[发明专利]一种促进消纳的可再生能源容量配置方法

权利要求书

1.一种促进消纳的可再生能源容量配置方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)获取电网拓扑并根据电网结构进行建模以形成能够表征电网特征的数据矩阵

所述数据矩阵包括节点信息矩阵、网架结构矩阵和线路参数矩阵，所述节点信息矩阵包含区域电网的节点数量、每个节点上的典型时刻负荷数据以及电源装机数据，所述网架结构矩阵包括表征节点是否相连的关联矩阵，线路参数矩阵包括线路最大传输容量信息、线路的电阻、线路的电抗以及线路的电纳；

(2)检验电网数据的合理性以及应用于电网规划的适应性

针对步骤(1)所述数据矩阵收集的电网数据进行一次最优潮流计算，并根据潮流计算结果的收敛性判断网架结构以及电网数据的合理性，若潮流结果有解即代表收敛，则进行步骤(3)；若潮流结果无解即代表不收敛，则通过节点负荷数据校验、网架连通性校验、电源装机数据校验三方面核对数据后，再一次进行最优潮流计算，直至潮流结果有解；

(3)分析电网中各类灵活性资源的边界条件

根据获得的可再生能源消纳率、区域电网中资源状况量化估算各类灵活性资源边界，所述各类灵活性资源包括待规划电网中的电源种类、各类电源爬坡性能、各类电源发电成本、各类电源装机情况、各类电源规划情况和电网中储能资源情况；

(4)调度中心上传可再生能源与负荷功率曲线

从调度中心上传的可再生能源与负荷功率曲线获取区域电网中各节点负荷在各时刻的负荷功率；同时，根据待规划电网地区可再生能源资源状况、利用小时数、历史数据进行可再生能源功率预测，以形成可再生能源序列矩阵以及负荷功率序列矩阵；

(5)基于步骤(1)至(4)中的电网结构与数据信息，建立包括规划层模型和运行层模型的促进消纳的可再生能源规划模型

所述规划层模型以可再生能源装机量为控制变量，以可再生能源投资费用、可再生能源占地面积为状态变量，以可再生能源装机量投资最小为目标；所述运行层模型以可再生能源机组输出功率、传统能源机组发电功率、储能充放电功率为控制变量，以可再生能源消纳率、可再生能源消减率、母线相角、线路传输功率、储能装置荷电状态为状态变量，以可再生能源收益最大为目标；将可再生能源消纳率、削减率以及消纳量削减量作为规划方案优劣的参考指标，并以约束条件的形式加入到所述可再生能源规划模型中；

(6)基于Matlab仿真平台编程对步骤(5)中所述可再生能源规划模型进行求解

通过分支界定法对所述规划层模型和所述运行层模型相互迭代求得最优解；所述可再生能源规划模型无解时，分析并转换为保证可再生能源消纳率或消减率的规划模型，即通过松弛可再生能源消纳率或削减率约束继续优化求解；得到各节点上可再生能源装机容量、调度方案，最后计算各种调度方案的可再生能源消纳率、可再生能源削减率、各机组在各时刻的输出功率以及储能装置的输出功率，输出可再生能源接入点、可再生能源接入量、可再生能源消纳率、可再生能源削减率，以完成促进消纳的可再生能源容量配置；

其中，步骤(5)中，所述规划层模型包括规划层目标函数和规划层约束条件，所述规划层约束条件包括可再生能源装机占地面积约束、系统备用容量约束和可再生能源投资费用约束；运行层模型包括运行层目标函数和运行层约束条件，所述运行层约束条件包括节点平衡功率约束、传统机组向上爬坡约束、传统机组向下爬坡约束、储能装置的电力电量平衡约束、传统机组输出功率约束、可再生能源机组输出功率约束、可再生能源最大发电功率与装机容量的关系约束、储能装置输出功率约束、储能装置荷电状态约束、母线相角约束、线路传输功率约束、可再生能源消减率约束和可再生能源消纳率约束；

所述规划层目标函数为：

其中，f₁为可再生能源装机投资最小，M为可再生能源种类，N为母线数量，C_m,n为第n个节点上第m种可再生能源机组单位投资费用，N_m,n为第n个节点上第m种可再生能源机组台数，为第n个节点上第m种可再生能源机组单机容量；

