本发明涉及综合能源规划领域，尤其是涉及在较早的规划阶段，具体涉及一种计及清洁能源的电网更新规划方法及系统。
背景技术：
能源危机和环境问题的日益突出，使得世界各国积极投入对新型可再生能源的开发和利用。在低碳化、清洁化发展趋势下，高比例新能源将成为未来电力系统的关键特征，而这一特征将导致整个能源电力系统的形态结构、相应的规划方法及运行方式发生重大变化。新能源电力比例的增加，对原有电力系统的架构、管理体制、规划策略等都将产生较大的影响。因此，在当前形势下，电网更新规划应考虑清洁能源的接入。
由于清洁能源电力的不稳定性与不可控性，特别是风电和光伏发电，其自身的不稳定特性明显，对于电网电压稳定性、电网频率、电网系统稳定性具有消极的影响。相比普通的电网规划，电网的更新规划和改造过程更为复杂。首先，区域内的电网系统包含一系列复杂的供用能过程，对于孤岛型微电网，需要从区域整体的供需平衡出发对其进行综合分析与评估；其次，由于规划区域内已有居民，则规划方案完成后的改造工作可能会遇到更多困难；因此应在更新规划时充分考虑这些可能，确保规划方案的可行性和有效性。
天津大学贾宏杰等人提出的能源集线器模型通过耦合矩阵表述区域级综合能源系统的输入输出，从宏观角度分析了网络间的互动联系，但仅从能效角度分析了多种发电资源的配置；顾伟等人以热网能流模型为基础，构建了一个混合整数线性规划模型，对含有热网的综合能源系统的运行模式进行了探究，但没有讨论电转热对电网的影响；清华大学孙宏斌等人开展了一系列能源微电网和智能配网的规划设计和优化研究，制定了结合不同需求的微电网规划和设计原则，并针对热-电耦合系统的协同调度问题提出一种可行的模型重构方法，重点解决热电经济转化问题，没有考虑热电综合优化对电网的影响；东南大学顾伟团队针对可再生能源出力及负荷不确定问题提出一种在线优化调度微电网的方法，重点针对运行调控进行影响，没有考虑规划设计问题。
综合考虑清洁可再生能源如风电、光伏、水电等可再生能源电力的清洁特质，又兼顾电网消纳能力，对其进行统筹安排，然后确立电网更新规划的最终方案，将规划范围内多个既有电源和新建可再生能源发电电源以最优的配比进行安排，是当前能源规划的重点。在当前的多种能源统筹优化规划方法中，仅考虑了经济性和可再生能源电力的最大程度消纳，由于规划方法考虑因素不全面导致在更新岛屿以及远离大电网的孤岛型微电网时存在现有规划方法不适用的情况。
技术实现要素：
为了解决现有技术中针对岛屿以及远离大电网的孤岛型微电网更新规划时所存在的上述不足，本发明提供一种计及清洁能源的电网更新规划方法，提出新的电网更新规划方法，在规划中既考虑多种可再生能源电力的接入量，又兼顾微电网自身安全可靠运行，综合上述两方面的约束，确定区域范围内各类电源接入微电网的允许容量。
一种计及清洁能源的电网更新规划方法，提供的技术方案包括：
基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
优选的，所述多目标更新规划优化模型的构建，包括：
基于多种可再生能源电力接入量的成本、碳排放量和电网的稳定性构建目标函数；
为所述目标函数构建需求约束、资源约束、稳定性约束和非负约束。
优选的，所述目标函数，如下式所示：
式中：fopt是目标函数；i为接入电网的电力资源的种类；xi为第i类电力资源的接入量；ci为第i类电力资源的成本系数；n为接入电网的电力资源的总种类数；ci，1为单位电量的购电价格；ci，2为处理单位碳排放量的价格；ci，3为维持电网稳定性的成本；δ1为经济成本的权重系数；δ2为碳排放量的权重系数；δ3为电网稳定性的权重系数。
优选的，所述需求约束，如下式所示：
式中：xi为第i类电力资源的接入量；εi为第i类电力资源的不确定因子；dj为第j点的用电需求；
所述资源约束，如下式所示：
式中：
所述稳定性约束，如下式所示：
式中：xi，r为未配置蓄电装置的风电、光伏发电系统；a％为可再生能源电力接入电网的比例。
优选的，所述可再生能源电力接入电网的比例，包括：
基于不同的评估场景将可再生能源电力进行分类；
基于可再生能源电力的分类情况确定各可再生能源电力接入电网的比例；
其中可再生能源电力分类包括：可控可再生能源电力和不可控可再生能源电力。
优选的，所述评估场景的划分，包括：
基于可再生能源电力特性、电网自身安全稳定性和用户负荷特性交叉组合进行划分；
其中，所述可再生能源电力特性包括：输出电力的稳定性和是否配置蓄能装置；
所述用户负荷特性包括：用户负荷不可调和用户负荷可调；
所述电网自身安全稳定性由是否配置调控设备确定。
