基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法與流程

2023-04-29 18:45:46 2

本發明屬於電力系統控制
技術領域：
：，特別是涉及一種基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法。
背景技術：
：：對於覆蓋地理範圍很大的跨區域輸電系統，有些輸電線路所跨越區域的地理環境複雜，遭受自然災害的可能性較大。另一方面，隨著電力網絡互聯的發展和結構複雜化，故障影響範圍趨於增大，發生極端災害事件時更容易誘發大面積停電事故。考慮到極端自然災害發生的概率雖然很低，但可能給電力系統帶來的危害極大，因此構建更有「彈性(resilience)」的電力系統是近年來國內外電力系統領域普遍關注的重要課題，這反映了當今電力系統所面臨的新要求和發展趨勢。因此，在輸電系統規劃時就應計及自然災害因素的影響，有選擇性地提升關鍵支路的建設，從而在考慮投資約束下最大限度降低自然災害所可能導致的大面積停電風險非常必要。技術實現要素：基於此，本發明的目的在於提供一種基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法，能夠降低自然災害可能導致的大面積停電風險。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法，其特徵在於，包括以下步驟：s1，針對電力系統在常規運行情況下的系統可靠性和發生自然災害情況下的系統風險，考慮下述多種不確定性因素：1)間歇性能源發電如風電的發電出力波動、負荷的隨機波動、元件隨機停運等因素；2)嚴重自然災害可能導致的多個元件停運；s2，將輸電系統規劃需要考慮的不確定性場景分為兩類：1)計及風電出力和負荷波動的常規運行不確定場景集，簡稱為「常規場景集」；2)考慮自然災害因素影響的預想事故場景集，簡稱為「災害場景集」；s3，在常規場景集中考慮風電出力波動和負荷波動，以及n-1預想事故，採用蒙特卡洛仿真對風電出力和節點負荷概率分布進行抽樣可得到常規不確定性場景，之後採用同步回代消除法對場景進行削減；s4，在災害場景集中考慮部分影響較大的多重預想事故，採用「按場景概率排序和抽樣」的思路選取典型故障場景集，對故障場景進行篩選和削減，以在大幅減少場景數的同時仍能充分衡量候選輸電規劃方案在故障場景集合下的風險；s5，綜合衡量規劃方案的經濟性、可靠性、對不確定條件下的適應性和失負荷風險，構建輸電系統規劃模型；s6，對輸電系統規劃模型這一混合整數非線性規劃問題採用了兩層優化方法進行簡化求解；第一層以線路初始建設成本和常規場景集下系統切負荷與棄風電量的懲罰期望值為目標函數，考慮n-1準則和常規場景集，採用粒子群算法得到多個滿足n-1預想事故校驗和常規場景集要求的基本候選規劃方案；第二層以線路加強成本和故障場景下系統切負荷損失風險最小為目標函數，對基本候選規劃方案在預想事故場景下進行校驗，得到對應每一個基本候選規劃方案的最優加強方案及相應系統失負荷風險值；最後綜合衡量各方案的總投資成本及兩類場景集下的棄風懲罰值和失負荷損失，得到兼顧經濟性、可靠性和系統災害風險的綜合較優方案。進一步，採用同步回代消除法對場景進行削減，基本步驟如下：1)確定常規場景集s，對於任意場景si和sj計算它們之間的概率距離d(si,sj)＝pipj||si-sj||2，pi和pj分別為場景si和sj的概率，在求得所有場景組合的概率距離後，剔除與其它場景概率距離之和最小的場景；2)置場景總數ns＝ns-1，並將被剔除場景的概率值併入到與其概率距離最近的場景概率中，從而保證剩餘場景的概率之和為1；3)按步驟1)和2)逐個剔除場景直至剩餘場景數達到所要求數量為止。進一步，採用「按場景概率排序和抽樣」的思路選取典型故障場景集，對故障場景進行篩選和削減，具體步驟如下：1)按照輸電系統規模和各線路綜合故障率，選取最大預想事故重數m，m為需要考慮的預想事故重數m的最大值；2)對單個預想事故和雙重預想事故，即n-m中的m≤2，對全部場景進行分析；對於包括m個停運線路的預想事故場景k，其出現概率可用計算；3)對於m重，m≥3，多重預想事故，先按場景出現概率從大到小排序，而後依次累加直到前m1個預想事故場景概率之和達到給定概率水平稱此概率為排序累計概率；之後，從剩餘的m重預想事故場景中隨機抽樣得到m2個場景，直至這m2個場景的概率之和達到給定概率水平稱此概率為抽樣累計概率；和的選取基於m重預想事故場景的概率總和∑pk；最後，由排序得到的m1個場景和抽樣得到的m2個場景組成災害場景集。