大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台研发

然而，风电具有随机性、波动性、间歇性与低能量密度等特点，大规模风电场群汇聚外送功率最大值远低于装机容量，若沿用传统规划方法按照风电全装机容量对含大规模风电接入的输电网进行规划，势必会造成输电设备的过度配置，导致输电资产利用率低下[1-5]。

因此，科学地建立含大规模风电集中接入的输电网扩展规划方案，同时兼顾安全性与经济性，成为当前场景下输电网规划需完成的主要任务。

研发含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台，对于合理地实现规划任务、方便规划人员开展工作具有重要意义。

目前关于电力系统方面的比较成熟且功能强大的软件平台已有许多，如中国电力科学院自主研发的电力系统分析综合程序（PSASP）和引进消化国外技术后开发的电力系统分析软件（BPA），美计划项目，本文开发了含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台（下面简称平台），相关人员通过使用该平台能够分析大规模风电场群风电功率特性，研究风电场群规模增长时风电功率的演变规律，预测规划年风电场群的输出功率特性，形成输电网扩展规划方案并对方案进行综合评估。

1当前面临的问题与系统开发要求1.1当前面临的主要问题在大规模风电集中接入系统场景下的输电网规划中，可将风电功率汇聚外送的风电场群看作一个电源，但是该电源的功率特性不同于传统的火电厂和水电厂，现场运行经验表明，按照与风电场群装机容量相等来配置输电设备是浪费的，收稿日期：2014-11-16基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2013CB228201）；国家自然科学基金资助项目（51177009）；吉林省自然科学基金资助项目（20140101079JC）作者简介：肖白（1973—），男，吉林市人，博士，教授，从事电力系统规划、空间负荷预测、风险评估、继电保护等方面的研究与教学工作。

E-mail:xbxiaobai@电力规划第48卷中国电力那么应该如何确定最优的输电容量，以及如何在系统中配置相应的设备呢？这就需要先面对如下几个问题。

（1）把握风电功率的汇聚演变特性。

只有把握了风电机组→风电场→风电场群的功率特性及其演变规律，才能够对集中接入的风电场群这个新型电源进行恰当地建模，从总体上确定风电功率的变化趋势，以适应电力系统规划的需要。

现有关于风电功率的研究大多集中在风电功率波动的分析方面，成果主要应用于电力系统运行方面。

（2）表征规划目标年的风电功率特性。

研究目标年的风电场群功率特性，是开展电力系统规划工作的基础。

如何根据已经投运的风电机组（场、场群）功率演变规律，来表征规划目标年风电场群（含既有风电场和当前待建风电场）汇聚后的功率特性的相关内容尚未见文献报道。

（3）优化风电场群功率集中外送的输电容量。

工程实践表明，风电场群集中输出的最大功率远低于风电场群的装机容量。

若沿用传统电源规划方法规划风电电源，虽然能够保证风电全部送出，但是势必会造成输电系统的过度配置而导致浪费。

对此，文献[1]提出了一种“确定风电场群功率汇聚外送输电容量的静态综合优化方法”，应用于大规模风电场群功率集中外送的输电工程，该方法的最大贡献是建立了确定优化配置容量的基本逻辑关系，可以解决如何定量分析大规模风电功率集中外送输电容量的优化规划问题。

但更为精细、准确的优化方法还有待进一步研究。

（4）评估含大规模风电的输电网规划方案。

在对规划方案进行评估时，应针对大规模风电接入系统后的特点，建立新的指标或指标体系来衡量输电网扩展规划方案的优劣。

但目前仍然普遍采用传统的方法评估规划方案。

1.2对输电网扩展规划平台开发的要求研发大规模风电集中接入输电网扩展规划平台，需要在理论完备的基础上考虑其实用性。

针对目前电网规划存在的问题与风电接入对电力系统规划提出的新需求，提出规划平台开发要求：（1）建立基础资料综合管理体系；（2）可自定义接口，实现平台内、外交互访问；（3）实现图、表、文档一体化智能输出；（4）规划条件可动态修改，能适应不同场景；（5）构建在役风电场群功率特性分析模型；（6）能够预测目标年风电场群功率特性；（7）构建大规模风电集中外送输电容量优化方法；（8）构建大规模风电集中接入输电网扩展规（9）建立最优规划方案综合评价指标体系，实现对不同规划方案的评估。

