[发明专利]一种应用于大规模风电基地的电网规划方法

权利要求书

1.一种应用于大规模风电基地的电网规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

对单个风电集群中心，构建数学优化模型，优化模型以风电场变电站成本、汇集站成本和各级变电站间的线路成本之和最优为目标，并包含输电工程中工程约束，并将优化模型转化为混合整数线性规划模型，利用混合整数线性规划求解器对模型进行求解，得到单个风电集群的网架结构；

优化模型如下：

目标函数：

式中，为并网过程的建设运行成本,忽略并网输电过程的建设时间，可进一步定义为：

其中， 表示的风电场出口变电站的建设成本，表示的电站出口输电线路建设成本，表示的的风电场组汇集站的建设成本，表示汇集站并网输电线路的建设成本，为风电场电站的数量，为汇集站的数目，为风电场电站并入汇集站的线路，为风电场直接通过节点并网的110kV线路，为汇集站通过节点并网的线路；

实际工程中，风电基地的变电站的建设成本是一个关于变电容量的函数；所以，可以写为：

为对应元件的变电容量，是第段的建设成本，为固定的参数；为判断是否在区间内的0-1决策变量，当时，的约束成立，；为足够大的正数，K取1000；

同理，可写为：

并且风电场单位并网线路的建设成本同线路的传输容量呈现函数关系；所以可以写为：

是风电场的变电站是否划分到风电场组的汇集站的0-1决策变量，是判定是否在区间的决策变量,引入代表和的乘积，使该式线性化，表示风电场电站到汇集站的距离；

同理，、可写为：

所述变电站选址的目标函数约束条件为：

（1）为保证每个风电场电站能够并网运行，决定风电场电站群划分的变量和新能源电站直接并网至主网节点的变量,必须满足:

（2）为保证新能源电站群并网运行，决定汇集站并网至主网节点的变量，必须满足:

（3）风力发电基地并网输电工程的容量约束主要包括:风电电站出口变电站的容量不小于新能源电站的出口线路容量；风电场电站群汇集站的变电容量不能小于所有汇集至该站的风电电站出口线路容量之和；汇集站并网输电线路容量不大于汇集站容量:

（4）对于风电场组汇集站选址范围，限定选址可行域R:

（5）规划所需建设的汇集站座数由风电场电站实际并网需求决定，考虑两种极端情况:每个风电场电站均直接并网;每个风电场电站均配套建设一个汇集站并网；因此，规划所需建设的汇集站座数约束如下:

对整个区域内得风电基地的规划，考虑各场群的时空互补特性和负荷需要，建立综合考虑规划成本和调度成本的中长期规划优化模型，通过神经网络进行求解，得到区域内的电场的贯序开发顺序;

首先，将风速数据根据风机的参数和风速-功率公式转化为出力数据，每个风电集群的设计容量为500MW，根据规划期的负荷需求选择需要投建的风电集群的数量N，对于选定的点的功率每N个相加，得到总输出功率，并利用相对标准差来进行衡量出力波动性，其中

通过得到的相对标准差最小的组合，通过k-means对风电出力数据进行聚类，得到典型出力场景；建立综合考虑规划成本和调度运行成本的优化模型，得到风电集群的贯序开发顺序；

其中区域内的电场的贯序开发模型为：

目标函数：

式中，为机组投资建设费用，可进一步定义为：

T为规划年限，r为折现率，为第t年新投入的风电集群的投资成本，为在i点上投资成本，单位为元/MW，这一成本也同时包含了风电基地在不同点上时与负荷中心的距离不同而造成的输电线路建设成本；为在i点内第t年需要新投入的机组总装机容量；

为折现率，在经济学中，资金有时间价值这一特性，指现在的一单位货币的购买能力和未来的一单位的货币的购买能力是不同的，货币会随着时间的推移而增值；在经济学中，引入折现率来衡量资金的这种时间价值特性，折现率是将未来有限期预期收益折现成现值的比率；由于货币的这种时间价值属性，风电集群在不同年限的投资价值是不同的，为了能更准确的对规划方案进行评价，需要对不同年限的投资的各项费用折算到同一时期进行比较；引入折现率，可以将所有的费用折算到第一年年初进行计算；