所述可再生能源装机占地面积约束为：

其中，为所有可再生能源装机占地面积，α_m为第m种可再生能源单位占地面积，S_RG,m为第m种可再生能源装机容量，D_min、D_max分别为该区域用于可再生能源开发面积最大值与最小值；

所述系统备用容量约束为：

C_TG+C_RG≥P_Load+C_H

其中，C_TG、C_RG、P_Load、C_H分别为传统能源总装机、可再生能源装机总有效容量、系统总负荷功率、备用总容量；

所述可再生能源投资费用约束为：

其中，β_m为第m种可再生能源单位建设费用，S_m为m种可再生能源装机容量，B_min、B_max分别为该区域用于可再生能源建设费用的最大值与最小值；

所述运行层目标函数为：

f₂＝max(B_RG,I-B_RG,O-B_TG,O)

其中，f₂为可再生能源消纳收益最大，B_RG,I为可再生能源发电收益，B_RG,O为可再生能源消减率惩罚费用，B_TG,O为传统机组发电成本，λ_m为第m种可再生能源单位发电收益，μ_m为可再生能源消减率单位惩罚费用，γ_k为传统机组单位发电成本，Δt为计算时间粒子度，分别为t时刻第n个节点上的第m种可再生能源机组输出功率与可再生能源机组预测出力，为t时刻第n个节点上第k种传统机组出力，k为传统机组种类，Δt为时间粒子间隔，所述时间粒子间隔取15min，30min或1h；

所述节点平衡功率约束为：

其中，为t时刻第n个节点上第k种传统机组出力，k为传统机组的种类；为t时刻第n个节点上的第m种可再生能源机组输出功率，m为可再生能源机组的种类；

为t时刻第n个节点上第u种储能装置的功率，u为储能装置的种类；∑Bθ为与节点n相连线路的传输功率之和，B、θ分别为线路的导纳与母线相角，为为t时刻第n个节点上的负荷功率；

所述传统机组向上爬坡约束为：

其中，为t+1时刻第n个节点上第k种机组的发电功率，为第k种机组的向上爬坡容量，Δt为时间粒子间隔；

所述传统机组向下爬坡约束为：

其中，为t时刻第n个节点上第k种机组的发电功率，为第k种机组的向下爬坡容量；

所述储能装置的电力电量平衡约束为：

其中，为t+1时刻第n个节点上第u种储能的荷电状态，为t时刻第n个节点上第u种储能的输出功率，为t时刻第n个节点上第u种储能的充放电效率；

所述传统机组输出功率约束为：

其中，为t时刻第n个节点上第k种传统机组出力，分别为t时刻第n个节点上第k种机传统组输出功率的最小值与最大值；

所述可再生能源机组输出功率约束为：

其中，为t时刻第n个节点上的第m种可再生能源机组输出功率，分别为t时刻第n个节点上第m种可再生能源机组输出功率的最小值与最大值；

所述可再生能源最大发电功率与装机容量的关系约束：

其中，N_m,n为第n个节点上第m种可再生能源机组台数，为第n个节点上第m种可再生能源机组单机容量，η_RG,m,n为第n个节点上第m种可再生能源发电效率，N_m,n＝0,1,2...为大于等于0的整数；

所述储能装置输出功率约束为：

其中，为t时刻第n个节点上第u种储能的输出功率，分别为t时刻第n个节点上第u种储能装置输出功率的最小值与最大值；

所述储能装置荷电状态约束为：

其中，为t时刻第n个节点上第u种储能的荷电状态，分别为t时刻第n个节点上第u种储能装置荷电状态的最小值与最大值；

所述母线相角约束为：

其中，分别为第n个母线上相角的最大值与最小值，为第n个母线上相角；

所述线路传输功率约束为：

其中，分别为线路i-j上传输功率最大值与最小值，为t时刻线路i-j上传输功率；

所述可再生能源消减率约束为：

其中，为t时刻第n个节点上的第m种可再生能源机组输出功率，分别为t时刻第n个节点上第m种机组预测功率，δ_m为允许的可再生能源消减率；

所述可再生能源消纳率约束，即可再生能源发电量占总负荷用电量的比值为：

其中，为t时刻第n个节点上的第m种可再生能源机组输出功率，为t时刻第n个节点上的负荷功率，ε为可再生能源消纳率，ε的取值为可再生能源发电量要求占负荷用电量的7％。