進一步，步驟s5的輸電系統規劃模型的目標函數表示為：等號右邊包括三項，各項的含義如下：第一項表示規劃方案的投資建設總成本的年值，包括線路初始建設成本年值和加強成本年值；為資金回收係數，ε為貼現率，t為給定的線路運行年限；l、xl、cl分別為規劃方案f中的線路、線路l的建設條數和單位長度成本，類似地l』、xl』、cl』為線路加強方案f』中的對應量，且為各線路走廊可新建線路數，ll為線路l的長度；第二項表示在規划水平年常規場景集下系統切負荷與棄風電量的懲罰期望值年值，ωu為常規場景集，pj為場景j的出現概率，wj和dj分別為場景j下系統棄風電量和切負荷電量年值，αj和βj為對應的單位電量懲罰成本係數；第三項表示災害場景集下系統切負荷損失風險，ωr為災害場景集，pk為場景k的出現概率，dk為場景k下系統失負荷量，τ為單位失負荷量的經濟損失，tr為系統受災害影響失負荷持續時間。本發明涉及一種基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法。通過綜合考慮投資與運行經濟性、常規運行情況下的系統可靠性和發生自然災害情況下的系統風險等因素，發展了輸電系統規劃的混合整數非線性規劃模型。構建了計及風電與負荷波動以及發生自然災害情形下的兩類場景集——「常規場景集」和「災害場景集」，分別用於對候選規劃方案進行安全校驗和風險評估。之後，在分層優化架構下採用粒子群優化算法求解所構造的優化模型。附圖說明圖1是是本發明的基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法的流程示意圖。圖2是本發明一實施例的採用18節點系統拓撲結構圖。具體實施方式附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關係僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制。請參照圖1，在一個實施例中，本發明提出的基於自然災害風險的輸電系統多場景規劃方法，包括步驟如下：考慮了下述多種不確定性因素：1)間歇性能源發電如風電的發電出力波動、負荷的隨機波動、元件隨機停運等因素；2)嚴重自然災害可能導致的多個元件停運。並且相應地將輸電系統規劃需要考慮的不確定性場景分為兩類：1)計及風電出力和負荷波動的常規運行不確定場景集，簡稱為「常規場景集」；2)考慮自然災害因素影響的預想事故場景集，簡稱為「災害場景集」。在常規場景集中考慮風電出力波動和負荷波動，以及n-1預想事故，採用蒙特卡洛仿真(montecarlosimulation)對風電出力和節點負荷概率分布進行抽樣可得到常規不確定性場景，之後採用同步回代消除法對場景進行削減。在災害場景集中考慮部分影響較大的多重預想事故，採用「按場景概率排序和抽樣」的思路選取典型故障場景集，以在大幅減少場景數的同時仍能充分衡量候選輸電規劃方案在故障場景集合下的風險。通過綜合考慮投資與運行經濟性、常規運行情況下的系統可靠性和發生自然災害情況下的系統風險等因素，發展了輸電系統規劃的混合整數非線性規劃模型。其中，採用同步回代消除法對場景進行削減，基本步驟如下：1)確定常規場景集s，對於任意場景si和sj計算它們之間的概率距離d(si,sj)＝pipj||si-sj||2，pi和pj分別為場景si和sj的概率，在求得所有場景組合的概率距離後，剔除與其它場景概率距離之和最小的場景；2)置場景總數ns＝ns-1，並將被剔除場景的概率值併入到與其概率距離最近的場景概率中，從而保證剩餘場景的概率之和為1；3)按步驟1)和2)逐個剔除場景直至剩餘場景數達到所要求數量為止。