本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
：，特別是涉及一種基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
：：對于覆蓋地理范圍很大的跨區(qū)域輸電系統(tǒng)，有些輸電線路所跨越區(qū)域的地理環(huán)境復(fù)雜，遭受自然災(zāi)害的可能性較大。另一方面，隨著電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，故障影響范圍趨于增大，發(fā)生極端災(zāi)害事件時更容易誘發(fā)大面積停電事故?？紤]到極端自然災(zāi)害發(fā)生的概率雖然很低，但可能給電力系統(tǒng)帶來的危害極大，因此構(gòu)建更有“彈性(resilience)”的電力系統(tǒng)是近年來國內(nèi)外電力系統(tǒng)領(lǐng)域普遍關(guān)注的重要課題，這反映了當(dāng)今電力系統(tǒng)所面臨的新要求和發(fā)展趨勢。因此，在輸電系統(tǒng)規(guī)劃時就應(yīng)計及自然災(zāi)害因素的影響，有選擇性地提升關(guān)鍵支路的建設(shè)，從而在考慮投資約束下最大限度降低自然災(zāi)害所可能導(dǎo)致的大面積停電風(fēng)險非常必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)劃方法，能夠降低自然災(zāi)害可能導(dǎo)致的大面積停電風(fēng)險。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：s1，針對電力系統(tǒng)在常規(guī)運行情況下的系統(tǒng)可靠性和發(fā)生自然災(zāi)害情況下的系統(tǒng)風(fēng)險，考慮下述多種不確定性因素：1)間歇性能源發(fā)電如風(fēng)電的發(fā)電出力波動、負(fù)荷的隨機波動、元件隨機停運等因素；2)嚴(yán)重自然災(zāi)害可能導(dǎo)致的多個元件停運；s2，將輸電系統(tǒng)規(guī)劃需要考慮的不確定性場景分為兩類：1)計及風(fēng)電出力和負(fù)荷波動的常規(guī)運行不確定場景集，簡稱為“常規(guī)場景集”；2)考慮自然災(zāi)害因素影響的預(yù)想事故場景集，簡稱為“災(zāi)害場景集”；s3，在常規(guī)場景集中考慮風(fēng)電出力波動和負(fù)荷波動，以及n-1預(yù)想事故，采用蒙特卡洛仿真對風(fēng)電出力和節(jié)點負(fù)荷概率分布進(jìn)行抽樣可得到常規(guī)不確定性場景，之后采用同步回代消除法對場景進(jìn)行削減；s4，在災(zāi)害場景集中考慮部分影響較大的多重預(yù)想事故，采用“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(jìn)行篩選和削減，以在大幅減少場景數(shù)的同時仍能充分衡量候選輸電規(guī)劃方案在故障場景集合下的風(fēng)險；s5，綜合衡量規(guī)劃方案的經(jīng)濟性、可靠性、對不確定條件下的適應(yīng)性和失負(fù)荷風(fēng)險，構(gòu)建輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型；s6，對輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型這一混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題采用了兩層優(yōu)化方法進(jìn)行簡化求解；第一層以線路初始建設(shè)成本和常規(guī)場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷與棄風(fēng)電量的懲罰期望值為目標(biāo)函數(shù)，考慮n-1準(zhǔn)則和常規(guī)場景集，采用粒子群算法得到多個滿足n-1預(yù)想事故校驗和常規(guī)場景集要求的基本候選規(guī)劃方案；第二層以線路加強成本和故障場景下系統(tǒng)切負(fù)荷損失風(fēng)險最小為目標(biāo)函數(shù)，對基本候選規(guī)劃方案在預(yù)想事故場景下進(jìn)行校驗，得到對應(yīng)每一個基本候選規(guī)劃方案的最優(yōu)加強方案及相應(yīng)系統(tǒng)失負(fù)荷風(fēng)險值；最后綜合衡量各方案的總投資成本及兩類場景集下的棄風(fēng)懲罰值和失負(fù)荷損失，得到兼顧經(jīng)濟性、可靠性和系統(tǒng)災(zāi)害風(fēng)險的綜合較優(yōu)方案。