计及不确定性的等备用边际效用约束的电力系统经济调度EI北大核心CSCD

在电力系统经济调度中,由于不确定性呈现多元化特征,即决策量和被决策量都存在不确定性,这给调度中备用的决策带来困难。对此,在对备用特性、功效深入分析的前提下,提出一种使备用配置更有效的经济调度方法。该方法的核心体现在:结合主动量与被动量的概念,依据其不确定性的特性,分别设置备用,并以期望能量得不到应用为指标表达备用的效用。在此基础上,以主动量为纯火电机组和被动量为负荷及可再生能源发电,推演对应主动量与被动量配置备用效用以及备用边际效用的解析表达,从而构成主动量与被动量的等备用边际效用的新约束条件,促进电力系统经济调度模型的发展。以此为基础,建立主动量与被动量等备用边际效用约束下的经济调度模型,并给出求解方法,该方法可实现主动量与被动量备用的最优匹配。最后,结合78机系统算例分析,验证所提方法的正确性和有效性。     

考虑多重不确定性的综合能源系统日前优化调度

可再生能源出力和负荷的不确定性对综合能源系统优化调度提出了挑战。由可再生能源、大电网、热电联产机组、储电系统、储热系统和燃气锅炉等设备以及热、电负荷组合构成的综合能源系统经济调度模型,考虑到系统中可再生能源发电和负荷预测误差等多重不确定性特征,提出一种基于区间线性随机机会约束规划的优化调度策略。用概率分布函数描述系统中可再生能源发电预测的不确定性,用区间数描述负荷预测不确定性,由此构建了一个区间线性随机机会约束规划模型,利用Gurobi求解器对模型进行求解。通过一个热电综合系统将所提方法与单一的区间线性规划和随机机会约束规划模型进行了对比研究。结果表明,所提方法平均运行成本更低,对预测精度的依赖性更低,在保证系统安全运行的同时能提高综合能源系统运行的经济性。     

高比例可再生能源电网功率平衡的实时调度临界时间尺度研究

为了有效发挥实时调度的功率平衡作用,须明晰高比例可再生能源电网实时调度环节应遵守的功率平衡约束,须以功率平衡约束为前提确定实时调度时间尺度。实时调度功率平衡功能的两个约束条件:功率消纳能力以短期调度确定的消纳备用为约束;实时调度时间尺度以自动发电控制(automatic generation control,AGC)的功率调节范围为约束。基于递进衔接的调度控制体系,采用不确定度函数描述间歇式电源发电功率不确定性统计规律,进而提出了高比例可再生能源电网实时调度临界时间尺度的解析公式。解析式给出了实时调度临界时间尺度与间歇式电源功率不确定性、运行占比和AGC功率调节范围三个因素的函数关系,解决了高比例可再生能源电网实时调度时间尺度的量化选取问题。分析和数值计算表明,任何高比例可再生能源电网都对应一个与之适应的实时调度临界时间尺度,都能有效地实现电网的功率平衡目标。     

考虑不确定性的微网日前经济优化调度区间线性规划方法

微网中的可再生能源发电出力和负荷功率都具有不确定性特征,在微网的经济优化调度中如何考虑这些不确定性因素的影响值得深入研究。为了能够表征微网中的这些不确定性因素,采用区间数学对风速以及光照强度变化的不确定性进行了区间数描述,并结合对负荷不确定性的区间描述,提出了微网日前经济优化调度的区间线性规划模型。然后,结合分时电价,考虑微网与外部电网的电能交换问题,应用CPLEX优化软件结合C++编程实现了区间线性规划求解方法。最后,以微网中储能对系统经济运行的影响分析为例,讨论了考虑可再生能源发电出力和负荷功率的不确定性对优化结果产生的影响。算例结果验证了所提模型和方法良好的鲁棒性能,显示了对不确定性优化问题求解的有效性。     

基于相关机会目标规划的电力系统日内滚动调度

可再生能源大规模接入电力系统的背景下,考虑可再生能源出力不确定性对电力系统日内滚动调度模型功率平衡方程的影响,建立了含有预测误差不确定变量的功率平衡方程。为了实现含有不确定变量功率平衡方程的求解,将功率平衡方程的等式约束转化为最大化随机事件成立概率的目标函数,建立相关机会规划模型。考虑可再生能源出力不确定性,兼顾方案的鲁棒性和经济性,建立了系统旋转备用容量的机会约束模型。为了实现所建随机优化调度模型的快速求解,提出基于采样的机会约束条件确定性转化方法,将所建含有多个随机变量的机会约束条件进行等效确定性转换,又引入目标优化将所建多目标优化模型转化为单目标优化模型。最后,算例仿真验证了所建模型的有效性。     

基于风险的多区互联电力系统分布式鲁棒动态经济调度

为应对高比例可再生能源并网给调度运行带来的高不确定性,提出一种基于风险的两阶段鲁棒动态经济调度模型,可用于优化多区互联电力系统的联络线功率与区域发电及备用计划.在鲁棒优化模型中对所采用不确定集的边界进行优化,以评估弃风与失负荷风险.对联络线功率的优化包括两个方面:一是针对可再生能源预测出力制定基态联络线计划;二是针对实际可能出现的可再生能源出力制定功率调整计划,以实现区域备用共享.建立一种分布式调度体系,以实现各区域电力系统分散自治运行.采用动态乘子更新策略,避免了分布式优化算法参数选择的问题.在3区354节点系统上的算例分析验证了所提模型与算法的有效性.     

