考虑风电不确定性的电气能源系统两阶段分布鲁棒协同调度

燃气轮机、电转气装置的应用加深了电气能源系统间的耦合关系,为消纳风电提供了新途径。同时,传统的随机规划和鲁棒优化算法在处理风电出力不确定性时均存在一定的局限和不足。基于此,将分布鲁棒优化方法应用到电气能源系统的经济调度问题中,建立了以燃气轮机、电转气装置为耦合元件的两阶段调度模型。模型的第一阶段以综合系统总成本为目标函数,同时融合了风电预测场景信息,制定出包含机组启停计划、机组计划出力值、天然气计划供气量的日前鲁棒调度方案。基于日前调度计划,模型的第二阶段(实时运行层面)通过机组出力调整、天然气供气量调整以应对风电的不确定性,并综合1-范数和∞-范数同时约束不确定性概率分布置信集合。整体两阶段分布鲁棒协同调度模型采用列与约束生成(CCG)算法进行求解。最后,通过算例验证了分布式鲁棒优化算法的有效性。     

新能源大基地风光储容量协调优化配置

大型新能源基地需要协调配置风光火储容量以满足外送要求,其中火电容量及外送通道的容量通常预先确定,从而风电、光伏、储能的容量配置成为影响新能源外送效果的重要因素。为此,针对大型新能源基地,研究了风光储容量优化配置问题,提出了基于新能源外送可靠性的容量配置方法。基于需求侧的负荷曲线,提出了一种聚类方法来优化直流通道的计划传输功率;基于直流计划功率,提出了衡量新能源外送可靠性的送电置信概率指标;基于送电置信概率等约束,构建了风光储容量优化配置的基本规划模型。为了进一步保证在不同的场景下新能源能可靠外送,在基本规划模型的基础上加入场景分布不确定性,提出了风光储容量配置的分布鲁棒规划模型。考虑到分布鲁棒约束包含整数变量,提出了一种迭代算法用于该分布鲁棒规划模型的求解。实际算例验证了所提方法的有效性。     

计及需求响应不确定性的电-气耦合配网系统动态分布鲁棒优化

需求侧负荷波动和天然气管存动态特性给电-气耦合配网系统的调度运行带来了较大挑战。针对需求响应不确定性和天然气动态特性,提出了一种机会约束与Wasserstein距离相结合的电-气耦合配网系统分布鲁棒动态优化模型。首先,考虑可削减、可转移、可替代3种需求响应负荷及天然气传输的管存特性,构建了确定性的电-气耦合配网动态优化模型。其次,针对需求侧电负荷、气负荷的不确定性,基于衡量不同概率分布之间Wasserstein距离的分布鲁棒方法,构建不确定变量的概率分布模糊集。由于传统的分布鲁棒优化未考虑不等式约束的不确定性,结合机会约束将含不确定变量的不等式约束成立的期望概率,限定在最低允许的置信水平之上,以提高模型的可靠性。最后,通过对偶理论和条件风险价值近似将所提模型转化成线性规划问题进行求解,在修正的33节点配电网和比利时20节点配气网组成的电-气耦合配网系统进行仿真实验,结果表明所提模型可有效降低运行成本,提高风电的消纳能力。     

含电转气的热电联产微网电/热综合储能优化配置

电转气技术提升了多能源系统运行的灵活性,在此背景下,针对综合能源系统中电/热综合储能配置优化问题研究不足的现状,构建了包含电转气装置的热电联产微网电/热综合储能优化配置模型,提出包含电/热储能系统额定容量和功率的配置方法。首先考虑用户侧电能替代,建立随机“以电代热”负荷模型,并以此修正负荷曲线。其次针对成本、供能可靠性和新能源接纳率的多目标,并计及电储能寿命的折损,构建双层优化模型,外层为配置优化,内层为运行优化。基于内层模型的Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件将内层模型转化为外层模型的附加约束,将双层模型转化为单层模型,调用Gurobi求解器对模型进行求解。最后,算例验证了所提模型的正确性,并对比分析了电转气技术对储能系统优化配置的影响。     

基于场景聚类的分布鲁棒区域新能源容量规划策略

为了提高区域新能源规划的经济性和系统运行可靠性,提出了一种基于分布鲁棒的区域新能源双层规划模型。为了准确描述新能源的波动,在考虑风光间相关性的基础上,利用拉丁超立方抽样法对原始数据进行采样得到初始场景,再通过基于分位数半径的动态K-means算法得到典型场景,并利用范数对场景分布的概率置信区间进行约束。在双层区域新能源规划模型中,上层模型以全寿命周期内风光的净现值为目标函数;下层模型基于分布鲁棒优化理论,以区域外送电波动性最小为目标函数,在典型风光波动场景下合理调度水电、火电等资源对风光出力进行补偿,降低区域外送电波动。仿真结果证明了所提出的区域新能源容量规划策略的鲁棒性和可行性。     

