考虑水电富集地区线路利用率...阻塞场景筛选及电网扩展规划_刘阳.pdf

新型电力系统DOI:10.15961/j.jsuese.202200371考虑水电富集地区线路利用率的阻塞场景筛选及电网扩展规划刘阳1，曾鉴1，刘方1，雷云凯1，胥威汀2，李晨3(1.国网四川省电力公司经济技术研究院，四川 成都 610041；2.四川省新型电力系统研究院有限公司，四川 成都 610041；3.四川电力交易中心有限责任公司，四川 成都 610041)摘要：在水电富集地区，输电网中的水电比例较高，受水电丰枯特性影响，部分输电线路利用率季节差异巨大，因此，研究输电线路利用率同系统经济性协调的扩展规划模型和方法具有重要意义。基于此，本文提出一种考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展方法，考虑水电丰枯特性的影响，以输电线路的利用率引导输电网扩展规划决策。首先，考虑输电线路的安全裕度与发展裕度提出输电线路利用率指标；其次，以最小化输电网的发电成本、失负荷惩罚成本与弃水惩罚成本为目标函数，建立含高比例水电的输电网最优经济调度模型，并在此基础上提出输电线路的阻塞利用率和输电网的阻塞率计算方法；而后，通过分别计算丰水期负荷大方式、丰水期负荷小方式、枯水期负荷大方式及枯水期负荷小方式4种运行场景下输电线路的阻塞利用率和输电网的阻塞率，对严重阻塞场景进行筛选；最后，以输电网线路建设成本、输电网运行成本、失负荷惩罚成本及弃水惩罚成本最小为目标函数，提出考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型，将严重阻塞场景纳入含高比例水电的输电网扩展模型中，形成输电网线路投资决策。设置不进行扩展规划、不考虑输电线路利用率的扩展规划、考虑输电线路利用率的扩展规划、增大阻塞率阈值的扩展规划4个算例对所提输电网扩展规划模型进行仿真，结果表明，考虑输电线路的利用率对含高比例水电的输电网进行扩展规划能够减少系统的阻塞，降低系统的安全风险，验证了所提考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划方法的有效性。关键词：扩展规划；水电消纳；线路利用率；阻塞场景中图分类号：TM73文献标志码：A文章编号：2096-3246（2023）02-0117-11Congestion Scenarios Screening and Expansion Planning of Transmission Network with High Proportionof Hydropower Considering Capacity Utilization of Transmission LinesLIU Yang1，ZENG Jian1，LIU Fang1，LEI Yunkai1，XU Weiting2，LI Chen3(1.State Grid Sichuan Economic Research Inst.,Chengdu 610041,China;2.Sichuan New Power System Research Inst.,Chengdu 610041,China;3.Sichuan Electric Power Trading Center,Chengdu 610041,China)Abstract:In the hydro-rich areas with high proportion of hydropower in the transmission network,the capacity utilization of transmission linesvaries seasonally due to the impact of hydropower abundance and depletion characteristics.Therefore,it is important to investigate the expansionplanning method of coordinating the capacity utilization of transmission lines with the system economy.On this basis,an expansion planningmethod of transmission network with high proportion of hydropower was proposed in this paper by taking into account the capacity utilization oftransmission lines.The capacity utilization of transmission lines was used to guide the transmission network expansion planning decision consid-ering the impact of hydropower abundance and depletion