计入风电消纳的电网扩展规划方法研究

2018-02-16王海亮田立勃彭芝萍姜鸣瞻周晓霞

通信电源技术 2018年12期

邓玲，王海亮，田立勃，彭芝萍，王春，姜鸣瞻，周晓霞，代璐

（囯网宜昌供电公司经济技术研究所，湖北宜昌 443000）

0 引言

随着自然能源的不断发展，要使风电能源的发展规模与效能达到平衡，需要解决目前存在的风电消纳问题，而最有效的途径是合理规划电网[1]。因为地理因素的制约，我国的风电开发集中于西北地区，但其电力系统规模较小，外网的电力传输系统不能满足人们的需求，所以需合理解决风电消纳问题。此外，扩展规划具备变动性负荷的电网，需要通过大量计算获取非线性结果，即使运用较优化的算法也无法降低求解难度。邻域搜索算法是经优化后的启发式算法，核心是确定邻域结构，可以解决TSP问题。它在邻域获取结果的基础上进行改进，且算法中每一步的迭代都是这样形成的[2]。因此，本文将通过优化后的随机邻域搜索算法分析和研究具体的风电消纳电网扩展规划问题。

1 随机机会约束规划方法

要构建包含风电发电场单位的电网规划模型，需要转化电网规划问题，即将数学问题转换为约束条件中含随机变量的问题。较为常见的形式主要变形为[3]：

式（1）中，x是一个维度为n的向量；ξ是概率密度函数的随机向量；f(x)是目标函数值；g(x,ξ)是随机约束函数，具体通过式（2）和式（3）表示：

式（2）和式（3）中，Pij表示通常状态下，线路i到线路j的有功潮流；Pij,max表示满载状态下，线路i到线路j有功潮流的最大上限；∀(i, j)表示电网中所有节点的集合；PiNj-1表示电网中出现N-1类型故障时，线路i到线路j的有功潮流；xij表示线路i到线路j对应通道上的线路回数。采用随机机会约束规划方法后，原来的算式将会变形为：

式（4）和式（5）中，η1表示通常状态下，线路i到线路j潮流越限情况发生的概率约束值；η2表示电网发生N-1故障时，线路j到线路j潮流越限情况发生的概率约束值[4]。本文所采用蒙特卡罗模拟计算电网线路越限概率，需要经历四个流程[5]。

（1）确定总抽样数，即确定N的数值，设定m=1、n=0。

（2）根据电网中的风电输出状态，评估系统的多次抽样状态，其次数设定为m。m次抽样获得确定性系统状态后，校验线路潮流，如果不能够满足式（4）和式（5）的要求，执行n++。

（3）如果在m++状态下，N值大于m，转到步骤（2）；如果N值小于m，转到步骤（4）。

（4）输出系统过负荷概率值a=n/N，完成计算。

2 考虑风电消纳能力的电网扩展规划影响要素

2.1 考虑风电接纳容量的最大化

风电的消纳程度取决于电网的机组能力和电网的运行架构。电网系统的调峰能力直接影响风电输出，区域电网的运行方式特性和运行方式灵活程度影响风电出力情况[6]。如果风电发电场所在区域电网较为薄弱，就会造成局部区域的功率与整体电网功率不平衡，从而影响风电出力[7]。

通过随机潮流计算方法，计算风电入网后的系统潮流，其越限概率超标后，实施弃风和切断负荷措施进行调整，从而使规划方案达到系统标准。构建风电接纳容量最大化的电网扩展规划模型，具体如下：

式（6）中，F4表示弃风功率预期数值；Pabd,j表示节点j上的风电弃风功率。

2.2 考虑系统运行费用的最小化r

电网规划中需要重点考虑的因素是电网的实际经济性评价。优化电网投资成本的年运行费用后，才能有效解决电网扩展规划问题，具体如下[8]：

式中，cij表示线路i到线路j的投资成本；xij表示线路i到线路j的证书决策变量；r表示电网系统贴现率；Year表示线路经济使用年限；Rij表示支路i到支路j的单回线路电阻；E(Pij)2表示支路i到支路j的潮流平方项的预期。

通过计算可以获取电网线路投资规划费用，可用支路有功潮流平方项的线性函数表示网损，得出关键计算内容，进而计算支路潮流平方项的期望。

2.3 考虑系统潮流越限风险度的最小化

风电与常规电网连接具备的风险因素包括电压与潮流越限和暂态稳定等。常规电网包含规模较大的风电规划模型，风险因素主要为功率波动和其他不确定因素，影响线路的输送容量约束。因此，需要通过风电预测误差形成的潮流越限风险分析电网规划。而以概率论为基础，归纳不确定信息的过程中，电网风险能够通过随机变量的数字特征表现[9]。

目前，我国电力行业在风电预测方面存在较大误差，使电网潮流方差增大。机会约束能够综合考量风电接入后潮流的波动，但无法处理越限风险。因此，需要采用网架优化降低越限风险，通过系统潮流越限风险最小化的函数计算：