优选的，所述基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果，包括：
为所述规划范围内更新项目包括的多种可再生能源电力设置变量；
基于所述规划范围内更新项目的供用电数据和多种可再生能源电力对应的变量实例化所述多目标更新规划优化模型；
基于线性化规划数学模型求解器求解实例化后的多目标更新规划优化模型，获得求解结果。
优选的，所述规划范围内更新项目的供用电数据，包括：
规划范围内更新项目所涉及的既有电源及新增电源的供电数据；
对既有电源及新增电源的供电数据的特性按评估指标进行评估，获得特性参数值；
基于规划范围内的热需求和冷需求获得规划范围内的电力需求；
所述评估指标包括：各类电力的单位发电量综合成本指标、碳排放指标、稳定性指标和最大年供电量指标。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种计及清洁能源的电网更新规划系统，包括：
求解模块，用于基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
确定模块，用于基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
优选的，所述系统还包括构建模块，用于构建多目标更新规划优化模型；所述构建模块，包括：
构建目标函数单元，用于基于多种可再生能源电力接入量的成本、碳排放量和电网的稳定性构建目标函数；
构建约束条件单元，用于为所述目标函数构建需求约束、资源约束、稳定性约束和非负约束。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案，基于获取的规划范围内更新项目供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建，本发明既考虑多种可再生能源电力的接入量，又兼顾微电网自身安全可靠运行，提高了更新规划方法的全面性且适用于更新岛屿以及远离大电网的孤岛型微电网。
附图说明
图1为本发明提供的一种计及清洁能源的电网更新规划方法的流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
现有的更新规划方法中一般只考虑经济性和可再生能源电力的最大程度消纳，并没有同时考虑高比例可再生能源电力对电网稳定性的影响。因此如图1所示，本发明提供的一种计及清洁能源的电网更新规划方法，包括：
s1、基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
s2、基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
本实施例中s1、基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果，具体包括以下几部分内容：
1)规划范围内既有电源及新增电源特性评估
按照表1所示的标准化格式，对各类电源的单位发电量综合成本、碳排放、稳定性、最大年供电量指标列出属性。其中稳定性指标值越小，说明该电源可控性越高，本发明中的稳定性指标值根据专家打分确定。
表1标准化格式
2)规划范围内电力需求确定
在确定电力需求时，综合考虑燃气、煤炭等能源的利用，扣除实际中已被其他能源替代的部分，即除去热需求、冷需求以外的纯电力需求。
3)基于微电网稳定性的可再生能源电力接入容量评估
可再生能源电力接入微电网系统整体系统评估是较为复杂的，为此，本发明提出典型场景法，分不同的场景确定微电网更新规划时可再生能源电力接入容量比例的阈值。
评估场景由以下几个因素交叉构成：可再生能源电力特性(输出电力的质量水平，如是否配置蓄能装置等)、电网自身安全稳定性、用户负荷特性三个因素交叉组合形成。从清洁能源接入的具体影响、评估指标以及国内外典型案例经验可以看出，大规模清洁能源接入对电网影响是要分具体情况进行分析。主要可分为以下几种情形：
一是清洁能源主要来自于稳定的水电、地热及核电等能源，水电以及地热发电等自身具有高稳定性的清洁能源和可再生能源电力，即使实现高比例可再生能源也并不会对电网产生较大的冲击，更接近于传统的电力系统特性。这一方面在未来发展规划时，可以作为稳定电源，其接入容量不因为微电网稳定性而额外受限制。
二是风电、光伏等可再生能源资源电力，这一部分又可分为两种情形，一是配置了蓄能装置的发电厂，其不稳定电力经过蓄电装置平稳输出，其容量不因为微电网稳定性而额外受限制；二是风电、光伏发电装置不配置蓄能装置，直接接入微电网，其容量可能受到限制。
