基于相关机会目标规划的电力系统优化调度研究

在可再生能源大规模接入电力系统的背景下,考虑功率预测误差对电力系统调度模型功率平衡方程的影响,主要就含有不确定变量的功率平衡方程的求解问题进行研究,建立基于相关机会目标规划的电力系统优化调度模型,实现功率平衡方程中含有随机预测误差的调度模型的求解。首先,为了实现含有随机变量功率平衡方程的求解,将功率平衡的等式约束松弛为不等式约束,把功率平衡约束转化为不确定环境下极大化随机事件发生概率的相关机会规划模型。然后,为兼顾方案的经济性和安全性引入机会约束条件,为模型的快速求解,引入目标规划模型,建立基于相关机会目标规划的电力系统优化调度模型。最后,算例验证了所建模型的有效性。     

考虑预测误差的风火协调滚动调度

在风电大规模接入电力系统的背景下,建立基于机会约束相关机会目标规划的电力系统滚动优化调度模型。考虑风电功率预测误差对调度模型功率平衡方程的影响,建立基于相关机会规划的功率平衡模型,将功率平衡的等式约束转化为最大化随机事件发生概率的目标函数。考虑风电功率预测误差“近小远大”的特点,确定系统旋转备用容量不同时刻机会约束条件的置信水平,并设计AⅢ段→BⅡ段→CⅠ段多次覆盖、逐次修改的滚动调度模式。为了实现模型的快速求解,引入目标规划将所建多目标优化模型转化为单目标优化模型。算例仿真验证了所建模型的有效性,所建模型能根据未来较长时段的风电和负荷情况进行预先调整,提高可再生能源的消纳能力。     

基于改进ε-约束与采样确定性转化的电力系统日前调度机会约束模型快速求解技术

在可再生能源大规模接入电力系统的背景下,首先建立考虑风电和光伏发电出力不确定的多能源电力系统日前调度机会约束规划模型。为了借助商用求解器对所建大规模调度模型进行快速求解,重点针对多目标问题与机会约束条件的处理进行研究。在多目标优化问题的处理上,从改善Pareto解的分布特性角度对现有ε-约束法进行了改进,将多目标优化问题转化为含参数的一系列单目标优化问题,通过改变参数的取值,得到多目标优化的Pareto前沿集。针对机会约束条件,提出基于采样的机会约束条件确定性转化方法,将机会约束条件转化为多个混合整数约束条件。根据模型优化变量与随机变量可分离的特性,又对转化模型做进一步简化处理,大大降低机会约束模型的计算时间,实现模型的快速求解。最后基于实际系统的算例验证所提方法的有效性。     

含不确定性负荷的水火电力系统随机优化调度

针对水火电力系统负荷的不确定性,建立基于模糊机会约束规划的随机优化调度模型,分析负荷不确定性变化对水火电机组出力及火电机组能耗量、排放量的影响。将实际负荷与负荷预测的偏差看成一个模糊随机变量,并在火电机组煤耗量最小化、污染物排放最小化和水库蓄水量最大化3个目标函数中及功率平衡、机组出力调整等约束条件函数中均引入负荷这一随机变量。按照模糊机会约束和随机机会约束的确定性等价形式,将水火电力系统优化调度的不确定模型转化为确定性模型,并利用多目标问题的模糊满意度法进行求解。以一个8级梯级水电站和6台火电机组组成的水火电力系统为实例进行计算,验证所提出含不确定性负荷的水火电力系统随机调度模型的准确性和可行性。     

基于机会约束目标规划的风-光-水-气-火-储联合优化调度

在可再生能源大规模接入电力系统的背景下,为了利用不同能源互补特性解决电力系统弃风、弃光的问题,建立风电、光伏发电、凝汽式火电机组、热电机组、燃气轮机、联合循环燃气轮机、梯级水电和抽水储能机组的模型,在此基础上,考虑风电和光伏发电出力的不确定和水、热、电能量平衡,建立基于机会约束目标规划的风-光-水-气-火-储联合优化调度模型。为了提高模型求解效率,利用基于采样的机会约束条件确定性转化方法将机会约束条件转化为混合整数约束条件。算例验证了所提模型的有效性。将所提调度模型与现行火电机组“以热定电”、梯级水电“以水定电”的模式进行对比,结果表明所提协调调度模型能够利用不同机组之间的互补特性提高电力系统运行的灵活性,从而提高可再生能源的消纳能力,降低系统运行成本。     

