含聚合CSP和深度调峰火电机组的电力系统分布鲁棒机会约束优化调度方法

随着“双碳”目标不断推进,可再生能源的装机容量和发电占比不断增加。然而,以风电、光伏为代表的可再生能源所固有的不确定性和波动性,使得以火电机组深度调峰为主的传统运行方式的经济性难以得到保障。针对上述问题,提出一种含聚合光热发电（Concentrating Solar Power,CSP）和深度调峰火电机组的电力系统分布鲁棒机会约束优化调度方法。首先,分析火电机组的基本调峰和深度调峰能力,构建考虑火电机组进行基本调峰或深度调峰成本的深度调峰模型。其次,分析光热电站启动时的热量传递过程,构建考虑启动热量约束的CSP模型。在此基础上,采用基于数据驱动的分布鲁棒机会约束描述可再生能源出力的不确定性,构建以火电机组发电成本、购售电成本和储能使用成本之和最小为优化目标的调度模型。最后,以改进的IEEE 30节点系统为例验证了所提方法具有较好的经济性和鲁棒性。     

基于两阶段鲁棒博弈的交直流混合配电网调峰运行管控

由于交直流混合配电网具有灵活性和可控性的特点,得到广泛的应用,同时电动汽车和空调的规模化接入使得配电网尖峰负荷持续增大。基于此,提出基于两阶段鲁棒博弈的交直流混合配电网调峰运行管控模型。首先,考虑电网公司与电动汽车代理商、储能运营商之间的主从博弈,构建运营收益最大和峰谷差最小的电网公司(领导者)多目标两阶段鲁棒优化模型,以及储能运营商和电动汽车代理商(跟随者)收益优化模型,并证明该主从博弈均衡的存在性与唯一性;其次,将跟随者模型采用KKT条件等效为领导者模型中均衡约束,双层主从博弈模型等效为单层两阶段鲁棒优化模型,并采用CCG算法求解;最后,通过仿真计算,结果表明所提的调峰管控策略可以实现交直流配电网的削峰填谷和多主体间的利益均衡。     

考虑概率分布约束的含高渗透率风电电力系统储能鲁棒优化方法

提出一种考虑风电功率预测误差概率分布不确定性的储能容量优化配置方法。该方法可保证在风电功率任意可能分布下,通过调度可调发电机组及配置储能以保证系统安全运行,同时最小化储能配置成本。首先鉴于历史数据的不完备性,将根据历史数据获得的风电二阶矩信息描述为波动区间,然后采用概率分布鲁棒联合机会约束模型描述含风场系统储能最优配置问题,进而采用拉格朗日对偶消去优化模型中的随机变量,将鲁棒机会约束模型转化为确定性的线性矩阵不等式问题,最后采用凸优化算法求解,并分析风电预测误差精度、机会约束置信度、风电功率波动性对储能配置容量的影响。采用修改的Garver 6节点算例验证了该方法的可行性和有效性。     

基于KL散度的含储能机组组合分布鲁棒优化方法

为应对风电场出力的波动性和随机性给机组组合带来的问题,提出了基于Kullback-Leibler(KL)散度的含储能机组组合的两阶段分布鲁棒优化模型。在电池储能的运行模型的基础,将电池储能模型嵌入到传统的火电机组组合模型中,建立了含储能的机组组合两阶段优化模型;基于KL散度构建了风电场出力的模糊集,形成了含储能机组组合的两阶段分布鲁棒优化模型,通过对偶变换和广义Benders分解将其转化成易于求解的混合整数凸优化模型进行求解。通过IEEE RTS 24节点系统仿真结果表明,所提出的分布鲁棒优化方法保守性优于鲁棒优化方法,经济性接近随机优化方法,且随着KL散度增大,机组组合成本缓慢增加。     

基于自适应步长ADMM的柔性配电网光-储协同分布鲁棒优化配置

针对柔性配电网的显著分区特征以及光伏出力的不确定特性,提出了一种区域间分布式优化及区域内两阶段优化方法,建立了基于自适应步长交替方向乘子法的光-储协同分布鲁棒优化配置模型。基于耦合支路法将柔性互联装置解耦,通过一致性约束协调各区域间的边界条件,利用自适应步长交替方向乘子法进行全局迭代分布式优化。以最小化柔性配电网的投资运行总成本为优化目标,建立基于数据驱动的各子区域两阶段分布鲁棒优化模型,并提出一种交直流混合凸松弛方法处理非线性非凸模型以便快速求解。基于改进相对熵构建光伏典型出力场景的不确定概率分布模糊集,通过列与约束生成算法求解两阶段分布鲁棒优化模型。以改进的某实际293节点柔性配电网为算例验证所建模型的有效性。     

