一种城市保底电网中抗灾保障电源布局方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统防灾抗灾的技术领域，尤其是指一种城市保底电网中抗灾保障电源布局方法及系统。

背景技术

差异化建设运维的保底电网网架提升电网防灾抗灾能力，布局具备黑启动或孤网运行能力的抗灾保障电源提升电网防灾抗灾灵活、协同水平，保障重要电力用户应急自备电源容量充足，配置应急移动发电设备等，多措并举打造具备纵深防御的电网防灾抗灾体系，推动电网向主动防御转变。

抗灾保障电源是指具备黑启动或孤网运行能力的电源，是城市保底电网在严重自然灾害期间保障重点地区、重点用户的电力可靠供应的关键支撑，其类型包括具备黑启动能力的水电站、抽水蓄能电站、燃气发电厂以及储能电站以及具备孤网运行能力的燃气发电厂、储能电站燃煤电厂。应根据城市保底电网的网架结构、变电站的可接入电源容量、变电站近区电源建设条件、可建设电源装机规模、投资经济性等边界制约条件，合理规划建设抗灾保障电源接入系统，提升城市保底电网防灾抗灾灵活、协同水平。因此，合理布局抗灾保障电源是打造主动防御抗灾型电网的关键。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的不足，提供一种城市保底电网中抗灾保障电源布局方法，解决了城市保底电网中存在抗灾保障电源布局盲点问题，满足地市级电网在严重自然灾害导致大面积停电情况下，该地市的城市保底电网仍可以在抗灾保障电源支撑下通过黑启动快速恢复供电或孤网运行维持不间断供电，保障城市核心区、重点用户的可靠电力供应。

本发明的第二个目的在于提供一种城市保底电网中抗灾保障电源布局系统。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：

一种城市保底电网中抗灾保障电源布局方法，包括：

获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，计算重要变电站节点聚类系数；

根据城市保底电网的网架基础信息获取抗灾保障电源的建设需求、建设条件和建设规模，并建立抗灾保障电源的建设投资约束；

建立满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案集合；

计算不同抗灾保障电源布局方案的投资经济性指标和保障覆盖度指标；

根据投资经济性指标和保障覆盖度指标计算不同抗灾保障电源布局方案的推荐指数，并选取推荐指数处于中间水平的布局方案作为优选推荐布局方案。

进一步，获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，计算重要变电站节点聚类系数，包括：

分析城市保底电网的网架结构，获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息；

建立城市保底电网的网络拓扑结构，利用图论算法计算网络拓扑结构中所有重要变电站节点的聚类系数，聚类系数表明节点在拓扑中的重要程度，

；

式中，

进一步，所述重要变电站和重要线路覆盖500kV变电站～220kV线路～220kV变电站～110kV线路～110kV变电站～10kV线路～10kV重要用户。

进一步，所述建设需求是指城市保底电网中重要变电站直接供电的重要用户在严重自然灾害期间保障供电的负荷求和，其计算公式如下：

；

式中，

所述建设条件是指城市保底电网中的重要变电站近区能够建设抗灾保障电源的类型选择、站址条件以及是否能够接入系统；

所述建设规模是指城市保底电网中所有重要变电站近区拟建设抗灾保障电源的容量之和，条件约束如下：

；

式中，

进一步，所述建立满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案集合，包括：

利用遍历算法计算满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案，形成可行方案集合。

进一步，所述投资经济性的计算公式如下：

；

式中，

进一步，所述保障覆盖度是指在严重自然灾害导致城市级电网停电后，抗灾保障电源能够通过黑启动支撑快速恢复供电的电网范围或维持部分电网孤网运行的范围，计算公式如下：

；

式中，

进一步，根据投资经济性指标和保障覆盖度指标计算不同抗灾保障电源布局方案的推荐指数，计算公式如下：

；

式中，

以投资经济性的归一化值

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：

一种城市保底电网中抗灾保障电源布局系统，用于实现上述所述的城市保底电网中抗灾保障电源布局方法，包括：

节点聚类系数计算模块，用于获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，计算重要变电站节点聚类系数；

布局方案建立模块，用于根据城市保底电网的网架基础信息获取抗灾保障电源的建设需求、建设条件和建设规模，并建立抗灾保障电源的建设投资约束，进而建立满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案集合；

指标计算模块，用于计算不同抗灾保障电源布局方案的投资经济性指标和保障覆盖度指标；

布局方案推荐模块，用于根据投资经济性指标和保障覆盖度指标计算不同抗灾保障电源布局方案的推荐指数，并选取推荐指数处于中间水平的布局方案作为优选推荐布局方案。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明解决了城市保底电网中存在抗灾保障电源布局盲点问题，满足地市级电网在严重自然灾害导致大面积停电情况下，该地市的城市保底电网仍可以在抗灾保障电源支撑下通过黑启动快速恢复供电或孤网运行维持不间断供电，保障城市核心区、重点用户的可靠电力供应。