characteristics.First of all,the capacity utilization of transmission lines index was pro-posed by considering the safety margin and development margin.Second,the optimal dispatching model of transmission network with high pro-portion of hydropower was constructed with the objective of minimizing the generation cost,the penalty cost of load shedding and the penalty cost收稿日期:2022 04 22基金项目:国家电网公司科技项目（SGSCJY00GHJS2100040）作者简介:刘阳（1991），男，工程师，博士.研究方向：新型电力系统规划与运行.E-mail：网络出版时间:2022 10 17 11:17:51 网络出版地址:https:/ http:/http:/ 第 55 卷 第 2 期工 程 科 学 与 技 术Vol.55 No.22023 年 3 月ADVANCED ENGINEERING SCIENCESMar.2023of hydropower spillage.After that,calculation method of the congestion capacity utilization of transmission lines and the congestion rate of trans-mission network were proposed.The severe congestion scenarios were identified by calculating the capacity utilization of transmission lines andcongestion rate of transmission network under four different operation scenarios:High load during abundant water period,low load during abund-ant water period,high load during dry water period and low load during dry water period,respectively.Finally,with the objective of minimizingthe cost of investing in transmission lines,the operation cost of transmission network,the penalty cost of load shedding and the penalty cost of hy-dropower spillage,the transmission network expansion planning model with high proportion of hydropower were constructed.Specially,thesevere congestion scenarios were incorporated into the transmission network expansion planning model to derive the investment decision of trans-mission lines.The proposed transmission network expansion planning model was simulated with four cases:Without expansion planning,expan-sion planning without considering capacity utilization of transmission lines,expansion planning considering capacity utilization of transmissionlines,and expansion planning considering higher congestion rate threshold.The simulation results show that the considering of capacity utiliza-tion of transmission lines in the transmission network expansion planning with high proportion of hydropower can help reduce blockage and se-curity risk of the system.The effectiveness of the transmission network expansion planning method with high proportion of hydropower consider-ing the capacity utilization of transmission lines is verified.Key words:expansion planning;hydropower consumption;capacity utilization of transmission lines;congestion scenario 随着中国的电力工业由传统的垄断管制型向市场竞争型转变，电力工业逐渐实现了发、输、配、售环节的分离13。