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。     

计及安全约束的虚拟电厂两层优化调度

随着分布式电源接入电网比例不断提高,其出力的随机性和间歇性对电力系统安全稳定运行造成威胁,虚拟电厂(VPP)为有效解决分布式电源并网提供了新思路。风电等可再生能源的发电和电价具有不确定性,如何在不确定环境下提高VPP的可调度性成为研究热点。针对电价预测精度高、误差分布较为规律的特点,采用随机规划法处理电价的不确定性,对于风电等可再生能源的出力,其预测误差通常难以准确地用概率分布描述,采用鲁棒优化法处理,在此基础上建立VPP优化调度的上层经济调度模型。进一步考虑电网的安全约束,建立VPP优化调度的下层安全调度模型,最终形成VPP两层优化调度模型。通过对改进的IEEE 33节点系统及由风电场、抽水蓄能电站和燃气轮机组成VPP的算例分析,验证了所提模型的可行性和有效性。     

基于动态分区的配电网日前优化调度研究

为了提高对分布式可再生能源的就地消纳能力,实现配电网分层分区调度,提出了基于MOEA/D的多目标蚁群动态分区算法和基于动态分区的配电网日前优化调度模型。利用潮流追踪算法与复杂网络理论中的二分模块度,提出了量化分区间能量耦合程度的能量二分模块度指标。基于电力系统潮流方程雅克比矩阵推导蚁群算法中的启发式信息,结合预测场景集以分区的能量二分模块度与功率储备为目标函数,利用多目标蚁群算法生成动态分区方案。建立以联络线功率、灵活性不足率以及成本最低为目标的基于动态分区日前优化调度模型,并利用NSGA-II算法求解Pareto最优解集。最后基于IEEE33节点网络对所提模型与方法进行验证。结果表明,采用该方法进行动态分区与日前调度可有效提高系统应对可再生能源不确定性的能力,为就地平抑可再生能源波动奠定基础。     

高比例可再生能源电力系统的输配协同优化调度方法

随着可再生能源的高比例接入和主动配电网技术的发展,传统的输配割裂的调度模式容易导致输电网与主动配电网间发、用电计划制定协调性不足,难以充分消纳集中式与分布式的可再生能源。为解决上述问题,提出一种针对高比例可再生能源电力系统的输配电网分层分布式多源协调优化调度体系,充分尊重并利用各利益主体的自主运行特性,实现分散自治、协同优化。输电网层面,利用改进区间法处理可再生能源不确定性,构造能量和备用协调优化模型。配电网层面,设置局部调度层,利用场景法对含储能系统的分布式可再生能源进行联合出力优化,将配电网层子问题构建为动态经济调度模型。在此基础上,利用目标级联法进行输配调度迭代求解,各层间仅需交换部分边界功率信息进行协调,最终获得输配协调的最优调度策略。算例结果表明调度计划的制定兼顾了输、配电网发电资源,有助于提高电网运行经济性和可再生能源消纳能力。     

储能-机组联合调频的动态经济环境跨区灵活性鲁棒优化调度

针对大规模可再生能源并网导致的系统惯性和频率响应能力下降、调频需求增加以及可再生能源不确定性等问题,提出一种计及源端可再生能源出力不确定性的动态经济环境跨区鲁棒优化调度模型。该模型为双层优化模型,在传统鲁棒理论中加入可再生能源的空间集群效应构建随机变量的不确定集,以弥补其过于保守的缺点。在此基础上,双层优化得到最优机组组合并满足调频需求以及火电机组的动态频率约束,通过火电机组与送端储能共同参与调频,使得跨区电力系统能够达到鲁棒性和经济性的平衡。同时针对模型特点,分别采用飞蛾扑火算法和基于滤子技术的自适应蝴蝶算法对模型进行分层求解。研究结果表明,较小的置信概率会使得系统经济效益更好,且空间约束参数对于调度结果和运行方案影响显著。     

含风电的电力系统鲁棒优化调度

风力发电是目前较为成熟的一种可再生能源发电技术,其出力具有随机性和间歇性,电力部门很难对其进行准确的预测。风电的不确定性给电力系统的经济调度带来重大挑战,如何最大化利用风电资源以及减小风电波动对系统供电侧的影响,是经济调度常需要解决的问题。文中建立了含风电且以最低发电成本为目标的鲁棒优化调度模型,该模型考虑机组的自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)响应来应对不确定性出力波动,维持系统功率平衡。然后模拟实际场景,分析该鲁棒调度方法的安全性和经济性。     