2平台开发的基本思路与关键技术2.1基本思路面对大规模风电集中接入系统带来的新问题，为保证输电网扩展规划的安全性与经济性的目标，以网架结构分析和既有风电场功率数据研究为基础，分析风电机组→风电场→风电场群的功率特性及其演变规律，结合待建风电场的基本信息，构建规划目标年风电功率特性预测模型，提出确定大规模风电集中外送输电容量优化规划方法，运用智能化、自动化的技术手段，实现含大规模风电集中接入的输电网扩展规划，并对规划方案进行合理评估。

2.2关键技术2.2.1风电功率特性的描述与刻画对风电功率特性的描述，目前分为两大类：一类是保持其时间序列本质的描述，如在多时间尺度下的波动量、波动率、离差、均值等；另一类是打乱时间顺序后的概率性的描述，如功率概率分布密度、持续功率曲线等。

在输电网扩展规划过程中，需考虑保证风电全部送出的极限条件和可以获得最大经济效益之间的关系，平台采取了概率性的描述方式，针对相应的持续功率曲线，建立了头高、腰宽和尾长等特性指标来刻画风电功率。

2.2.2规划目标年风电场群功率特性的预测在规划目标年的电力系统中，既包括当前已经投运的风电场，也包括目前待建的风电场（届时将处于投运状态）。

平台分析了在实际风资源驱动下各风电场的功率特性及其差异，并在此基础上根据风电场逐级汇聚形成风电场群过程中的功率演变规律，构建了预测目标年风电场群功率的模型。

2.2.3大规模风电集中外送输电容量优化规划既然按照风电场群总装机的全容量所确定的集中外送输电容量得不到充分利用，那么在兼顾保证风电送出与提高电力企业收益和输电资产利用率的条件下，如何配置最佳的输电容量是关键。

平台综合考虑风电企业与电网公司利益，分别提出了大规模风电集中外送输电容量的静态优化规划方法和动态优化规划方法。

2.2.4大规模风电集中外送输电网规划方案评估仅根据直接经济效益性指标，对含风电场群集中接入系统的输电网扩展规划方案进行评估是不全面、不充分的。

电力规划第2期平台在传统评估方法的基础上，引入了项目投资决策方法，利用特定的可行性指标作为决策标准或依据，提出了适用于输电网的资产利用效率、风电送出保证率、输电系统充裕度等指标，规划方案。

方案评估部分除了含有传统的评估内容，还扩充了新构建的几个专门针对大规模风电接入的输电网的技术性能评估指标。

图1含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台的基本结构Fig.1Structure of transmission network expansion planning platform with centralized integration of large scale wind power肖白等：大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台研发电力规划119第48卷中国电力容量增加的演变规律，预测出规划目标年风电场群的功率特性，见图2c ）。

输电容量优化规划模块可以采用静态、动态或全容量的优化规划方法，计算并展示输电容量与输电工程全周期综合收益之间的关系，见图2d ）；还可以生成多场景下的不同输电网扩展规划方案，并按照指定的规则进行排序，见图2e ）；图2f ）给出了最优的输电网扩展规划方案的地理接线图，能直观地看出其电压等级与回路数。

图2g ）按照百分数、以柱状图的形式给出了规划方案的风电送出保证率、输电资产利用率和总输电容量的充裕度。

规划方案评估决策模块还可以对每个输电走廊进行输电容量的充裕度计算与图形化输出，如图2h ）所示。

调用PSASP 、BPA 等大型商业化电力系统分析与计算软件，并在此基础上实现对规划方案的安全性校验，主要包括潮流、暂态稳定、短路电流、电压稳定等分析与校验。

限于篇幅，不再附图。

5结语本文提出了建设含大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台的总体方案，并开发出了相应的输电网扩展规划平台，能够满足在大规模开发风电场景下开展电网规划工作的新要求。