基于机会约束理论的微电网随机优化调度

随着风能、太阳能等可再生能源的开发利用,基于分布式电源的微电网安全经济调度日益引起人们关注。本文考虑了风能和太阳能的随机性和互补性,以及储能蓄电池中能量的不确定性,提出在满足系统功率平衡约束和运行约束的条件下,建立基于机会约束理论的微电网随机经济优化模型。该模型以微电网用电总费用最小为目标函数,利用抽样平均近似(SAA)法将机会约束条件转化为确定性条件,并采用粒子群算法进行寻优求解。最后,通过对随机优化模型和确定性模型进行了对比,并研究了置信度水平和抽样次数对调度的影响,算例结果表明了该随机优化模型的合理性和有效性。     

基于分布鲁棒优化的电–气–热综合能源系统日前经济调度EI北大核心CSCD

风电等可再生能源的出力具有不确定性,传统的鲁棒优化和随机优化方法在处理风电等可再生能源出力不确定性时都存在一些局限与不足。基于分布鲁棒优化研究了考虑风电出力不确定性的电-气-热综合能源系统(electricity-gas-heat integrated energy system,EGH-IES)日前经济调度问题。将Kullback-Leibler(KL)散度作为分布函数与参考分布之间距离的量度,建立风电出力的分布函数集合。然后以系统运行总成本作为目标函数,建立了EGH-IES日前经济调度鲁棒机会约束优化模型。将所建立的鲁棒机会约束优化模型转化为利用求解器可直接求解的确定性混合整数线性优化模型。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性,并分析了电转气技术和热网管道输送延时对风电消纳的作用。     

基于分布鲁棒优化的电–气–热综合能源系统日前经济调度

风电等可再生能源的出力具有不确定性,传统的鲁棒优化和随机优化方法在处理风电等可再生能源出力不确定性时都存在一些局限与不足。基于分布鲁棒优化研究了考虑风电出力不确定性的电-气-热综合能源系统(electricity-gas-heat integrated energy system,EGH-IES)日前经济调度问题。将Kullback-Leibler(KL)散度作为分布函数与参考分布之间距离的量度,建立风电出力的分布函数集合。然后以系统运行总成本作为目标函数,建立了EGH-IES日前经济调度鲁棒机会约束优化模型。将所建立的鲁棒机会约束优化模型转化为利用求解器可直接求解的确定性混合整数线性优化模型。最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性,并分析了电转气技术和热网管道输送延时对风电消纳的作用。     

基于扩展序列运算的含不确定性需求响应电力系统优化调度

未来高比例可再生能源的随机性给电力系统运行带来了前所未有的挑战,灵活性资源的不足限制了可再生能源的发展,柔性负荷可作为一种灵活性资源参与电力系统的调峰和备用。文中根据响应机制的不同,将柔性负荷分为激励型负荷和价格型负荷两种。基于扩展概率性序列运算理论,分别建立表征激励型负荷和价格型负荷响应不确定性的概率模型,表征风电出力不确定性的概率模型也随之建立。在此基础上,以应对风电波动性和随机性为背景,基于风险约束和风险成本理论,构建了同时考虑风电出力和需求响应不确定性的电力系统日前优化调度模型。针对构建的随机优化问题,文中通过序列运算对机会约束条件进行转化,将其转化为一个约束条件为线性的确定性优化问题进行求解。最后,通过仿真算例验证了模型的有效性,并分析了序列运算应用于不确定性问题的实用价值。     

基于机会约束的微电网混合整数规划优化调度

为解决微电网短期及超短期优化调度问题,考虑微电网运行过程中不确定因素的影响。以最小化微电网运行成本为目标,综合考虑功率平衡、机会约束等约束条件,提出了一种基于机会约束的微电网混合整数规划优化调度模型。针对模型中机会约束确定性转化问题,采用基于采样的机会约束条件确定性转化方法,将机会约束变为混合整数线性约束。同时,为了提高计算速度,将目标函数中的非线性函数进行分段线性化。算例结果表明,基于机会约束的微电网混合整数规划优化调度模型具有较好的可行性和有效性。     

基于分布鲁棒优化的多源发电系统联合调度

为解决传统的随机优化和鲁棒优化方法不能同时兼顾经济性和安全性去处理风光等可再生能源大规模接入电力系统时的调度问题,采用在经济性和安全性上取得平衡的分布鲁棒优化方法来处理风光出力不确定的风-光-火-储联合发电系统日前经济调度问题.建立以运行成本最小为目标的多源发电系统联合调度模型,并利用分布鲁棒优化方法将其写成鲁棒机会约...     

