[发明专利]一种交直流混联受端电网结构优化方法

说明书

本发明提供一种交直流混联受端电网结构优化方法，包括：确定待优化的受端电网，收集规划基准年和目标年数据；初步分析新建直流落点、类型和接入方式，生成待选变电站和线路集；建立交直流混联受端电网的两层结构优化模型；输入不同的边界条件，采用Benders分解法对结构优化模型进行求解，获取候选优化方案；采用多层次分析法对候选优化方案进行综合评估，确定最终的结构优化方案。本发明能够提高电网结构规划方案的科学性，实现安全稳定、能源消纳和经济性目标的协调。

技术领域

本发明涉及电力系统规划和运行领域，具体是一种交直流混联受端电网结构优化方法。

背景技术

我国一次能源与负荷呈逆向分布，为了满足送端的能源送出和受端用电需求，大容量直流输电技术得到广泛应用，东中部地区直流多馈入受端电网的特征突出。一方面交流与常规/柔性直流相互作用，系统稳定特性较之前发生了显著变化，电压稳定、功角稳定等安全稳定问题突出；另一方面，能源转型的推进使得新能源快速发展，新能源消纳水平已经成为电网发展重要评价指标。系统的安全稳定水平和能源消纳水平均与电网结构强相关。目前，传统交直流电网结构优化方法研究重点考虑常规直流，采用多馈入短路比等指标进行研究并提出直流落点方式及交流网架构建方法，对我国受端电网电力电子化特征的适应性不足，也无法满足受端电网大规模新能源和多样化直流电力统筹消纳的需求。

交直流混联受端电网的结构优化，既需要考虑减少潮流穿越、降低常规直流换相失败、控制短路电流等安全性目标，也要考虑新能源消纳能力和经济性成本，属于复杂的多目标规划问题。因此，如何总综合考虑多种因素，合理优化直流落点区域、组团方式和交流电网拓扑结构，提出面向交直流混联受端电网的结构优化技术与方法是目前电网规划领域亟需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种交直流混联受端电网结构优化方法，包括以下步骤：

步骤1、确定待优化的受端电网，收集规划基准年和目标年数据，包括基准年电源、负荷、网架数据，目标年规划电源、预测负荷和新建变电站选址；

步骤2、基于步骤1中的基准年和目标年数据，初步分析直流落点、类型和接入方式，生成待选变电站和线路集；

步骤3、基于步骤1中的基准年和目标年数据、步骤2中的待选变电站和线路集，建立交直流混联受端电网的两层结构优化模型，所述两层结构优化模型的主问题为最低成本电网规划问题，子问题1为安全性校核，子问题2为考虑新能源消纳的最优运行问题；

步骤4、输入不同的边界条件，采用Benders分解法对步骤3中的结构优化模型进行求解，获取候选优化方案以及方案对应的等额年支付成本和全年新能源消纳率；

步骤5、建立候选方案的综合评估指标体系，包括等额年支付成本、全年新能源消纳率、短路电流平均裕度、多馈入有效短路比均值、换相失败风险度、直流功率丢失比例均值、潮流穿越总和，采用多层次评价分析法对候选优化方案进行综合评估，确定最终的结构优化方案。

所述步骤2中，初步分析新建直流落点、类型和接入方式，具体方法为：

(1)考虑目标年电力平衡需求和减少多直流换同时相失败风险，待选线路集中新建直流应落点至电力缺额较大、具有一定结构强度的区域；

(2)根据新建直流输电容量和电压等级，考虑故障隔离需求，待选线路集中新建直流类型可选择常规直流、柔性直流或者混合输电方式；

(3)根据基准年电网短路电流水平和电网结构，待选线路集中新建直流的接入方式可选择单分层接入、分层接入和分端接入。

所述步骤3中，建立交直流混联受端电网的两层输电网结构优化模型，主问题为最低成本电网规划问题，以系统建设等额年金成本最小为目标函数，约束条件为投资成本约束，决策变量为线路投运状态，具体形式为：