三是用户负荷特性，如果用户负荷以可调负荷为主，则不可控的可再生能源电力接入容量上限可以适当提高，如果用户负荷均不可调，则不可控的可再生能源电力接入容量应取最低值。
四是电网自身的稳定，电网如果配置了较多的自动调控电力电子设备，可以实现智能化自动调控，则不稳定的可再生能源电力比例可以适当提高。
容量评估部分根据既有文献，参照表2确定可控可再生能源电力的比例和表3确定不可控可再生能源电力的比例。
表2可控可再生能源电力的比例建议值表
表3不可控可再生能源电力的比例建议表
4)构建多目标更新规划优化模型
围绕碳排放、经济性构建多目标规划优化模型，并将稳定性作为约束条件之一。
电力供需平衡规划可将其转化为数学规划模型：各类电力供给量的总和应不小于电力需求，且各类电力供给量不大于其最大容量，优化目标是综合成本(根据用户需要可以是经济、碳排放及稳定性中的一个或者几个)最低，其数学模型如下所示：
优化目标：
需求约束：
资源约束：
稳定性约束：
非负约束：
xi≥0(4)
其中fopt是综合函数，反映了经济、碳排放和稳定性三个目标的综合，也是模型优化的目标函数；i为接入电网的电力的种类，xi为第i类电力资源的接入量，亿kwh；ci为第i类电力的成本系数，ci，1表示单位电量的经济成本，本研究中指电网购电价格，万元/亿kwh；ci，2为处理单位碳排放量的价格；ci，3为维持电网稳定性的成本；δ1为经济成本的权重系数；δ2为碳排放量的权重系数；δ3为电网稳定性的权重系数，权重系数表示该目标的重要性，由用户自主设定，值越大表示该指标更重要；n为接入电网的电力资源的总种类数；dj为第j点的用电需求；εi表示不确定因子，作为弹性系数用于表示不确定性。
通过求解上述数学规划模型，可以得到目标综合最优时，各类电源xi的接入量,xi，r为未配置蓄电装置的风电、光伏发电系统；a％为根据步骤3)所述的评估方法确定的未配置蓄电装置的风电、光伏发电系统电力比例建议值。
5)带入更新项目供用电数据对模型进行优化计算求解
可通过matlab或其他线性规划数学模型求解器求解计算得到最优值。
s2、基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量，具体包括：根据规划模型求解结果确定各类电源接入微电网的容量。
实际应用中，可以年为单位进行全年供用电平衡分析，也可以选择多个典型日数据进行供用电平衡分析。
实施例2
结合某具体项目根据该方法进行计算分析，具体步骤如下。
1)规划范围内既有电源及新增电源特性评估
根据当地条件，确定该区域既有及新增可用电源的特性参数如表4所示。
表4某区域内既有及新增可用电源的特性参数表
2)规划范围内电力需求确定
在确定电力需求时，综合考虑燃气、煤炭等能源的利用，扣除实际中已被其他能源替代的部分，实际电力需求计算得到为6815.32mwh。
3)基于微电网稳定性的可再生能源电力接入容量评估
按照上述3)方法评估得到该区域未来未配置蓄能的风电、光伏发电系统电力比例限值为30％
4)构建多目标更新规划优化模型
模型中变量的物理含义如表5所示：
表5模型中变量的物理含义表
模型中变量的物理含义可以预先设计好，也可以根据用户需求每次都进行设置。
需求约束
资源约束：
稳定性约束：
非负约束：
xi≥0
按照重要性经济性权重系数为0.3，稳定性为0.3，碳排放为0.4。由于不同目标自身值差异较大，为了避免参数本身数值差异影响综合目标中实际权重，首先对各个参数进行标准化处理，根据值非负要求，这里采用max-min标准化方法。
具体转换方法如下式所示：
x为一组数列，maxx为该组数列中的最大值，minx为该组数列中的最小值，则数列中元素xi经过标准化处理生成新的元素x′i，新生成数列x′中所有元素均为0-1之间的数。
则优化目标函数为：
minfopt4＝0.3(0.19x1 0.47x2 0.03x4 0.38x5 0.49x6 x7 0.23x8) 0.4(x1 0.63x2 0.52x7 0.73x8) 0.3(x1 x2 0.75x3 0.63x4 0.13x5 0.13x6 0.75x8)
5)带入更新项目供用电数据对模型进行优化计算求解
可通过matlab或其他线性规划数学模型求解器求解计算得到最优值。本实施例中采用matlab进行求解，在matlab中利用优化求解模块计算得到求解结果如表6所示：
表6求解结果表
6)根据规划模型求解结果确定各类电源接入微电网的容量。
该更新规划中，在综合最优时，各类电力年接入量如上表所示，也可根据经济最优重新计算，确定各类电力的最优接入量。
实施例3
基于同一发明构思本发明还提供了一种计及清洁能源的电网更新规划系统，包括：