進(jìn)一步，采用同步回代消除法對場景進(jìn)行削減，基本步驟如下：1)確定常規(guī)場景集s，對于任意場景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后，剔除與其它場景概率距離之和最小的場景；2)置場景總數(shù)ns＝ns-1，并將被剔除場景的概率值并入到與其概率距離最近的場景概率中，從而保證剩余場景的概率之和為1；3)按步驟1)和2)逐個剔除場景直至剩余場景數(shù)達(dá)到所要求數(shù)量為止。進(jìn)一步，采用“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(jìn)行篩選和削減，具體步驟如下：1)按照輸電系統(tǒng)規(guī)模和各線路綜合故障率，選取最大預(yù)想事故重數(shù)m，m為需要考慮的預(yù)想事故重數(shù)m的最大值；2)對單個預(yù)想事故和雙重預(yù)想事故，即n-m中的m≤2，對全部場景進(jìn)行分析；對于包括m個停運線路的預(yù)想事故場景k，其出現(xiàn)概率可用計算；3)對于m重，m≥3，多重預(yù)想事故，先按場景出現(xiàn)概率從大到小排序，而后依次累加直到前m1個預(yù)想事故場景概率之和達(dá)到給定概率水平稱此概率為排序累計概率；之后，從剩余的m重預(yù)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(dá)到給定概率水平稱此概率為抽樣累計概率；和的選取基于m重預(yù)想事故場景的概率總和∑pk；最后，由排序得到的m1個場景和抽樣得到的m2個場景組成災(zāi)害場景集。進(jìn)一步，步驟s5的輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)表示為：等號右邊包括三項，各項的含義如下：第一項表示規(guī)劃方案的投資建設(shè)總成本的年值，包括線路初始建設(shè)成本年值和加強成本年值；為資金回收系數(shù)，ε為貼現(xiàn)率，t為給定的線路運行年限；l、xl、cl分別為規(guī)劃方案f中的線路、線路l的建設(shè)條數(shù)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(yīng)量，且為各線路走廊可新建線路數(shù)，ll為線路l的長度；第二項表示在規(guī)劃水平年常規(guī)場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷與棄風(fēng)電量的懲罰期望值年值，ωu為常規(guī)場景集，pj為場景j的出現(xiàn)概率，wj和dj分別為場景j下系統(tǒng)棄風(fēng)電量和切負(fù)荷電量年值，αj和βj為對應(yīng)的單位電量懲罰成本系數(shù)；第三項表示災(zāi)害場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷損失風(fēng)險，ωr為災(zāi)害場景集，pk為場景k的出現(xiàn)概率，dk為場景k下系統(tǒng)失負(fù)荷量，τ為單位失負(fù)荷量的經(jīng)濟損失，tr為系統(tǒng)受災(zāi)害影響失負(fù)荷持續(xù)時間。本發(fā)明涉及一種基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)劃方法。通過綜合考慮投資與運行經(jīng)濟性、常規(guī)運行情況下的系統(tǒng)可靠性和發(fā)生自然災(zāi)害情況下的系統(tǒng)風(fēng)險等因素，發(fā)展了輸電系統(tǒng)規(guī)劃的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。構(gòu)建了計及風(fēng)電與負(fù)荷波動以及發(fā)生自然災(zāi)害情形下的兩類場景集——“常規(guī)場景集”和“災(zāi)害場景集”，分別用于對候選規(guī)劃方案進(jìn)行安全校驗和風(fēng)險評估。之后，在分層優(yōu)化架構(gòu)下采用粒子群優(yōu)化算法求解所構(gòu)造的優(yōu)化模型。附圖說明圖1是是本發(fā)明的基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)劃方法的流程示意圖。圖2是本發(fā)明一實施例的采用18節(jié)點系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。