考虑参与多市场交易的电网侧储能优化配置

基于电网侧储能投资者的角度,提出一种考虑多市场交易模式的电网侧储能系统优化配置双层模型。模型外层以储能投资综合效益最大为目标,考虑了储能能量市场收益、调频市场收益、调峰市场收益和投资成本;内层以系统运行成本之和最小为目标,考虑系统的发电成本、调频服务成本、调峰服务成本和弃风成本。通过内外双层模型综合考虑了储能的规划和运行决策问题,模型在改进的IEEE39节点进行仿真,算例证明了所提模型的有效性。     

基于风电预测误差聚类的分布鲁棒含储能机组组合

为应对风电不确定性给电力系统调度带来的难题,提出了一种基于风电预测误差聚类的分布鲁棒含储能机组组合模型。首先,基于狄利克雷过程高斯混合模型对风电预测误差进行聚类,建立了数据驱动的风电预测误差模糊集,并进一步建立了考虑风电场间风电预测误差相关性的不确定集。接着提出了考虑储能的分布鲁棒机组组合模型,建立了考虑储能系统循环老化成本的目标函数。针对该模型min-max-max-min的4层结构,将其分解为两阶段问题,在第1阶段中引入运行域变量、爬坡事件约束与储能能量约束,以消去第2阶段中的动态约束,并将第2阶段问题通过KKT条件转化为单层问题,然后采用列约束生成算法对两阶段问题进行求解。最后,通过IEEE 6节点以及IEEE 118节点的算例分析,证明了所提模型的鲁棒性和有效性。     

市场机制下面向电网的储能系统优化配置

随着我国市场化进程的不断推进以及储能成本的不断下降,储能作为独立的运行商参与电力市场成为可能。本文从面向电网的储能出发,提出一种市场机制下储能系统选址定容优化方法。首先从直接收益和间接收益两个方面分析储能参与电力市场的成本效益,在此基础上,建立了综合考虑规划和运行的储能优化配置多目标双层决策模型。外层以储能侧综合收益(包括投资成本、高储低放套利以及调峰辅助服务补偿)、常规机组侧运行收益、新能源侧附加并网收益以及电网侧网损收益最大为目标;内层以储能、新能源和常规机组的协调运行成本最小为目标。此外,考虑充放电策略对储能循环寿命的影响,基于等效寿命损耗将储能规划和运行的相互影响引入模型。最后,在改进的39节点系统中采用改进的粒子群算法仿真分析,结果证明了所提模型和方法的可行性和有效性。     

计及电池寿命的储能参与调频市场收益分析

储能作为重要的高弹性资源,能够为电网运行提供调峰、调频等辅助服务。针对电力市场环境下储能参与调频市场机制与考虑储能寿命的收益模型开展研究。基于基本市场框架建立了储能参与调频市场收益模型,分析储能充放电速率、充放电深度和储能荷电状态对储能电池寿命衰减的影响,通过类雨流计数法考虑了储能循环寿命对调频收益的影响。根据浙江电力市场典型方式仿真数据,对不同储能电站规模、储能放电容量及电池100%充放电深度循环寿命次数下的储能参与调频市场全寿命周期收益进行仿真分析,为相关研究提供参考。     

基于改进粒子群算法的储能调峰容量优化配置研究

配置储能系统是减少机组调峰负担、增加清洁能源接纳空间、降低新能源大规模并网给电网带来的压力的有效手段。首先，在分析储能调峰机理的基础上，综合考量储能调峰相关收益及成本，提出储能调峰的日效益模型及日成本模型；其次，以储能调峰日净收益最大为目标，综合考虑储能荷电状态约束、调峰后峰谷率、容量平衡等多种约束条件，提出考虑储能调峰效果的容量优化配置模型；然后，基于线性递减的惯性权重和异步学习的学习因子对标准粒子群优化算法进行改进，提出改进的粒子群算法，对储能容量进行优化配置；最后，综合考虑不同电池储能系统、不同季节典型日负荷间的差异，对某工业园区储能调峰容量进行优化配置，验证了所提模型和改进粒子群算法的有效性。算例结果表明，采用改进粒子群算法可以更快更好地得到优化结果。     