在电力体制改革背景下，电力系统的扩展规划与运行调度除考虑经济性外，合理性也日趋受到重视45。一方面，受输电线路型号限制，输电线路的规划决策为离散变量而非连续变量，若仅为满足少量的电能传输需求进行部分输电线路的建设，可能会导致该线路建成使用后利用率较低，损害电网企业的投资效益。另一方面，中国水电资源丰富，含高比例水电的输电网受到水电丰枯特性的影响，部分输电线路利用率季节差异巨大，可能导致有电送不出或有网无电送的情况68。建设新的输电线路所需投资较大，且通常受环境条件制约，在此背景下，研究输电线路利用率同系统经济性协调的扩展规划模型和方法更具重要意义913。传统的输电网扩展规划模型通常在满足一定负荷水平、保证输电网安全可靠运行的情况下，以给定的电源规划方案为基础，以建设成本和运行成本最低为目标函数。李瑜等14考虑火电机组的灵活性改造和风电消纳提出多阶段联合优化模型，以火电机组灵活性改造成本、电网扩展规划投资成本、发电机组运行成本与弃风惩罚成本最小为目标函数，对输电网的分阶段扩展规划方案进行优化。Dini等15提出一种考虑安全约束的电源与输电网系统协同规划两阶段模型，上层模型以经济性最优为目标函数，下层模型按照交流最优潮流模型进行市场出清。陈典等16提出有效输电成本的准许成本回收率与准许收益核算方法，并以此为信号引导输电网的规划方案。胥威汀等17提出一种考虑电力交易信号的输电网上层规划模型，其中，上层模型以电网扩展规划投资成本最低为目标函数，下层模型以电网阻塞盈余为目标函数，通过阻塞情况下的节点边际电价信号引导上层模型进行输电网规划。张童彦等18针对水电富集地区电网，分析其功能属性，提出综合考虑经济性、水电外送及负荷中心的电网规划模型。然而，目前以输电线路利用率和输电网利用率为信号引导输电网规划的研究仍比较少。梁浩等19考虑负荷概率分布及相关性、发电机停运概率等不确定性，建立线路过网流量计算模型，对电网规划方案进行经济性评估。孙腾飞等12考虑电网运行的可靠性与经济性，提出输电线路利用率的评估方法。在对输电线路利用率进行计算的基础上，郝广涛等20结合连锁过载线路数量指标对电网的关键输电线路进行辨识。黄亦昕21考虑需求侧响应资源，提出输电线路利用率计算指标和配电网严重受限场景筛选方法，并在此基础上提出主动配电网双层协同规划模型。然而，针对水电富集地区输电线路利用率丰枯季节差异巨大，研究输电线路利用率同系统经济性协调的扩展规划模型和方法目前较少。为此，本文提出一种考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展模型，旨在考虑水电丰枯特性的影响，以输电线路的利用率引导扩展规划决策，进一步提高输电网的利用率，促进水电资源的消纳。首先，考虑输电线路的安全裕度与发展裕度，提出输电线路利用率计算方法和输电网阻塞率计算方法；在此基础上，建立含高比例水电的输电网最优经济调度模型，通过分别计算不同运行场景下输电线路的阻塞利用率和输电网阻塞率，对严重阻塞场景进行筛选。其次，以投建输电网线路成本、输电网运行成本、失负荷的惩罚成本及弃水惩罚成本最小为目标函数，提出考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型，将严重阻塞场景纳入含高比例水电的输电网扩展模型中，形成输电网线路投资决策。最后，以修118工程科学与技术第 55 卷改的IEEE 24节点系统验证所提考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划方法的有效性。1 考虑输电线路利用率的含高比例水电输电网阻塞场景筛选方法 1.1 输电线路利用率输电线路的利用率可直观地反映出输电线路的负载情况，能够协助电网公司评估输电线路的利用水平2223。为保证输电网的安全运行及负荷的可靠供电，输电线路的利用率一般会留出一定的安全裕度，以满足N1原则的需求24。此外，在对部分输电网线路进行投资规划时，一般要求满足未来若干年的负荷增长需求，因此需要预留出一部分发展裕度，上述输电线路的实际利用率一般较低，不会接近100%。为此，本文提出综合考虑安全裕度和发展裕度的输电线路利用率计算方法，以反映输电线路的实际利用水平，如式（1）所示：Usl=Tt=1Psl,tPmaxl(11,l)(12,l)1T（1）UslPsl,tPmaxl1,l2,lT式中，为输电线路l在运行场景s下的利用率，为运行场景s下输电线路l在时刻t的有功潮流，为输电线路l的有功潮流限值，为输电线路l的安全裕度，为输电线路l的发展裕度，为调度时刻t的集合。