考虑可再生能源不确定性的综合能源系统优化调度方法

综合能源系统是实现可再生能源充分消纳和解决其不确定性的有效途径。专注于区域综合能源系统的优化调度问题,首先建立了以电为核心的综合能源系统优化调度模型,充分考虑高渗透率可再生能源的不确定性,分别在采暖期和空调期建立了系统运行约束模型、冷/热负荷供需平衡约束模型以及不确定性约束模型;其次采用具有良好全局搜索能力的粒子群算法作为调度模型求解算法;最后通过具体算例验证了该模型和算法可得到综合能源系统优化调度方案,并分析了可再生能源不确定性对调度方案经济性的影响,分析结果表明通过适当增加消纳备用可以有效避免因可再生能源不确定性引起的潜在经济损失。     

计及机组备用响应能力的电力系统区间经济调度

提出一种应对不确定性运行环境的优化调度方法:给出主动量与被动量的定义;按机组运行位置和释放备用响应能力的方向和大小对机组进行分类,即下调类、上下可调类和上调类,并对这3类机组的运行的特性进行分析;根据被动量需求区间分布范围提出了有效备用响应能力的概念,将区间满足度作为新的约束条件,提出一种考虑被动量需求区间分布的经济调度方法。通过在10机系统的仿真,验证了方法的正确性。     

考虑电动汽车及换电站的微网随机调度研究

考虑多种不确定因素的随机性,在预测值与概率分布统计规律的基础上,应用区间系数规划(ICP)与机会约束规划(CCP)建立了考虑电动汽车与可再生能源的含换电站的微网随机调度模型,进一步将其转化为确定性混合整数线性规划(MILP)模型,并利用CPLEX软件求解.算例分析结果表明,根据所提模型得到的开停机方案可以在可再生能源功率、电动汽车充放电功率等实测值偏离预测值时,满足系统功率平衡要求,并以接近于1的概率满足备用需求,比传统确定性模型得到的方案更经济.     

不确定性环境下数据驱动的电力系统优化调度方法综述

随着可再生能源大规模并网,电力系统运行的不确定性显著增加,考虑不确定性因素的调度方法逐渐得到重视。另一方面,建立准确的不确定性因素模型是求解优化问题的前提与关键,可再生能源出力具有复杂的不确定性,其发电数据为随机调度提供了科学的数据支撑。文中总结了不确定性环境下数据驱动的电力系统调度的理论方法以及应用场景。首先,总结了传统随机优化调度中数据驱动的随机变量建模方法。其次,介绍了鲁棒优化调度中数据驱动的不确定性集合建模方法。然后,针对随机优化中不确定性因素建模不准确以及鲁棒优化结果较为保守的问题,重点阐述了基于数据驱动分布鲁棒的电力系统优化调度理论与方法,梳理了随机变量的概率分布模糊集构建方法和分布鲁棒优化的模型构建及求解算法。最后,对数据驱动的电力系统调度未来的研究工作进行了展望。     

考虑需求响应的含光热电站可再生能源高渗透率电力系统多源优化调度

在可再生能源高渗透率电力系统中,如何考虑可再生能源发电的不确定性并实现多源协调优化调度是电力系统运行的重要问题。为此,构建了基于光热电站出力灵活调度的多源电力系统随机机组组合优化调度模型,并将需求响应机制引入该模型,以应对可再生能源高渗透率电力系统中光伏、风电的预测误差以及波动性导致的不确定性问题。该模型以多个场景集下的综合成本最优为目标,在兼顾场景多样性的同时,综合考虑系统的综合成本。最后,以改进的IEEE-30节点系统为例,通过多种调度方式的对比,验证了所提模型的有效性与经济性。算例结果表明,所提调度方式总成本较传统方式降低了4.41%,切负荷量减少了93.74%,可再生能源渗透率提高了1.93%。通过源荷两侧的协调调度,该模型能够在降低系统调度成本的同时保证高渗透率电力系统的稳定性与安全性。     

考虑灵活性供需匹配的电力系统自适应时间尺度调度策略

可再生能源和灵活性资源的大量接入,增加了电力系统调度的复杂性。为满足系统中灵活性需求波动的非平稳性,在计及灵活性资源响应特征差异化的基础上,文中提出了考虑灵活性供需幅频匹配的电力系统日前自适应时间尺度调度策略。首先,基于区间数理论描述了日前可再生能源功率预测误差率的不确定性,进而得到灵活性需求的不确定性场景。其次,采用均值变分模态分解技术对灵活性需求序列进行分解分析,建立灵活性资源的响应物理模型。然后,利用分解子模态的波动周期属性与灵活性资源的响应周期属性构建灵活性供需幅频匹配框架,并根据匹配结果建立自适应时间尺度的优化调度模型。最后,对优化后的IEEE 39节点系统和实际电网系统展开分析,验证了所提方法的合理性。     

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。     

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。