计及风电不确定性和弃风率约束的风电场储能容量配置方法

风电的大规模开发造成了严重的弃风问题,在风电场内配置储能装置可显著减少弃风,文中基于分布鲁棒优化方法研究了考虑风电不确定性和弃风率约束的风电场储能容量配置问题。首先根据历史数据构造风电出力的经验分布函数,为考虑风电出力的不确定性,以Kullback-Leibler(KL)散度作为分布函数距离测度建立了风电出力的概率分布函数集合。随后,将弃风率要求建模为概率分布函数集合中最坏分布下的鲁棒机会约束,进一步建立了以储能投资成本最小为目标、以弃风率为约束的鲁棒机会约束规划模型。最后,通过矫正机会约束中的风险阈值,将鲁棒机会约束转化为传统机会约束,并采用凸近似和抽样平均构建线性规划进行高效求解。基于IEEE 30节点电网进行了算例分析,并与传统的随机规划和鲁棒优化模型进行对比,验证了所提模型在处理风电不确定性时能有效兼顾保守性和鲁棒性。     

寿命约束的储能规划

为防止规划结果过于乐观,建立寿命约束下的储能规划。储能寿命建立由放电深度决定,以等效全循环次数计算的数学模型。将储能选址定容与嵌入寿命模型的机组组合进行一体化优化求解。应对运行层面不确定性,模型建立为两阶段鲁棒优化模型。求解上,采用对偶理论结合列与约束生成分解算法,探讨其可行割与最优割的构建。解算方法应用于6节点系统,比较不考虑储能寿命与考虑储能寿命两种模式下系统的规划结果,并分析系统不确定性、储能单位成本等因素对储能规划的影响,及它们在固定规划方案中对储能寿命的影响。结果表明,受限于较高储能成本,以上因素较大影响储能规划策略,对储能循环寿命的影响较小。     

考虑需求响应与储能寿命模型的火储协调优化运行策略

针对大规模新能源并网带来的系统调峰和消纳难题,以及已有优化调度策略对储能寿命成本考虑不足的问题,提出了一种考虑需求响应与储能寿命模型的火储协调优化运行策略。上层通过分时电价引导用电,以净负荷波动性最小为目标得到优化后的负荷曲线,旨在减轻火储的调峰压力、提高新能源消纳量;下层以系统总调度成本最低为目标协调优化风光火储运行,考虑火电深度调峰并在优化调度中嵌入储能寿命模型,求解得到各电源以及储能的最优运行方式。以某区域实际系统为例进行仿真,结果表明所提策略可以有效改善系统的调峰压力,提高新能源消纳能力,同时合理反映了储能的寿命成本,提高了系统运行的经济性。     

计及循环寿命的储能优化配置与运营策略

针对储能在寿命和经济性方面的不足,建立了一种新型储能循环寿命测算模型,并在此基础上提出了计及循环寿命的储能配置与运营两阶段优化策略.第一阶段以投资额度为约束对储能的容量进行优化配置;第二阶段充分模拟储能在寿命周期内参与能量市场与调频市场的运营情况,并嵌入所提的储能循环寿命测算模型以考虑储能在每次充放电过程中的循环寿命折损.通过2个阶段的联合优化,实现储能配置与运营效益综合最优.考虑到所提模型是一个两阶段的混合整数随机非线性规划问题,常规方法难以处理,采用交替方向乘子法对其进行阶段解耦与迭代求解,降低了问题的求解难度.算例仿真结果验证了所提方法的有效性.     

多类型源储协调互动的配电网分布鲁棒优化调度

分布式光伏、风电等可再生能源出力具有较强的随机性和不确定性,其大量并网给配电网的运行带来了极大的挑战。本文提出了一种多类型源储协调互动的配电网分布鲁棒优化调度方法,基于分布鲁棒优化理论,对配电网中传统离散设备、可再生能源以及储能决策进行协调优化,提高配电网运行的经济性和安全性,实现了配电网运行决策保守性与鲁棒性的有效平衡。首先,考虑多类型源储资源的协调互动,建立配电网优化调度模型,并将其转化为混合整数二阶锥规划的形式;其次,利用可再生能源出力场景集进行不确定性刻画,建立分布鲁棒优化模型,并通过列和约束生成算法进行求解;最后,在PG&E69节点系统上进行算例分析,验证了所提方法的可行性与准确性。     