求解模块，用于基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
确定模块，用于基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
实施例中，所述系统还包括构建模块，用于构建多目标更新规划优化模型；所述构建模块，包括：
构建目标函数单元，用于基于多种可再生能源电力接入量的成本、碳排放量和电网的稳定性构建目标函数；
构建约束条件单元，用于为所述目标函数构建需求约束、资源约束、稳定性约束和非负约束。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
1.一种计及清洁能源的电网更新规划方法，其特征在于，包括：
基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多目标更新规划优化模型的构建，包括：
基于多种可再生能源电力接入量的成本、碳排放量和电网的稳定性构建目标函数；
为所述目标函数构建需求约束、资源约束、稳定性约束和非负约束。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标函数，如下式所示：
式中：fopt是目标函数；i为接入电网的电力资源的种类；xi为第i类电力资源的接入量；ci为第i类电力资源的成本系数；n为接入电网的电力资源的总种类数；ci，1为单位电量的购电价格；ci，2为处理单位碳排放量的价格；ci，3为维持电网稳定性的成本；δ1为经济成本的权重系数；δ2为碳排放量的权重系数；δ3为电网稳定性的权重系数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述需求约束，如下式所示：
式中：xi为第i类电力资源的接入量；εi为第i类电力资源的不确定因子；dj为第j点的用电需求；
所述资源约束，如下式所示：
式中：
所述稳定性约束，如下式所示：
式中：xi，r为未配置蓄电装置的风电、光伏发电系统；a％为可再生能源电力接入电网的比例。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可再生能源电力接入电网的比例，包括：
基于不同的评估场景将可再生能源电力进行分类；
基于可再生能源电力的分类情况确定各可再生能源电力接入电网的比例；
其中可再生能源电力分类包括：可控可再生能源电力和不可控可再生能源电力。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述评估场景的划分，包括：
基于可再生能源电力特性、电网自身安全稳定性和用户负荷特性交叉组合进行划分；
其中，所述可再生能源电力特性包括：输出电力的稳定性和是否配置蓄能装置；
所述用户负荷特性包括：用户负荷不可调和用户负荷可调；
所述电网自身安全稳定性由是否配置调控设备确定。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果，包括：
为所述规划范围内更新项目包括的多种可再生能源电力设置变量；
基于所述规划范围内更新项目的供用电数据和多种可再生能源电力对应的变量实例化所述多目标更新规划优化模型；
基于线性化规划数学模型求解器求解实例化后的多目标更新规划优化模型，获得求解结果。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述规划范围内更新项目的供用电数据，包括：
规划范围内更新项目所涉及的既有电源及新增电源的供电数据；
对既有电源及新增电源的供电数据的特性按评估指标进行评估，获得特性参数值；
基于规划范围内的热需求和冷需求获得规划范围内的电力需求；
所述评估指标包括：各类电力的单位发电量综合成本指标、碳排放指标、稳定性指标和最大年供电量指标。
9.一种计及清洁能源的电网更新规划系统，其特征在于，包括：
求解模块，用于基于获取的规划范围内更新项目的供用电数据和预先构建的多目标更新规划优化模型，获得求解结果；
确定模块，用于基于所述求解结果确定各类电源接入电网的容量；
所述多目标更新规划优化模型是基于多种可再生能源电力的接入量和电网的稳定性进行构建。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括构建模块，用于构建多目标更新规划优化模型；所述构建模块，包括：
构建目标函数单元，用于基于多种可再生能源电力接入量的成本、碳排放量和电网的稳定性构建目标函数；
构建约束条件单元，用于为所述目标函数构建需求约束、资源约束、稳定性约束和非负约束。
技术总结