考虑风电出力不确定性的分布鲁棒主备协同优化调度

随着大量可再生能源如风电接入电网,如何最大化地利用可再生能源、减小传统火电机组的成本成为亟需解决的难题,特别是机组运行和备用容量的协同调度成为现在研究的一大热点。考虑风电出力的不确定性,建立了成本最小化的两阶段经济调度模型。在第一阶段,即日前调度,根据预测的风电出力制定机组预调度方案。在第二阶段,即实时调度阶段,根据风电的实时出力对第一阶段调度方案进行反馈调节。针对风电出力的不确定性,应用Kullback-Leibler离散度原理对不确定因素进行建模。结合分布鲁棒方法,建立了极端概率分布下的两阶段分布鲁棒主备协同优化模型,并将其转化为可解的混合整数非线性规划问题。基于广义Benders分解方法,提出了分解协调算法对优化模型进行求解。最后以IEEE 6 节点系统和IEEE 118 节点系统进行算例仿真分析,并对比传统鲁棒及随机规划方法,验证了所提方法的可行性和优越性。     

计及价格弹性负荷及风电的随机安全约束经济调度

基于机会约束规划,提出一种计及价格弹性负荷响应及风电不确定性的随机安全约束经济调度模型。模型考虑了输电断面潮流机会约束,并通过设置安全概率水平,控制输电断面潮流越限的概率。利用潮流灵敏度分析方法将分支潮流约束、输电断面潮流约束线性化,进而将输电断面潮流机会约束转化为常规约束,最终将所建随机优化模型转化为确定性二次规划模型,验证了所提模型及方法的有效性。     

考虑经济环境平衡的风光火联合外送调度策略多目标优化

风光火电联合调度运行是推动可再生能源发展的重要途径,并对发电调度策略提出了新要求。文章在经济环境平衡的原则下,以企业购电成本最小、可再生能源发电量最大、可再生能源出力波动最小为目标构建风光火电联合调度多目标优化模型,使用主要目标优先级法转成单目标规划后借助Lingo软件求解,并应用于天中直流输电工程的配套电源中,通过4个季节下的典型日调度结果对比分析,验证了所提出的优化模型在促进可再生能源消纳和节能减排方面的作用。此外,辅助服务费用纳入购电成本使得火电机组负荷分配更加平均。     

可再生能源接入下考虑短路电流限制的发输电鲁棒规划方法

随着用电负荷密度增大、电网结构紧密程度提高及可再生能源接入带来的不确定性,短路电流越限问题突出.文中提出了一种可再生能源接入下满足短路电流限制的发输电系统鲁棒规划方法.首先,改进了计及网络拓扑结构和电源接入的短路电流计算方法,并内嵌网络结构优化和机组开停机操作优化短路电流水平.其次,采用自适应多面体不确定集合,考虑可再生能源出力不确定性和N-1随机故障,建立发输电系统三层鲁棒规划模型.上层为短路电流限制下的规划决策问题,以输电网扩展、电源建设年投资成本以及最差场景下的年运行成本之和最小为目标;中层寻找包含可再生能源出力与N-1随机故障的最差组合场景;下层为满足不确定场景运行约束的最优潮流问题.然后,利用对偶变换将三层问题转化为经典双层模型,采用列与约束生成算法进行有效求解.最后,IEEE 24节点系统的结果表明,规划方案在可再生能源出力不确定性下均能满足短路电流要求.     