电池储能系统参与用户侧削峰填谷的鲁棒优化调度策略

现有的用户侧调峰领域的储能调度鲁棒优化方法,缺乏考虑非线性多目标优化模型的研究。当储能出力范围直接受负荷不确定性限制时,传统列和约束生成算法无法求解此类模型。针对以上问题,文章考虑负荷、电池储能等约束条件,建立了以净负荷方差、用户侧用电支出等为优化目标的电池储能系统调度鲁棒优化模型,并同时考虑了用户负荷波动、新能源出力波动等不确定因素。由于第二阶段的决策与优化结果会影响第一阶段决策的取值范围,需要改进列和约束生成算法以实现对该类鲁棒优化问题的求解。通过将目标函数、部分约束条件视为多个子问题考虑,对原列和约束生成算法的每次迭代中的子问题求解步骤进行扩充,使每次迭代中求解多个子问题,能够有效拓宽该算法的适用范围。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,能够在不改变传统算法性能优势的情况下成功应用于非线性多目标鲁棒优化问题。     

电池储能系统参与用户侧削峰填谷的鲁棒优化调度策略

现有的用户侧调峰领域的储能调度鲁棒优化方法,缺乏考虑非线性多目标优化模型的研究。当储能出力范围直接受负荷不确定性限制时,传统列和约束生成算法无法求解此类模型。针对以上问题,文章考虑负荷、电池储能等约束条件,建立了以净负荷方差、用户侧用电支出等为优化目标的电池储能系统调度鲁棒优化模型,并同时考虑了用户负荷波动、新能源出力波动等不确定因素。由于第二阶段的决策与优化结果会影响第一阶段决策的取值范围,需要改进列和约束生成算法以实现对该类鲁棒优化问题的求解。通过将目标函数、部分约束条件视为多个子问题考虑,对原列和约束生成算法的每次迭代中的子问题求解步骤进行扩充,使每次迭代中求解多个子问题,能够有效拓宽该算法的适用范围。最后,仿真结果验证了该方法的有效性,能够在不改变传统算法性能优势的情况下成功应用于非线性多目标鲁棒优化问题。     

复杂需求下巨型水电站跨省交易电量曲线分解方法

西南巨型水电站参与电力市场涉及多省、多品种、多时间尺度等多维电量曲线分解难题，给水电市场化运行带来很大挑战。该文依托溪洛渡右岸电站实际工程，考虑电网调峰与企业效益复杂需求，提出巨型水电站月度电量曲线分解多目标协调方法。以余荷均方差最小构建多电网调峰目标，利用多品种差异电价和峰平谷分段市场电价构建发电效益目标，引入理想点法实现目标分级进而将多目标优化转换为一系列差异约束边界的单目标问题；采用分段线性技术处理非线性水力约束、三角剖分技术处理电站出力特性曲线，利用混合整数线性规划(mixedintegerlinearprogramming,MILP)方法实现模型高效求解。采用溪右电站月度电量交易申报实际数据进行验证分析。结果表明，该文模型可以得到合理的月度电量分日、分时、分省、分品种的发电曲线过程，并通过两个实例分析不同来水和计划电量对调峰与收益的影响，发现汛期较枯期影响更大，且计划电量比例是协调调峰和发电收益的重要因素。     

减少弃风损失的储能容量和布局优化研究

针对我国大规模风电接入地区因系统调峰能力不足引起的大量弃风问题,提出采用大容量储能电池提高系统调峰能力、减少弃风损失的储能充放电策略。基于所提出的储能恒功率充放电策略,建立储能电站容量和布点优化的数学模型,并采用遗传算法进行求解。该模型以储能电站的投资和运行成本、网络损耗、调峰不足弃风及风电送出通道阻塞弃风损失之和最小为优化目标,考虑了储能电站的峰谷电价收益、计及了风力发电的碳减排效益,并满足电网的安全运行约束。最后,利用IEEE RTS79系统进行储能布局优化分析,验证了方法的有效性。应用该方法能够为解决大规模风电并网地区的弃风问题提供技术解决方案。     

基于碳足迹的可再生能源分布鲁棒协调优化配置

“电力零碳”是实现“双碳”目标的重要支撑,高比例可再生能源(renewable energy, RE)的不确定性给配电网规划带来了新挑战,基于此,建立基于碳足迹的RE分布鲁棒协调优化配置模型。首先,确定各类RE的全生命周期碳足迹系数。然后,考虑多种RE配置、运行等约束,以最小化配电网碳排放惩罚费用及RE安装成本为优化目标,通过二阶锥等手段将原模型进行混合整数二阶锥凸化以快速求解;为处理RE不确定出力因素,构建基于数据驱动的分层分布鲁棒优化规划模型。其次,结合RE典型历史数据,通过相对熵Kullback-Leibler(KL)散度约束不确定性出力概率分布模糊集,通过列与约束生成(columns and constraints generation, CCG)算法求解优化配置方案。最后,基于IEEE 33节点系统验证模型的有效性。