1.2 输电线路阻塞利用率输电线路的利用率达到限值后，意味着输电线路的容量达到上限，可能发生阻塞，需要对该条线路进行扩容以提高其有功潮流承载能力，或投建其他线路以减轻该条线路的有功潮流承载压力。考虑输电线路的利用率，提出输电网阻塞场景筛选方法，当输电网在某一运行场景下的阻塞利用率达到限值时，将该场景纳入输电网扩展模型中进一步更新输电网的扩展规划决策。输电线路的阻塞利用率计算方法如式（2）所示：Csl,t=|Tt=1P,sl,tPsl,tPmaxl(11,l)(12,l)1T,P,sl,t Psl,t;0,P,sl,t 0（20）c进一步地，将严重阻塞场景集纳入含高比例水电的输电网扩展模型中，对输电网线路投资决策进行反复更新，直至最新的输电网线路投资方案的阻塞率满足要求。00式（20）中，输电网阻塞率阈值值越小，纳入严重阻塞场景集中的阻塞场景个数越多，表示输电网对阻塞风险的要求越高，最终的输电网线路投资方案中系统投建的输电线路条数也会相应增加，使得投建成本升高，以满足输电网对阻塞风险更低的要求。因此，考虑阻塞场景对含高比例水电的输电网进行扩展规划时，应选取合适的输电网阻塞阈值，使得最终的扩展规划方案同时满足阻塞风险更小与投建成本更低的要求。2 考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型 2.1 目标函数考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型的目标函数为最小化投建输电网线路的成本、输电网的运行成本、失负荷惩罚成本与弃水惩罚成本，如式（21）所示。其中，发电机组的投建情况在本文中暂不考虑，默认已投建发电机组能够满足规划120工程科学与技术第 55 卷阶段负荷增长的需求且不存在退役情况。minZz=1|lLCinvl1/(1+r)z1yl,z+gG,vVCgHg(Pg,v,z)v,z+vVv,z(CdPshedd,v,z+ChVh,v,z)|（21）Cinvl(1+r)z1yl,zPg,v,zv,zPshedd,v,zVh,v,z式中：为投建输电网线路l的成本；为现市值系数，其中，r为贴现率；为输电网线路l在第z年的投建状态；为第z年火电机组g在负荷时段v的出力；为第2年负荷时段v的持续时间；为第z年负荷d在负荷时段v的失负荷量；为第z年水电站h在负荷时段v的弃水量。2.2 约束条件考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型的约束条件包括投资约束、运行约束及阻塞场景约束。其中，投资约束包括输电网线路l的投建约束（式（22）和输电网线路l的利用率约束（式（23）、（24）：yl,z1 yl,z（22）Ul,z Uminl,z（23）Ul,z=tTPl,tPmaxl(11,l)(12,l)1T（24）yl,zUl,zUminl,z式中：为01的变量，其值为0时，表示输电线路l未被投建，其值为1时，表示输电线路l已被投建；为输电线路l在第z年的利用率；为输电线路l在第z年的最小利用率限值。运行约束包括电力系统的潮流平衡约束、输电线路容量约束、节点相角约束、潮流计算约束、火电机组出力约束和水电机组出力约束，分别如式（25）（30）所示26：gPg,v,z+hPh,v,z=dPd,v,zPshedd,v,z（25）Pmaxl Pl,v,z Pmaxl,l EL;Pmaxlyl,z Pl,v,z Pmaxlyl,z,l CL（26）mine e,v,z maxe,ref,v,t=0（27）|Pl,v,zxl=s(l),v,zr(l),v,z,l EL;(yl,z1)M Pl,v,zxl(s(l),v,zr(l),v,z)(1yl,z)M,l CL（28）Pming Pg,v,z Pmaxg（29）Pminh h(Nh,v,zVh,v,z)Hh,v,z Pmaxh（30）Ph,v,z式中，为第z年水电机组h在负荷时段v的出力，Pd,v,zPl,v,ze,v,zref,v,zNh,v,zHh,v,z为第z年负荷时段v电力负荷d的负荷值，为第z年输电线路l在负荷时段v承载的有功潮流，EL和CL分别为已有输电线路的集合和拟投建输电线路的集合，为第z年节点e在负荷时段v的相角，为第z年参考节点在负荷时段v的相角，M为一个极大值，为第z年水电机组h在负荷时段v的自然来水量，为第z年水电机组h在负荷时段v的水头。c阻塞场景约束包括严重阻塞场景集下电力系统的运行约束，与式（25）（30）类似。由于篇幅限制，此处不再具体给出阻塞场景约束。2.3 考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划步骤图1总结了本文所提考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划步骤，具体如下：步骤1：输入输电网的网架结构数据、输电网机组出力及成本信息、拟投建输电线路信息。步骤2：根据第1节所提含高比例水电的输电网最优经济调度模型计算不同场景下输电网的阻塞率。