计及源-荷预测不确定性的微电网双级随机优化调度

风光储微电网接入高渗透率的可再生能源对其经济运行构成了巨大的挑战。针对这一问题,提出了计及源-荷预测不确定性的微电网双级调度策略。在日前调度阶段,以多场景下的期望运行成本最低为优化目标,构建了基于多场景技术的随机优化调度模型。利用场景分析法对日前风电、光伏和负荷预测进行场景分析;建立了多场景下含不确定变量的功率平衡方程,并将其松弛为不等式后作为一个随机事件使其以较高的概率满足机会约束;此外,用机会约束规划构建了旋转备用容量的可靠性约束模型,使微电网在一定的置信水平下满足系统的可靠运行。在日内调度阶段,提出了结合自适应小波包算法的日内滚动调度模型。利用自适应小波包算法动态提取每一控制周期内超短期预测数据与日前调度计划之间的功率偏差,并由蓄电池、超级电容器和主网供电共同平抑。     

基于弱鲁棒优化的微能源网调度方法

微能源网中的新能源和负荷存在不确定性,给系统安全运行带来挑战。鲁棒优化常用于处理不确定性问题,能够保证微能源网的安全性,但具有保守性强的缺点。而弱鲁棒优化能够有效改善传统鲁棒优化的保守度。文中对典型的微能源网进行数学建模,并构建了基于弱鲁棒优化的微能源网调度模型。模型计及可再生能源出力和负荷的不确定性,在能源供求关系中引入表征能源功率缺额的松弛变量,以微能源网的综合利润与惩罚项之差最大为目标,并通过对等式转化理论将不确定性约束转化为确定性约束,使其可通过常规优化方法进行求解。最后通过仿真算例进行验算,结果表明所提模型不仅可以改善调度保守性,提高调度经济性,而且可以适应不同决策者的调度要求。     

基于两阶段鲁棒优化的西南地区微电网经济调度

针对西南地区可再生能源储备丰富的特点,考虑微电网中可再生分布式能源出力和负荷的不确定性对微电网运行调度的影响,搭建了两阶段鲁棒优化经济调度模型,求解系统在极端运行场景下的经济性最优解。模型考虑系统功率平衡和输出功率约束、需求响应负荷约束以及微电网与配电网的交互约束,通过不确定性调节参数处理微电网中的不确定性,调节模型的保守度。随后通过Benders分解算法将模型分为主问题和子问题求解,并采用对偶理论对内层模型进行解耦。最终得出的结果验证了所搭建模型的有效性,为微电网接入西南电网后的调度策略提供参考。     

计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度

可再生能源接入的综合能源系统具有不确定性特征,然而随机规划与鲁棒优化等求解方法存在鲁棒性不足或过于保守等问题。气网管存是综合能源系统中重要的灵活性资源,可以有效平抑不确定性的影响。鉴于此,提出计及气网管存效应的综合能源系统分布鲁棒优化调度方法,通过充分利用系统中的灵活性资源,促进可再生能源消纳,实现系统安全稳定运行。在分析天然气管道中气体流动特性和管存效应的基础上,以系统综合成本最低为目标,建立计及气网管存效应的综合能源系统优化调度模型。针对风电出力和电负荷不确定性特征的差异性,分别采用概率分布集和梯形模糊函数对风电出力和电负荷不确定性进行刻画。在此基础上,建立综合能源系统分布鲁棒优化调度模型,并采用列约束生成算法进行求解。最后,通过算例分析验证了所提方法的准确性与有效性,并且结果表明所提方法在应对不确定场景时具有较强的调节能力和良好的经济性。     

计及源荷双侧不确定性的跨区互联电网源网荷协同调度

日益完善的跨区互联结构、大规模间歇性新能源并网以及负荷侧参与调度能力的提升对电网调度提出了新的挑战,因此研究了源荷双侧不确定和可调度情况下跨区互联电网的协同调度问题。首先,以当前国内跨区互联电网的分层调度架构为基础,构建了计及联络线的跨区互联电网源网荷协同调度模式;然后,考虑到不确定性因素对系统约束条件和调度目标的影响,基于随机机会约束规划建立了该调度问题的基础优化模型。最后,考虑到基础模型存在寻优求解困难等方面不足,进一步提出了上层火电机组启停/联络线功率,下层火风光机组出力及柔性负荷调度量的改进分层优化模型,并采用2类粒子群算法分别对上下层模型进行求解。对不确定环境下的所得调度计划进行了分析,验证了所建分层优化模型的合理性以及求解方法的有效性。