[发明专利]一种考虑海量运行场景的电力系统输电网线路规划方法

摘要

本发明涉及一种考虑海量运行场景的电力系统输电网线路规划方法，属于电力系统扩展规划技术领域。该方法包括：建立两阶段随机电力系统输电网规划模型并分解为上下层主子问题迭代求解；针对海量场景带来的计算负担，在计算子问题时应用蒙特卡罗法进行随机采样，仅计算部分子问题减少计算负担；求解主问题，采用蒙特卡洛采样误差计算放法，判断算法是否已经收敛。若还未收敛，则自适应地增加计算子问题时的随机采样数目，重复上述过程；若已收敛，则说明问题求解已完成，成功得到最优解。利用本方法考虑高比例可再生能源加入下的海量运行场景，改进电力系统扩展规划求解算法，提高规划模型的求解效率速度，为电网规划人员提供决策参考和支持。

主权项

1.一种考虑海量运行场景的电力系统输电网线路规划方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个输电网线路规划的优化模型，优化模型的目标函数如下：优化模型的约束条件包括：a、节点功率平衡约束：要求电力系统中各节点的输入功率与输出功率相等，即b、电力系统已建线路功率潮流表达式：c、电力系统待建线路功率潮流表达式：d、电力系统节点切负荷大小约束：e、电力系统已建线路功率潮流容量约束：f、电力系统待建线路功率潮流容量约束：g、电力系统中火电发电机组和水电发电机组的输出功率上、下限约束：h、风电发电机组和光伏发电机组的输出功率上、下限约束：上述约束条件中：上标和下标中，l代表电力系统中的线路编号，g表示电力系统火电发电机组和水电发电机组的编号，r表示风电发电机组和光伏发电机组的机组编号，n表示电力系统中节点的编号，n1表示电力系统线路l的首节点，n2表示电力系统线路l的末节点，t表示电力系统的运行时段，s表示电力系统运行场景的种类，Ω_LE表示电力系统已建线路的集合，Ω_LN表示电力系统新建线路的集合，Ω_L表示电力系统所有线路集合，包括待建线路和已建线路，即Ω_L＝{Ω_LE,Ω_LN}，Ω_G表示电力系统风电发电机组和光伏发电机组的机组集合，Ω_G表示风电发电机组和光伏发电机组的机组集合，c_l为待建线路l的投资成本，C^Cur表示节点切负荷的成本，u_l为一个线路l的投建决策变量，u_l＝0表示线路l不投建，u_l＝1表示线路l投建，代表火电发电机组和水电发电机组的机组输出功率，代表风电发电机组和光伏发电机组机组的输出功率，表示火电发电机组和水电发电机组的运行成本，代表节点n的负荷，f_l^s,t代表第s个场景下第t个时段线路l的功率潮流，和分别代表线路l的首端和末端的节点相角，x_l为线路l电抗，M为一个电力系统中所有线路的最大容量之和，根据线路规划设定，表示节点n的最大切负荷量，f_l^max表示线路l的功率潮流上限，和代表火电发电机组和水电发电机组的输出功率的上限和下限，代表风电发电机组和光伏发电机组在场景s的运行时刻t下的最大输出功率，α_s表示运行场景s出现的概率，取值为场景个数的倒数；(2)利用Benders分解法，求解优化模型，得到投建决策变量，具体包括以下步骤：(2‑1)设定k＝0，并给定上述优化模型中的投建决策变量u_l的初始值为代入步骤(1)的优化模型中，得到N^CalUnit个运行计算单元，每个计算单元对应一个运行场景；(2‑2)令k＝k+1，从NCalUnit个运行计算单元中随机抽取Mk个运行计算单元，采用CPLEX线性规划方法，分别求解Mk个运行计算单元，，得到第k次迭代中，第m个运行计算单元的待建线路灵敏度系数列向量δk,m和运行成本数值Ck,m，m＝1,2,3…Mk；(2‑3)遍历抽取得到的运行计算单元，重复步骤(2‑2)，分别将得到的M^k个运行计算单元的灵敏度系数列向量和运行成本数值乘以折算系数p^k,m求和，得到所有运行场景下的灵敏度系数列向量和运行成本数值如下：(2‑4)根据上述所有运行场景下的灵敏度系数列向量和运行成本数值构建一个投资决策主问题，表达式如下：minz满足...其中，z为辅助连续变量，满足的约束条件表示所有运行场景下的灵敏度系数列向量和运行成本数值构造的Benders割约束，每次迭代产生新的Benders割约束，迭代求解该投资决策主问题，得到投资决策主问题的下一次迭代所需的投资决策变量(2‑5)对相邻两次的迭代计算得到的投资决策变量进行判断，若相邻两次迭代计算得到的投资决策变量不同，进行步骤(2‑6)，若相邻两次迭代计算得到的投资决策变量相同，结束迭代，进行步骤(3)，；(2‑6)从NCalUnit个运行计算单元中随机抽取Mk+1＝Mk+βNCalUnit个运行计算单元，返回执行步骤(2‑2)至步骤(2‑5)得到投资决策变量，直到相邻两次迭代计算得到的投资决策变量相同，进行步骤(3)，其中β为学习速率；(3)根据步骤(2)K次迭代得到的K个灵敏度系数列向量设定灵敏度系数列向量中的各个元素为满足独立同分布，其中N^inv为的维度，分别计算K个灵敏度系数列向量中灵敏度系数元素的平均值和标准差根据平均值和标准差利用下式计算在95％置信域范围内的灵敏度系数采样相对误差e_i：设定一个相对误差上限e^R，将e_i与上限e^R比较，若e_i≤e^R,则将步骤(2)的投资决策变量作为步骤(1)优化模型的最优解，实现考虑海量运行场景的电力系统输电网线路规划方案，若e_i＞e^R，则返回步骤(2‑6)。