s0步骤3：当输电网在运行场景s下的阻塞率大于给定的阈值时，将运行场景s划分为严重阻塞场景，纳入严重阻塞场景集中。步骤4：根据第2节所提考虑阻塞场景的含高比例水电输电网扩展规划模型对输电网的扩展规划方案进行求取。步骤5：重复步骤2至步骤4，直至最新的输电网 输电网网架结构数据输电网机组出力及成本信息拟投建输电线路信息严重阻塞场景筛选计及阻塞场景的含高比例水电输电网规划输电网扩展规划方案是否更新输出最优输电网扩展规划方案是否计算运行场景s下输电线路的阻塞利用率含高比例水电的输电网最优经济调度模型图 1考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划Fig.1Expansion planning of transmission network withhigh proportion of hydropower considering capa-city utilization of transmission lines 第 2 期刘阳，等：考虑水电富集地区线路利用率的阻塞场景筛选及电网扩展规划121扩展规划方案满足给定的输电网阻塞率，输出最优输电网扩展规划方案。3 算例分析以修改的IEEE 24节点系统为例，验证所提考虑输电线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划方法的有效性。所提输电网扩展规划模型通过GUR-OBI求解器进行求解。IEEE 24节点系统的拓扑结构如图2所示，共包含26台火电机组、8台水电机组、38条输电线路、16条拟投建待选输电线路。拟投建待选线路见表1。水电机组分别接在系统的节点1、2、6、7、8、13、22和23。以10 a为规划周期，基础负荷量为3 080 MW，负荷年增长率为3%，贴现率为5%，失负荷惩罚成本为1 000 元/MW，弃水惩罚成本为500 元/Hm3。负荷及发电机组出力均采用负荷块的模式，各负荷块负载率及年持续小时数见表2。0为验证本文所提考虑线路利用率的含高比例水电输电网扩展规划方法的有效性，设置以下4个算例进行仿真验证：算例1，不进行扩展规划；算例2，不考虑输电线路利用率的扩展规划；算例3，考虑输电线路利用率的扩展规划；算例4，在算例3的基础上增大阈值的扩展规划。3.1 算例1不进行扩展规划时，由于部分输电线路承载的有功潮流达到其容量限值，水电送出存在阻塞情况，火电机组出力更多。此时，火电机组的运行成本为1.925 0109 元，弃水量为3 935.897 6 Hm3。为充分显示输电线路的负载情况，不考虑输电线路的安全裕度与发展裕度对其利用率进行计算，规划年第1年和规划年第10年部分负荷块利用率高于0.85的输电线路见表3，对应输电线路在其他负荷块的利用率见表4。表 1拟投建待选线路Tab.1 Transmission lines to be invested 线路编号待选线路线路编号待选线路1129510213106103151178424128952613810639149117324151722849162122 表 2负荷块负载率及年持续小时数Tab.2 Loading rates of load blocks and the correspond-ing annual duration hours 负荷块编号持续小时数负载率来水率13 4080.500.9523 2750.610.7031 9900.780.414871.000.48 表 3不进行扩展规划时利用率高的输电线路Tab.3 High capacity utilization transmission lines with-out expansion planning 线路编号线路利用率第1年第10年120.539 21.000 0130.960 61.000 0151.000 01.000 0240.879 80.951 33240.890 00.824 26101.000 01.000 0781.000 01.000 0891.000 01.000 08100.898 60.738 512230.951 80.963 113231.000 01.000 014161.000 01.000 015210.953 31.000 016171.000 01.000 020230.649 90.888 0 GH火电机组水电机组已有输电线路拟投建输电线路Bus 1Bus 2Bus 3Bus 4Bus 5Bus 6Bus 7 Bus 8Bus 13Bus 11Bus 14Bus 15Bus 9Bus 10Bus 12Bus 16Bus 19Bus 20Bus 21Bus 23Bus 22Bus 18Bus 17Bus 24GGGGGGGGGHHHHHHHH图 2IEEE24节点系统拓扑图Fig.2Topology of the IEEE 24 bus system 122工程科学与技术第 55 卷此外，由于本文研究对象为含高比例水电的输电网，因此，输电线路利用率受到水电丰枯特性的影响，部分输电线路的利用率在丰季和枯季的差异巨大。