採用「按場景概率排序和抽樣」的思路選取典型故障場景集，對故障場景進行篩選和削減，具體步驟如下：1)按照輸電系統規模和各線路綜合故障率，選取最大預想事故重數m，m為需要考慮的預想事故重數m的最大值；2)對單個預想事故和雙重預想事故，即n-m中的m≤2，對全部場景進行分析；對於包括m個停運線路的預想事故場景k，其出現概率可用計算；3)對於m重，m≥3，多重預想事故，先按場景出現概率從大到小排序，而後依次累加直到前m1個預想事故場景概率之和達到給定概率水平稱此概率為排序累計概率；之後，從剩餘的m重預想事故場景中隨機抽樣得到m2個場景，直至這m2個場景的概率之和達到給定概率水平稱此概率為抽樣累計概率；和的選取基於m重預想事故場景的概率總和∑pk；最後，由排序得到的m1個場景和抽樣得到的m2個場景組成災害場景集。綜合衡量規劃方案的經濟性、可靠性、對不確定條件下的適應性和失負荷風險，構建輸電系統規劃模型，其目標函數表示為：等號右邊包括三項，各項的含義如下：第一項表示規劃方案的投資建設總成本的年值，包括線路初始建設成本年值和加強成本年值；為資金回收係數，ε為貼現率，t為給定的線路運行年限；l、xl、cl分別為規劃方案f中的線路、線路l的建設條數和單位長度成本，類似地l』、xl』、cl』為線路加強方案f』中的對應量，且為各線路走廊可新建線路數，ll為線路l的長度；第二項表示在規划水平年常規場景集下系統切負荷與棄風電量的懲罰期望值年值，ωu為常規場景集，pj為場景j的出現概率，wj和dj分別為場景j下系統棄風電量和切負荷電量年值，αj和βj為對應的單位電量懲罰成本係數；第三項表示災害場景集下系統切負荷損失風險，ωr為災害場景集，pk為場景k的出現概率，dk為場景k下系統失負荷量，τ為單位失負荷量的經濟損失，tr為系統受災害影響失負荷持續時間。對輸電系統規劃模型這一混合整數非線性規劃問題採用了兩層優化方法進行簡化求解；第一層以線路初始建設成本和常規場景集下系統切負荷與棄風電量的懲罰期望值為目標函數，考慮n-1準則和常規場景集，採用粒子群算法得到多個滿足n-1預想事故校驗和常規場景集要求的基本候選規劃方案；第二層以線路加強成本和故障場景下系統切負荷損失風險最小為目標函數，對基本候選規劃方案在預想事故場景下進行校驗，得到對應每一個基本候選規劃方案的最優加強方案及相應系統失負荷風險值；最後綜合衡量各方案的總投資成本及兩類場景集下的棄風懲罰值和失負荷損失，得到兼顧經濟性、可靠性和系統災害風險的綜合較優方案。下面以18節點系統說明本發明的方法，所述18節點系統的結構如圖2所示。18節點系統現有10個節點和9條支路。在未來某規划水平年，該系統要擴展為18個節點，總負荷為35870mw，其中節點11、14、16、18為新增發電機節點。給定節點2上連接了大型風電場，額定裝機容量為3600mw，切入風速、額定風速和切出風速分別為3.5m/s、15m/s和25m/s，尺度參數和形狀參數分別為10.3和2.9。取負荷波動方差為負荷預測值的3％。採用蒙特卡洛方法生成10000個常規不確定場景,表1列出了在不同保留場景數下對應的kantorovich距離，可見當保留場景數大於100後相應的kantorovich距離隨保留場景數的增大沒有明顯變化，為減小計算量，選取保留常規場景數為100。表1不同保留場景數對應的kantorovich距離table1kantorovichdistancesunderdifferentnumbersofreservedscenarios採用兩層優化方法的第一層可以獲得五個候選輸電規劃方案，即表2中的a-e，在此過程中考慮了單一預想事故。考慮全部雙重預想事故場景，而對三重和四重預想事故場景分別按相應場景累計概率總和的85％選擇排序場景、抽樣累計概率取相應全部場景概率之和的5％，綜合得到各規劃方案相應的災害場景集篩選結果，如表2所示。表2自然災害場景篩選參數table2screeningparametersofnaturaldisasterscenarios在上述場景設定下獲得五個候選輸電規劃方案和對應的加強方案,最後得到表3所示的相關成本數據。表3中第2列和第5列數字與括號內數字分別表示規劃方案中線路編號與相應線路條數。表318節點系統的輸電規劃與加強方案table3transmissionsystemplanningandreinforcementschemesforthe18-buspowersystem從投資成本、對不確定條件的適應性及自然災害情形下的失負荷風險等多個方面進行權衡,最後得到的綜合最優規劃方案為方案b。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。當前第1頁12當前第1頁12