(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211201159.0 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 黄文涛　叶泽力　刘子旻　何立勋　 王宇　刘毅　郑青青　刘宗　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 鲁力 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的新型电力系统电源最 优规划方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于数字孪生的新型电 力系统电源最优规划方法， 通过配比电源容量解 决电网的负荷波动以及提高电网的消纳能力。 该 策略通过建立五维新型电力系统模型， 用机理 ‑ 数据驱动的混合模型对风电、 光伏机组建模解决 新能源出力不确定性问题， 建立虚拟电力系统的 结构规划模 型和系统规划模型， 数字孪生对系统 规划建模仿真， 同时将计算结果反馈给规划主体 以此指导规划决策， 通过传感器与物理实体信息 实时交流互动实现模型结构和参数自动更新迭 代， 结合系统规划成本、 弃风弃光量等指标检验 规划方案的效果， 同时提供电力系统运行点详细 信息， 利用更新参数后的多次仿真， 搜寻最优各 类型电源的占比。 权利要求书4页 说明书7页 附图4页 CN 115526401 A 2022.12.27 CN 115526401 A 1.一种基于数字 孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 包括以下步骤， 建立数字 孪生的五 维空间模型； 用机理‑数据混合模型对虚拟电力系统建模， 对风电机组、 光伏机组机理建模， 在并联 模式下数据驱动对 模型误差修 正； 根据经济性、 弃风弃光量以及系统波动率为基准， 建立虚拟电力系统的结构规划模型 的目标函数以及约束条件； 用基于数字孪生建模驱动的优化算法求解目标函数， 对各项指标进行加权总和， 优化 决策变量包括设备 型号、 数量和不同工况 下系统设备优化 运行方式。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 建立数字 孪生的五 维空间模型 UDT＝(PE,VM,D D,CN,SS)       (1) 式中： PE是物理实体， VM是虚拟模型， D D是数字孪生数据库， CN是 数据连接， S S是服务。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 用机理 ‑数据混合模型对虚拟电力系统建模， 对风电机组、 光伏机组机理建模， 在并 联模式下 数据驱动对 模型误差修 正， 根据叶素动量理论， 对风轮转矩建模： 式中： 为区域y所有 风电机组的风轮转矩； r,r0分别为风轮半径和轮毂半径； c为叶素 弦长； a为风向相对 于风轮的倾角； ρ 为气体密度； Vtot为叶素的相对 速度； l1,ld为叶素的气体 升力系数和阻力系数； 光伏机组的机理建模为： 式中： I为光伏电池的理论输出电流； Isc,Uoc,Im,Um,Pmax,KI,KV为光伏电池制造厂家在 IEC条件下测试的短路电流、 开路电压、 最大功率点电力、 最大功率点电压、 最大功率、 电温 系数和电压温度系数。 4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 根据经济性、 弃风弃光量以及系统波动率为基准， 建立虚拟电力系统的结构规划模 型的目标函数， 总运行成本为： 式中： T是规划间隔年； 分别是第t年的系统建设、 系统运行维护、 机组燃料以及环境污染费， 其表达式为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115526401 A 2式中： C是新型电力系统电源类型； Ot,c,i代表规划年新增某类型电源c机组i的装 机容量和总装机容量； 代表新增的某类型电源容量建设成本； 代表某类型电 源运行成本和i可变运行度电成本； 代表电源c机 组i的耗电燃料费用； 代表 某电源c机组i的耗电碳排放费用和环境清洁费用； Ft,c,i＝Bt,c,iOt,c,i代表某类型电源m机组 i的一年出力量； Bt,c,i代表某类型电源m机组i的年 运行总小时数； 弃风弃光 量为： 其中， Piw,aban(t)为T个间隔年后风电厂装机容量后的弃风功率， Pipv,aban(t)为T个间隔 年后光电厂装机容 量的弃光功率； 风光火储联合发电系统波动率 为： 其中， Piw(t)、 Pipv(t)、 PiC(t)分别为T间隔年后风力发电厂、 光伏发电厂和储能的新装机 容量发电量。 5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 新型电力系统的结构规划建立约束条件， 包括资源开发约束、 环境约束、 新能源占 比约束、 功 率平衡约束、 机组出力约束、 火电机组最小启停时间约束、 火电机组爬坡约束、 储 能电池充放电功率上 下限约束以及新型电力系统备用约束。 6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的新型电力系统电源最优规划方法， 其特 征在于： 资源开发约束基于以下公式： KGt+Ym,i≥Kpt+Ym,i+1      (0.1) 式中： KGt、 Kpt代表机组总发电耗燃量和某地耗燃最大使用量； Ym,i、 Ym,i+1代表某类型电 源c机组i和i+1的建 设时间； 环境约束基于以下公式： 式中： Fe,t,c,i、 Ftot代表废弃气体排 放量和可排 放上限度；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115526401 A 3