由表3和4可知：以输电线路13和输电线路15为例，规划年第1年上述两条线路的最高利用率分别为0.960 6和1.000 0；然而，上述两条线路在部分负荷块的最低利用率仅为0.077 5和0.293 6。规划年第10年线路610、1323和1416的最高利用率均为1.000 0，而最低利用率仅为0.049 4、0.043 8和0.046 5；其余线路存在着不同负荷块利用率相差较大的情况。因此，对于含高比例水电输电网而言，进行扩展规划时需考虑输电线路在不同运行场景下的利用率，从而避免某些运行场景下部分输电线路利用率过低的情况。3.2 算例2不考虑输电线路的利用率进行扩展规划时，系统在规划期内共投建5条输电线路，投建情况见表5。投建的输电线路从一定程度上缓解了水电送出的阻塞情况，火电机组出力减少，此时火电机组的运行成本为1.898 9109 元，相比于规划前，系统运行成本降低了2.610 0107 元。然而，由于未考虑输电线路的利用率，部分输电线路承载的有功潮流依然非常高，存在一定的风险。为充分显示输电线路的负载情况，不考虑输电线路的安全裕度与发展裕度对其利用率进行计算，规划年第1年和规划年第10年部分负荷块利用率高于0.85的输电线路见表6。相比于规划 表 4不进行扩展规划时利用率高的输电线路Tab.4 High capacity utilization transmission lines without expansion planning 线路编号线路利用率第1年第10年负荷块1负荷块2负荷块3负荷块4负荷块1负荷块2负荷块3负荷块4120.437 60.539 20.149 30.018 00.779 70.455 30.754 61.000 0130.960 60.727 00.115 90.077 51.000 00.440 60.202 50.459 1151.000 00.665 10.293 60.397 30.902 00.660 50.803 11.000 0240.879 80.736 60.251 80.329 70.951 30.689 10.600 20.892 83240.182 30.031 10.749 90.890 00.108 20.438 70.828 90.824 26100.087 41.000 00.065 60.010 21.000 00.941 10.049 40.052 9781.000 00.745 60.108 90.239 61.000 00.505 60.415 71.000 0891.000 00.952 70.174 10.337 11.000 00.633 60.532 30.037 48100.898 60.719 30.136 20.291 00.738 50.471 20.503 20.037 612230.128 90.006 90.650 30.951 80.024 30.178 00.931 20.963 113230.181 60.013 70.677 11.000 00.043 80.187 91.000 01.000 014160.109 10.104 50.833 31.000 00.046 50.541 71.000 01.000 015210.123 70.294 90.893 50.953 30.213 20.821 10.947 31.000 016170.101 90.457 11.000 01.000 00.130 41.000 01.000 01.000 020230.352 30.339 70.344 10.649 90.509 10.167 00.640 20.888 0 表 5不考虑利用率的输电线路投建情况Tab.5 Invested transmission lines without consideringcapacity utilization of transmission lines 规划年份投建线路编号第1年78、89第3年15第4年12第10年24 表 6不考虑利用率进行扩展规划时利用率高的输电线路Tab.6 High capacity utilization transmission lines of theexpansion planning without considering capacityutilization of transmission lines 线路编号线路利用率第1年第10年130.979 50.988 9151.000 00.978 43240.893 30.852 35100.633 31.000 06101.000 00.865 8891.000 00.969 78101.000 00.864 912230.951 80.931 213231.000 01.000 014161.000 01.000 015210.953 70.986 416171.000 01.000 0150.978 4 第 2 期刘阳，等：考虑水电富集地区线路利用率的阻塞场景筛选及电网扩展规划123前，投建输电线路以后，利用率高于0.85的输电线路显著减少，如线路12，由于在规划年第4年将其扩展为双回线路，其在规划年第10年的利用率降低至0.383 8。