具體實施方式附圖僅用于示例性說明，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，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說明，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(fā)明提出的基于自然災(zāi)害風(fēng)險的輸電系統(tǒng)多場景規(guī)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(fā)電如風(fēng)電的發(fā)電出力波動、負(fù)荷的隨機波動、元件隨機停運等因素；2)嚴(yán)重自然災(zāi)害可能導(dǎo)致的多個元件停運。并且相應(yīng)地將輸電系統(tǒng)規(guī)劃需要考慮的不確定性場景分為兩類：1)計及風(fēng)電出力和負(fù)荷波動的常規(guī)運行不確定場景集，簡稱為“常規(guī)場景集”；2)考慮自然災(zāi)害因素影響的預(yù)想事故場景集，簡稱為“災(zāi)害場景集”。在常規(guī)場景集中考慮風(fēng)電出力波動和負(fù)荷波動，以及n-1預(yù)想事故，采用蒙特卡洛仿真(montecarlosimulation)對風(fēng)電出力和節(jié)點負(fù)荷概率分布進(jìn)行抽樣可得到常規(guī)不確定性場景，之后采用同步回代消除法對場景進(jìn)行削減。在災(zāi)害場景集中考慮部分影響較大的多重預(yù)想事故，采用“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(shù)的同時仍能充分衡量候選輸電規(guī)劃方案在故障場景集合下的風(fēng)險。通過綜合考慮投資與運行經(jīng)濟性、常規(guī)運行情況下的系統(tǒng)可靠性和發(fā)生自然災(zāi)害情況下的系統(tǒng)風(fēng)險等因素，發(fā)展了輸電系統(tǒng)規(guī)劃的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。其中，采用同步回代消除法對場景進(jìn)行削減，基本步驟如下：1)確定常規(guī)場景集s，對于任意場景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后，剔除與其它場景概率距離之和最小的場景；2)置場景總數(shù)ns＝ns-1，并將被剔除場景的概率值并入到與其概率距離最近的場景概率中，從而保證剩余場景的概率之和為1；3)按步驟1)和2)逐個剔除場景直至剩余場景數(shù)達(dá)到所要求數(shù)量為止。采用“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(jìn)行篩選和削減，具體步驟如下：1)按照輸電系統(tǒng)規(guī)模和各線路綜合故障率，選取最大預(yù)想事故重數(shù)m，m為需要考慮的預(yù)想事故重數(shù)m的最大值；2)對單個預(yù)想事故和雙重預(yù)想事故，即n-m中的m≤2，對全部場景進(jìn)行分析；對于包括m個停運線路的預(yù)想事故場景k，其出現(xiàn)概率可用計算；3)對于m重，m≥3，多重預(yù)想事故，先按場景出現(xiàn)概率從大到小排序，而后依次累加直到前m1個預(yù)想事故場景概率之和達(dá)到給定概率水平稱此概率為排序累計概率；之后，從剩余的m重預(yù)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(dá)到給定概率水平稱此概率為抽樣累計概率；和的選取基于m重預(yù)想事故場景的概率總和∑pk；最后，由排序得到的m1個場景和抽樣得到的m2個場景組成災(zāi)害場景集。綜合衡量規(guī)劃方案的經(jīng)濟性、可靠性、對不確定條件下的適應(yīng)性和失負(fù)荷風(fēng)險，構(gòu)建輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型，其目標(biāo)函數(shù)表示為：等號右邊包括三項，各項的含義如下：第一項表示規(guī)劃方案的投資建設(shè)總成本的年值，包括線路初始建設(shè)成本年值和加強成本年值；為資金回收系數(shù)，ε為貼現(xiàn)率，t為給定的線路運行年限；l、xl、cl分別為規(guī)劃方案f中的線路、線路l的建設(shè)條數(shù)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(yīng)量，且為各線路走廊可新建線路數(shù)，ll為線路l的長度；第二項表示在規(guī)劃水平年常規(guī)場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷與棄風(fēng)電量的懲罰期望值年值，ωu為常規(guī)場景集，pj為場景j的出現(xiàn)概率，wj和dj分別為場景j下系統(tǒng)棄風(fēng)電量和切負(fù)荷電量年值，αj和βj為對應(yīng)的單位電量懲罰成本系數(shù)；第三項表示災(zāi)害場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷損失風(fēng)險，ωr為災(zāi)害場景集，pk為場景k的出現(xiàn)概率，dk為場景k下系統(tǒng)失負(fù)荷量，τ為單位失負(fù)荷量的經(jīng)濟損失，tr為系統(tǒng)受災(zāi)害影響失負(fù)荷持續(xù)時間。