该软件平台具有结构模块化、扩展性强、界面友好和易于移植的特点，已经先后分别应用于东北某省电力有限公司和西北某省的电力经济技术研究院，而且还在不断地更新与完善，正在逐步发展成为一个具有较高理论水平和实用化功能的输电网扩展规划技术支持系统。

该平台能够在保证电力系统安全运行的条件下，提高规划电网的综合收益与资产利用率，提升规划工作的管理水平，有着巨大的推广潜力。

参考文献：[1]穆钢，崔杨，严干贵．确定风电场群功率汇聚外送输电容量的静态综合优化方法[J]．中国电机工程学报，2011，35（1）：15－19．MU Gang,CUI Yang,YAN Gangui ．A static optimization method to determine integrated power transmission capacity of clustering wind farms [J]．Proceedings of the CSEE,2011,35(1):15-19.[2]于晗，钟志勇，黄杰波，等．考虑负荷和风电出力不确定性的输电系统机会约束规划[J]．电力系统自动化，2009，33（2）：20－24．YU Han,ZHONG Zhiyong,HUANG Jiebo,et al ．A chance constrained transmission network expansion planning method associated with load and wind farm variations [J]．Automation of Electric Power Systems,2009,33(2):20-24．[3]GARVER L L ．Transmission network estimation using linearprogramming [J]．IEEE Trans on Power Apparatus and Systems,1970,89(7):1688-1697．[4]BILLINTON R,WANGDEE W.Reliability -based transmissionreinforcement planning associated with large -scale wind farms [J]．IEEE Trans on Power Systems,2007,22(1):34-41．[5]杨宁，文福拴．基于机会约束规划的输电系统规划方法[J]．电力系统自动化，2004，28（14）：23－27．YANG Ning,WEN Fushuan ．Transmission system expansion planningbasedonchanceconstrainedprogramming[J]．Automation of Electric Power Systems,2004,28(14):23-27．[6]魏威，陈金富，段献忠，等．基于统一数据平台的电网规划软件[J]．继电器，2003，31（3）：50－53．WEI Wei,CHEN Jinfu,DUAN Xianzhong,et al ．The unified图2平台部分功能的应用界面Fig.2Application interfaces of the platform电力规划第2期data platform based network planning software[J]．Relay,2003, 31(3):50-53．[7]肖白，穆钢，杨右虹，等．基于GIS的空间电力负荷预测平台的研究与开发[J]．中国电力，2010，43（10）：53－57．XIAO Bai,MU Gang,YANG Youhong,et al．R&D of spatial load forecasting platform based on GIS[J]．Electric Power,2010, 43(10):53-57．[8]赵燃，康重庆，刘梅，等．面向节能发电调度的母线负荷预测平台[J]．中国电力，2009，42（6）：32－36．ZHAO Ran,KANG Chongqing,LIU Mei,et al．The platform of bus load forecasting for energy-conservation based generation dispatching[J]．Electric Power,2009,42(6):32-36．[9]林舜江，李欣然，刘艳阳，等．电力系统综合负荷建模平台的开发[J]．中国电力，2005，38（11）：87－91．LIN Shunjiang,LI Xinran,LIU Yanyang,et al．Development of load modeling platform for electric power system[J]．Electric Power,2005,38(11):87-91．[10]肖峻，王学军，林立鹏，等．基于CSCW的城市电网协同负荷预测信息平台[J]．中国电力，2009，42（9）：32－38．XIAO Jun,WANG Xuejun,LIN Lipeng,et al．Synergetic load forecasting information platform for city power network based on CSCW[J]．Electric Power,2009,42(9):32-38．（责任编辑张重实）Research and Development of Transmission Network Expansion Planning Platform withCentralized Integration of Large Scale Wind PowerXIAO Bai1,YANG Lin1,MU Gang1,ZHAO Lijun2,DONG Xiaojing2,DANG Dongsheng2肖白等：大规模风电集中接入的输电网扩展规划平台研发电力规划。