包括了在实际运行时的一个成本，包括了火电机组燃料费用、系统切负荷惩罚成本和弃风成本；即：

为火电机组燃料费用，进一步可定义为：

火电机组消耗燃料的费用主要指火电机组运行多产生的燃料费用，火电机组运行时，与其产生的燃料费用与机组的发电量有关，采用线性规划的方法来计算在不同场景的发电量所产生的燃料费用；指场景数，为火电机组的单位发电量产生消耗的燃料系数，指每种场景发生的概率，T_S表示场景s发电时长，代表了一年中每种场景下火电的发电时长，表示在t年度在s场景中火电机组的输出功率；

为系统切负荷惩罚成本，进一步可定义为：

在含风电的电力系统中，由于风电的时序波动性以及预测不完全准确性，在某些极端的场景会可能出现系统被迫切负荷的情况，在模型中加入系统切负荷惩罚成本，已尽量减少系统的切负荷的量；为切负荷的惩罚系数，=800元/MWh，为系统在t年场景s中的切负荷量；

为提高风电在电力系统中的渗透率，在模型中加入了弃风成本；为弃风成本，进一步可定义为：

为弃风电的成本系数，=500元/MWh ；为系统在t年s场景下的弃风电量；

所述目标函数的约束条件为：

（1）总装机容量等式：

总装机容量是离散的变量，为简化计算，每个点位为中心的位置可以根据规划需求投建多个风电场，即每个点位为中心的位置内的总装机容量只能是可选风电场装机容量的整数倍；等式中表示第t年点位i的总装机容量；是一个0-1变量，它是对机组是否在该点位进行投建进行选择，假设规划时有若干个容量级别的风电集群可供选择，当第l级风电集群的容量被选中建设在点位i时，,反之；表示机组备选建设容量集合,表示第l级机组的备选容量，规定l取1时表达式的值为0，即；

总装机容量表达式制约了每个点位最多只能有一个容量级别可以被选中，并且这个容量级别决定了该点位可投建的总装机容量；如果选择500MW级别的备选建设容量，则依次类推；

（2）有功功率平衡约束

N为节点编号，k为线路编号；s为场景编号； 、分别表示火电机组、风电机组在场景s的t时刻的输出功率,单位为MW，分别表示节点-火电机组和节点-风电机组的关联矩阵，用这个矩阵来表示节点与机组的联系；表示节点n处时间t时刻的负荷需求，单位为MW，表示场景s中线路k上的潮流；为节点-支路关联矩阵； 表示输电线集合；

（3）直流潮流等式的约束

式中，表示线路k的导纳；表示场景s中节点n处的相角；为节点-支路的关联矩阵；表示为节点集合；

（4）已有火电机组出力约束

为发电机组第t年在场景s中机组i的实际出力，单位为MW；分别为火电机组i的出力上下限，表示已有火力发电机组集合；

（5）新建风电集群出力约束：

式中表示风电集群i第t年在场景中的实际出力，单位为MW,表示场景s中i点位处的风强度系数，它的大小与风资源分布情况有关，取规划区域内风资源最丰富的点的值为1，其他点位的系数按照该点位处风强度与风资源最丰富的点位处的风强度之间比例确定；

（6）线路传输容量约束

、 表示线路k的最大、最小容量；

（7）相位角的约束：

式中表示平衡节点处的相位角，平衡节点处的相角为0，其他节点处相角为自由变量。

2.根据权利要求1所述的应用于大规模风电基地的电网规划方法，其特征在于：预先获取或规划给定区域电网的数据，规划区域输电工程的典型造价数据，规划区域的单位成本数据，规划区域的时空互补特性，规划区域的风资源数据，规划区域的负荷预测数据。