An Annual Quasi-Static Time-Series Simulation Framework for Enhanced Transmission System Expansion Planning

📄 arXiv: 2605.00231v1 📥 PDF

作者: Hussein Suprême, Martin de Montigny, Kevin-R. Sorto-Ventura, Hind Chit Dirani, Mouhamadou Makhtar Dione, Nicolas Compas

分类: eess.SY

发布日期: 2026-04-30

💡 一句话要点

提出年度准静态时序仿真框架，增强输电系统扩展规划能力

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 输电系统扩展规划 年度时序仿真 准静态模型 可再生能源 储能控制 电力系统 电网规划

📋 核心要点

  1. 传统输电系统扩展规划方法难以应对可再生能源高渗透带来的时序动态和运行约束。
  2. 论文提出年度准静态时序仿真框架，模拟全年系统运行，考虑设备行为、控制策略和分布式能源交互。
  3. 该框架应用于实际电网，揭示了高风电和电动汽车渗透下的问题，并验证了储能控制策略的有效性。

📝 摘要（中文）

分布式能源、可再生能源和新兴技术的日益普及给输电系统扩展规划(TSEP)带来了新的挑战。传统的基于快照和确定性的方法不足以捕捉现代电力系统的时序动态和运行约束。本文提出了一种年度准静态时序仿真(AQSTSS)框架，该框架能够对输电系统进行高分辨率、全年的建模，并结合了详细的设备行为、控制策略和分布式能源的交互。通过模拟所有季节和运行条件下的系统性能，AQSTSS揭示了静态方法忽略的灵活性机会和运行约束。该框架应用于魁北克水电公司预计的2035/2036电网，揭示了高风电和电动汽车渗透率下的关键见解。它还集成了一种旨在缓解风电波动并支持电网可靠性的储能控制策略。此外，AQSTSS有助于评估各种场景下的系统弹性，包括极端天气和负荷变化。仿真结果强调了规划与运行实际相结合的重要性，以确保安全、高效和面向未来的电网发展。总的来说，所提出的框架通过弥合长期规划和实时运行需求之间的差距，增强了TSEP的鲁棒性。

🔬 方法详解

问题定义：输电系统扩展规划(TSEP)面临着日益增长的分布式能源(DERs)和可变可再生能源(VREs)带来的挑战。传统TSEP方法，如基于快照的静态分析，无法充分捕捉电力系统运行的时序特性和动态约束，导致规划方案可能无法适应实际运行条件，存在安全性和经济性风险。

核心思路：论文的核心思路是采用年度准静态时序仿真(AQSTSS)框架，对输电系统进行高分辨率、全年的模拟。通过模拟系统在不同季节、不同运行条件下的性能，可以更全面地评估系统运行的灵活性和潜在的运行约束。这种方法能够弥补传统静态方法的不足，为TSEP提供更准确、更可靠的依据。

技术框架：AQSTSS框架包含以下主要模块：(1)数据输入模块：收集电网拓扑、设备参数、负荷预测、可再生能源发电预测等数据；(2)时序仿真模块：基于准静态模型，模拟电网在一年内的运行状态，时间分辨率可根据需要调整；(3)控制策略模块：集成各种控制策略，如储能控制、电压控制等，以优化系统运行；(4)结果分析模块：对仿真结果进行分析，评估系统性能，识别潜在的瓶颈和风险。

关键创新：该框架的关键创新在于其年度时序仿真的能力。与传统的静态方法相比，AQSTSS能够捕捉系统运行的时序动态，考虑设备行为、控制策略和分布式能源的交互，从而更准确地评估系统性能。此外，该框架还集成了储能控制策略，以缓解可再生能源发电的波动性，提高电网的可靠性。

关键设计：AQSTSS框架采用准静态模型，在保证计算效率的同时，尽可能地捕捉系统运行的时序特性。时间分辨率的选择需要根据具体应用场景进行权衡。储能控制策略的设计需要考虑储能设备的容量、充放电速率、以及电网的运行需求。此外，框架还支持用户自定义各种控制策略，以满足不同的应用需求。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

该框架应用于Hydro-Québec的2035/2036电网，在高风电和电动汽车渗透率下，揭示了传统方法难以发现的关键问题。通过集成储能控制策略，有效缓解了风电波动，提高了电网的可靠性。仿真结果表明，AQSTSS框架能够为输电系统扩展规划提供更准确、更可靠的依据，有助于制定更合理的规划方案。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于电力系统规划、运行和调度等领域。通过AQSTSS框架，电力公司可以更准确地评估输电系统的性能，制定更合理的扩展规划方案，提高电网的安全性和经济性。此外，该框架还可以用于评估可再生能源接入对电网的影响，优化储能系统的运行策略，提高电网的灵活性和可靠性。该框架对于推动能源转型和实现可持续发展具有重要意义。

📄 摘要（原文）

The increasing integration of distributed energy resources (DERs), variable renewable energy sources, and emerging technologies presents new challenges for transmission system expansion planning (TSEP). Traditional snapshot-based and deterministic approaches are inadequate for capturing the temporal dynamics and operational constraints of modern power systems. This paper introduces an annual quasi-static time-series simulation (AQSTSS) framework that enables high-resolution, year-round modeling of transmission systems, incorporating detailed equipment behavior, control strategies, and DER interactions. By simulating system performance across all seasons and operating conditions, AQSTSS uncovers flexibility opportunities and operational constraints that static methods overlook. Applied to Hydro-Québec's projected 2035/2036 grid, the framework reveals critical insights under high wind and electric vehicle penetration. It also integrates an energy storage control strategy designed to mitigate wind variability and support grid reliability. Furthermore, AQSTSS facilitates the assessment of system resilience under diverse scenarios, including extreme weather and load variability. The simulation results underscore the importance of aligning planning with operational realities to ensure secure, efficient, and future-ready grid development. Overall, the proposed framework enhances the robustness of TSEP by bridging the gap between long-term planning and real-time operational needs.