附图说明

图1为本发明抗灾保障电源布局方法的流程图。

图2为本发明实施例中某地区城市保底电网的网架结构图。

图3为本发明实施例中某地区城市保底电网的网架拓扑结构图。

图4为本发明实施例中抗灾保障电源多个方案对比二维示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种城市保底电网中抗灾保障电源布局方法，包括步骤：

S1、获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，计算重要变电站节点聚类系数，具体执行以下操作：

如图2所示，S101、为某地区城市保底电网的网架结构，是城市电网差异化规划建设运维的关键电网网架，获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，覆盖500kV变电站～220kV线路～220kV变电站～110kV线路～110kV变电站～10kV线路～10kV重要用户；

如图3所示，S102、建立城市保底电网的网络拓扑结构，利用图论算法计算网络拓扑结构中所有重要变电站节点的聚类系数，聚类系数表明节点在拓扑中的重要程度，

；/>

式中，

本实施例中具体包括1座500kV变电站节点（节点1）、2座220kV变电站节点（节点2、3）、3座110kV变电站节点（节点4、5、6）、7个10kV重要用户节点（节点7、8、9、10、11、12、13），共计13个节点，节点聚类系数计算结果如下：

。

S2、根据城市保底电网的网架基础信息获取抗灾保障电源的建设需求、建设条件和建设规模，并建立抗灾保障电源的建设投资约束；

其中，建设需求是指城市保底电网中重要变电站直接供电的重要用户在严重自然灾害期间保障供电的负荷求和，其计算公式如下：

；

式中，

在本实例中，各变电站点直接供电重要负荷容量如表1所示，根据公式计算出

表1 各变电站点直接供电重要负荷容量

建设条件是指城市保底电网中的重要变电站近区可建设抗灾保障电源的类型选择、站址条件以及是否可接入系统，如表2所示，站点近区接入不同抗灾保障电源的类型及容量均不同；

表2 各变电站点近区接入不同抗灾保障电源的类型及容量

建设规模是指城市保底电网中所有重要变电站近区拟建设抗灾保障电源的容量之和，条件约束如下：

；

式中，

建设投资约束是指获取不同类型的抗灾保障电源的单位容量投资造价，储能电站、燃气电厂单位容量投资造价分别为400万/MW、200万/MW。为避免城市保底电网网架存在抗灾保障电源布局盲点问题，一般电网投资测算总额按单座6F级燃气电厂投资估算（装机规模为2套机组，装机规模为2×120MW，具备黑启动和孤网运行能力），投资限值约4.8亿元。

S3、建立满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案集合，具体执行以下操作：

利用遍历算法计算满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案，形成可行方案集合；

本实施例其中一种可行的布局方案如表3所示。

表3 其中一种可行的布局方案

S4、计算不同抗灾保障电源布局方案的投资经济性指标和保障覆盖度指标；

其中，投资经济性是针对可行的布局方案，测算投资需求，保障投资的经济性，计算公式如下：

；

式中，

在上述可行的布局方案下，投资限值为4.8亿元，根据公式计算出方案对应投资经济性的归一化值为0.583。

所述保障覆盖度是指在严重自然灾害导致城市级电网停电后，抗灾保障电源能够通过黑启动支撑快速恢复供电的电网范围或维持部分电网孤网运行的范围，接入电压等级越高，抗灾保障电源保障覆盖范围越大，抗灾保障电源保障覆盖度越大，计算公式如下：

；

式中，

在上述可行的布局方案下，根据公式计算出对应抗灾保障电源保障覆盖度的归一化值为0.083。

S5、根据投资经济性指标和保障覆盖度指标计算上述可行布局方案的推荐指数为0.417，计算公式如下：

；

式中，

以此类推，计算其他不同可行方案的推荐指数，并以投资经济性的归一化值

本实施例还提供了一种城市保底电网中抗灾保障电源布局系统，用于实现上述所述的城市保底电网中抗灾保障电源布局方法，包括：

节点聚类系数计算模块，用于获取城市保底电网的重要变电站和重要线路信息，计算重要变电站节点聚类系数；

布局方案建立模块，用于根据城市保底电网的网架基础信息获取抗灾保障电源的建设需求、建设条件和建设规模，并建立抗灾保障电源的建设投资约束，进而建立满足建设需求、建设条件、建设规模以及建设投资约束条件下可行的抗灾保障电源布局方案集合；

指标计算模块，用于计算不同抗灾保障电源布局方案的投资经济性指标和保障覆盖度指标；

布局方案推荐模块，用于根据投资经济性指标和保障覆盖度指标计算不同抗灾保障电源布局方案的推荐指数，并选取推荐指数处于中间水平的布局方案作为优选推荐布局方案，即投资规模适中，同时抗灾保障电源保障覆盖范围能够满足保底电网中重要电力用户的需要。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。