然而，由表6也可以看出：相比于规划前，部分输电线路的利用率在规划后反而升高，如：线路510，规划前其在规划年第10年的利用率仅为0.423 6，规划后其在规划年第10年的利用率增高至1.000 0，说明系统可能仍然存在一定的阻塞情况，只是通过改变发电机组的出力方式满足规划模型对于输电线路容量的要求。此外，规划年第3年新投建的输电线路15承载的有功潮流也逼近其容量限值，存在一定的风险。因此，很有必要考虑输电线路的利用率进行含高比例水电输电网的扩展规划。3.3 算例30综合考虑输电网对阻塞风险及投建成本的要求，设置输电线路的安全裕度为0.15，已有输电线路发展裕度为0，拟投建输电线路发展裕度为0.15，输电网的阻塞率阈值为4.40。考虑输电线路利用率及阻塞场景进行含高比例水电的输电网扩展规划，并分别计算丰大、丰小、枯大及枯小4种运行场景下输电网的阻塞率。对于每个规划年，每次更新输电网的扩展规划方案后均可计算得到当前方案下4个不同运行场景的输电网阻塞率。以第1次迭代规划结果为例，第1次迭代后各运行场景下输电网的阻塞率见表7。根据表7选择阻塞率高于4.40的运行场景，将其纳入严重阻塞场景集中，共计6个运行场景被纳入严重阻塞场景集中。考虑严重阻塞场景对含高比例水电的输电网扩展规划方案进行更新，得到最优输电网扩展规划方案，系统共投建7条输电线路。规划期内的输电线路投建情况见表8。相比于算例2，考虑输电线路利用率及阻塞场景对含高比例水电的输电网进行扩展规划时，由于考虑了输电线路的安全裕度和发展裕度，并将严重阻塞场景纳入规划模型中，因此，系统投建的输电线路条数更多，投建成本也相对更高。但另一方面，输电线路承载的有功潮流相对更小，系统存在的阻塞也更少，风险更低。以规划年第10年为例，考虑输电线路利用率及阻塞场景与不考虑利用率对含高比例水电的输电网进行扩展规划时输电线路的利用率的对比如图3所示（为便于显示，对系统中所有输电线路编号为154，下文同）。由图3可知，考虑输电线路利用率及阻塞场景对含高比例水电的输电网进行扩展规划以后，有功潮流逼近容量限值的输电线路利用率显著降低，如输电线路510，其在规划年第10年的利用率降低至0.120 8。由于图3给出的结果为输电线路在规划年第10年的平均利用率，因此尽管部分输电线路的年利 表 7各运行场景下输电网的阻塞率Tab.7 Congestion rates of transmission network under di-fferent operation scenarios 规划年份运行场景丰大丰小枯大枯小第1年2.828 34.400 13.185 13.642 0第2年2.813 23.678 92.847 92.756 7第3年3.157 22.169 53.004 32.116 7第4年2.964 43.099 43.495 62.705 1第5年3.501 52.858 43.897 22.049 8第6年3.982 92.268 24.304 92.262 2第7年4.230 82.430 84.697 22.707 3第8年4.436 22.631 04.366 12.775 8第9年4.382 82.732 84.670 12.894 7第10年4.574 13.155 34.652 63.170 8 表 8考虑利用率的输电线路投建情况Tab.8 Invested transmission lines considering capacity ut-ilization of transmission lines 规划年份第1年第5年第7年第10年投建线路编号610、89、810782426、49 100.10.20.30.40.50.60.70.80.92 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27输电线路编号考虑输电线路利用率不考虑及输电线路利用率输电线路利用率28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 图 3考虑/不考虑线路利用率输电网扩展规划时输电线路利用率对比Fig.3Capacity utilization comparison of transmission lines with/without considering transmission line capacity utilizationfor transmission network expansion planning 124工程科学与技术第 55 卷用率增高，如输电线路15，但其在各负荷块下的利用率未出现接近限值的情况。相比之下，不考虑利用率进行输电网扩展规划时，输电线路15在部分负荷块利用率达到0.978 4，接近其容量限值，存在风险较高。综上，考虑输电线路的利用率对含高比例水电的输电网进行扩展规划能够减少系统的阻塞，降低系统的安全风险。3.4 算例40为进一步分析输电网阻塞率阈值的取值对输电网扩展规划方案的影响，在算例3的基础上将输电网的阻塞率阈值改为4.60。根据表7选择阻塞率高于4.60的运行场景，将其纳入严重阻塞场景集中，共计3个运行场景被纳入严重阻塞场景集中。考虑阻塞场景对含高比例水电