對輸電系統(tǒng)規(guī)劃模型這一混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題采用了兩層優(yōu)化方法進(jìn)行簡化求解；第一層以線路初始建設(shè)成本和常規(guī)場景集下系統(tǒng)切負(fù)荷與棄風(fēng)電量的懲罰期望值為目標(biāo)函數(shù)，考慮n-1準(zhǔn)則和常規(guī)場景集，采用粒子群算法得到多個滿足n-1預(yù)想事故校驗和常規(guī)場景集要求的基本候選規(guī)劃方案；第二層以線路加強成本和故障場景下系統(tǒng)切負(fù)荷損失風(fēng)險最小為目標(biāo)函數(shù)，對基本候選規(guī)劃方案在預(yù)想事故場景下進(jìn)行校驗，得到對應(yīng)每一個基本候選規(guī)劃方案的最優(yōu)加強方案及相應(yīng)系統(tǒng)失負(fù)荷風(fēng)險值；最后綜合衡量各方案的總投資成本及兩類場景集下的棄風(fēng)懲罰值和失負(fù)荷損失，得到兼顧經(jīng)濟性、可靠性和系統(tǒng)災(zāi)害風(fēng)險的綜合較優(yōu)方案。下面以18節(jié)點系統(tǒng)說明本發(fā)明的方法，所述18節(jié)點系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。18節(jié)點系統(tǒng)現(xiàn)有10個節(jié)點和9條支路。在未來某規(guī)劃水平年，該系統(tǒng)要擴展為18個節(jié)點，總負(fù)荷為35870mw，其中節(jié)點11、14、16、18為新增發(fā)電機節(jié)點。給定節(jié)點2上連接了大型風(fēng)電場，額定裝機容量為3600mw，切入風(fēng)速、額定風(fēng)速和切出風(fēng)速分別為3.5m/s、15m/s和25m/s，尺度參數(shù)和形狀參數(shù)分別為10.3和2.9。取負(fù)荷波動方差為負(fù)荷預(yù)測值的3％。采用蒙特卡洛方法生成10000個常規(guī)不確定場景,表1列出了在不同保留場景數(shù)下對應(yīng)的kantorovich距離，可見當(dāng)保留場景數(shù)大于100后相應(yīng)的kantorovich距離隨保留場景數(shù)的增大沒有明顯變化，為減小計算量，選取保留常規(guī)場景數(shù)為100。表1不同保留場景數(shù)對應(yīng)的kantorovich距離table1kantorovichdistancesunderdifferentnumbersofreservedscenarios采用兩層優(yōu)化方法的第一層可以獲得五個候選輸電規(guī)劃方案，即表2中的a-e，在此過程中考慮了單一預(yù)想事故。考慮全部雙重預(yù)想事故場景，而對三重和四重預(yù)想事故場景分別按相應(yīng)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(yīng)全部場景概率之和的5％，綜合得到各規(guī)劃方案相應(yīng)的災(zāi)害場景集篩選結(jié)果，如表2所示。表2自然災(zāi)害場景篩選參數(shù)table2screeningparametersofnaturaldisasterscenarios在上述場景設(shè)定下獲得五個候選輸電規(guī)劃方案和對應(yīng)的加強方案,最后得到表3所示的相關(guān)成本數(shù)據(jù)。表3中第2列和第5列數(shù)字與括號內(nèi)數(shù)字分別表示規(guī)劃方案中線路編號與相應(yīng)線路條數(shù)。表318節(jié)點系統(tǒng)的輸電規(guī)劃與加強方案table3transmissionsystemplanningandreinforcementschemesforthe18-buspowersystem從投資成本、對不確定條件的適應(yīng)性及自然災(zāi)害情形下的失負(fù)荷風(fēng)險等多個方面進(jìn)行權(quán)衡,最后得到的綜合最優(yōu)規(guī)劃方案為方案b。顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12