳輸功率時(shí)各節(jié)點(diǎn)注入功率的變化，對(duì)于電源節(jié)點(diǎn)0i〉〇且E101= 1， 對(duì)于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)0j<〇且EJ 0 -1。
[0020] 每條支路U都有一個(gè)最大功率傳輸能力Tu，Tu最小的支路即是影響ATC的瓶頸 支路，此支路對(duì)應(yīng)的Ty即為當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)的ATC;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 計(jì)及可用輸電能力的含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法，其步驟如下： 1) 在考慮風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量之間相關(guān)性以及線路和發(fā)電機(jī)故障概率的基礎(chǔ)上，構(gòu)造 可用輸電能力概率模型； 2) 采用拉丁超立方采樣（LHS)的Monte Carlo模擬法和靈敏度分析法相結(jié)合的方法， 計(jì)及風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量之間的相關(guān)性以及線路和發(fā)電機(jī)故障概率，求解風(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下 系統(tǒng)的可用輸電能力概率模型； 3) 以輸電線路投資成本最小和可用輸電能力期望值最大為目標(biāo)函數(shù)，允許的線路過負(fù) 荷概率為約束條件，建立輸電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，之后轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題并采用遺 傳算法進(jìn)行求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟2)的具體過程如下： 首先，采用拉丁超立方采樣的Monte Carlo模擬法對(duì)輸入的風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量進(jìn)行抽樣， 然后根據(jù)相關(guān)性關(guān)系進(jìn)行排序，得到最終的采樣場(chǎng)景集合；對(duì)于拉丁超立方采樣得到的每 個(gè)場(chǎng)景，采用靈敏度分析法計(jì)算其可用輸電能力，最終通過統(tǒng)計(jì)方法得到可用輸電能力的 概率分布和統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，靈敏度分析法計(jì)算其可用 輸電能力可表述如下： 直流潮流模型的一般形式為： P = Be ⑴， 支路ij的潮流Pij可描述為： Pij= b ij( 0 0 j) = bij-eij 0 (2)， 將式⑴代入式⑵可得： Pij= b IjeijB^1P (3)， 式中：B為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；0為節(jié)點(diǎn)電壓相角向量；P為節(jié)點(diǎn)注入功率向量；h為 支路ij的電納值；Pu為支路ij的有功功率；e u為支路ij對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)行向量，除i和j 列元素分別為+1和-1外，其余元素均為0 ; Q i和Q ^分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j的電壓相角； 用功率傳輸分配因子（PIDF)表征送受端間增加單位有功功率時(shí)各支路潮流的變化： Sij= b IjeijB-1 0 (4)， 式中：Sij為支路ij對(duì)應(yīng)的PTDF ; 0為m維功率分布列向量（m為節(jié)點(diǎn)數(shù)），表示送受 端之間增加單位傳輸功率時(shí)各節(jié)點(diǎn)注入功率的變化，對(duì)于電源節(jié)點(diǎn)1>〇且E i Pi= 1，對(duì) 于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)0」〈0且E」0」=-1 ; 每條支路ij都有一個(gè)最大功率傳輸能力Tij, Tij最小的支路即是影響ATC的瓶頸支路， 此支路對(duì)應(yīng)的即為當(dāng)前狀態(tài)下系統(tǒng)的ATC :
式中：^為支路ij的輸送功率上限值，Eil為支路ij的輸送功率下限值；NbS系統(tǒng)中 的支路集； 之后，通過抽樣發(fā)電機(jī)組狀態(tài)、輸電線路狀態(tài)、風(fēng)電場(chǎng)出力以及負(fù)荷，求得場(chǎng)景Xi下的 ATC，在得到N個(gè)場(chǎng)景下的ATC后，采用統(tǒng)計(jì)分析方法得到ATC的概率分布，同時(shí)也可獲得線 路過負(fù)荷的概率分布； 計(jì)算N個(gè)場(chǎng)景下ATC的期望值Eat
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法，其特征在于，步驟3)的具體過程如下： 以最小化輸電投資成本和最大化可用輸電能力期望值作為兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：
式中A1為支路1的單回線路造價(jià)，萬元/km ;Z i為支路1的擴(kuò)建線路數(shù);W為規(guī)劃方案 對(duì)應(yīng)的ATC期望值； 對(duì)目標(biāo)函數(shù)fdPf2進(jìn)行式（10)所示的合并處理，形成輸電系統(tǒng)規(guī)劃的單目標(biāo)優(yōu)化問 題：
上述各式中：Pe和分別為常規(guī)發(fā)電機(jī)有功出力向量和負(fù)荷功率向量；PW為風(fēng)電場(chǎng)有 功出力向量；Pei為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)有功出力，^和化分別為其上、下限值；Pu為節(jié)點(diǎn)j的 負(fù)荷功率，石和^分別為其上、下限值；瓦為支路1可擴(kuò)建線路數(shù)目；!^和Ill分別為支路 1的潮流不越限概率和所給定的下限值；h(?)為概率值；pjP A分別為支路1的潮流及其 上限值。
【專利摘要】針對(duì)現(xiàn)有含大容量風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)，本發(fā)明公開了一種計(jì)及可用輸電能力的含大規(guī)模風(fēng)電的輸電系統(tǒng)規(guī)劃方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：1)在考慮風(fēng)速和負(fù)荷隨機(jī)變量之間相關(guān)性以及線路和發(fā)電機(jī)故障概率的基礎(chǔ)上，構(gòu)造可用輸電能力概率模型；2)采用拉丁超立方采樣的模擬法和靈敏度分析法相結(jié)合的方法，求解風(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下系統(tǒng)的可用輸電能力概率模型；3)以輸電線路投資成本最小和可用輸電能力期望值最大為目標(biāo)函數(shù)，允許的線路過負(fù)荷概率為約束條件，建立輸電系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，之后轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題并采用遺傳算法進(jìn)行求解。本發(fā)明得到的規(guī)劃方案不僅可以滿足線路不過負(fù)荷的安全性要求，也具有更高的魯棒性和靈活性。
【IPC分類】H02J3-00, G06F17-50, G06Q50-06
【公開號(hào)】CN104821578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510187412
【發(fā)明人】胡列翔, 鄭靜, 文福拴, 鄒波, 徐謙, 蘭洲, 沈志恒, 張婕, 李黎
【申請(qǐng)人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 浙江大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日