分布式光伏电站接入配电网的分布鲁棒优化配置方法

随着分布式光伏(Distributed Photovoltaic, DPV)电站接入配电网的规模日益增大,光伏出力的不确定波动特性造成配电网运行状态的频繁波动,故对接入配电网的DPV电站进行合理规划对于配电网的安全运行尤为重要。针对DPV电站接入配电网的并网点和容量选择问题,以并网位置节点和配置容量同时作为决策变量,并考虑DPV出力的不确定性,建立了DPV电站接入配电网的并网点和容量选择的分布鲁棒优化配置模型。以当地光照强度和环境温度的历史数据计算出的DPV电站单位容量光伏的日出力曲线作为数据驱动构建出基于KL散度的模糊集。通过优化计算出模糊集中最大和最小期望的概率分布以得到单位容量光伏出力不确定波动的范围,将分布鲁棒优化模型转化为鲁棒优化模型,并采用Benders分解法求解得到优化配置方案。最后,以某个实际180节点配电网为例进行仿真计算,并与确定性优化和传统鲁棒优化方法进行对比分析。验证了所提出的分布鲁棒优化方法既能够保证在光伏出力不确定波动下配电网的安全运行,又能够克服鲁棒优化方法的保守性,使求得的配置方案在经济性和鲁棒性之间达到良好的平衡。     

考虑碳-绿证交易机制的虚拟电厂分布鲁棒优化调度

虚拟电厂对推进“双碳”战略及能源优化配置具有重要意义，如何在应对源荷不确定性因素影响的同时，实现虚拟电厂低碳经济运行，是虚拟电厂调度过程中面临的重要挑战。鉴于此，提出一种考虑碳-绿证交易机制的虚拟电厂分布鲁棒低碳经济调度策略；首先，基于阶梯式碳交易机制和配额制下绿证交易机制，并利用条件风险价值(condition value at risk, CVaR)评估系统运行所面临的风险，构建考虑绿证-碳交易机制的区域虚拟电厂优化模型；其次，综合考虑1-范数和∞-范数构造概率分布模糊集，以调度系统可用的历史数据为基础，构建考虑风光不确定性的虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度模型，并采用列约束生成算法求解模型；最后，算例仿真验证了所提策略的有效性和鲁棒性。     

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。     

计及需求响应柔性调节的分布鲁棒DG优化配置

弃电现象制约着风电、光伏的发展,采用需求响应措施提高配网对清洁能源的消纳是一种有效的措施,但传统处理分布式电源(distributed generation,DG)出力或需求响应不确定性的方法具有很大的局限性,因此,该文建立计及需求响应柔性调节的配电网两阶段分布鲁棒DG优化配置线性模型。首先,该模型以配电公司运营商年利润最大化为优化目标,考虑各种投资约束和运行约束,并将清洁能源出力和负荷的差值作为基于实时电价的需求响应的定价依据,以提高配电网对清洁能源的消纳率;其次,通过基于多面体的线性化技巧和McCormick方法,将原始混合整数非线性模型线性化,建立混合整数线性规划模型;然后,充分利用需求响应和DG出力的历史数据,构建数据驱动的两阶段分布鲁棒DG优化配置模型,其中第一阶段确定DG的投资方案,第二阶段模拟投入DG后的系统运行,并同时考虑不确定性概率分布置信集合的1-范数和∞-范数约束;最后,采用列与约束生成(columnandconstraintgeneration,CCG)算法对分布鲁棒模型进行求解,并基于IEEE33节点系统验证所提模型的有效性。     

考虑风电不确定性的交直流混合配电网分布式优化运行

未来交直流混合配电网表现出显著的分区特性,且不断渗入的分布式电源(如风电等)具有较强的不确定性。基于此,该文提出考虑风电不确定性的交直流混合配电网分布式优化模型。该模型以最小化上级电网购电成本(交流子区域电网)与交直流子区域间购售电成本、弃风成本、微型燃气轮机发电成本等为优化目标,利用1-范数和∞-范数对筛选获得的典型场景概率分布不确定性进行约束,构建基于数据驱动的两阶段分布鲁棒模型,并采用列与约束生成算法进行求解。而交直流混合配电网分布式优化则以电压源型换流器为耦合元件,通过功率一致性约束对各子区域配电网进行协调,并利用交替方向乘子进行全局协调与迭代求解,实现整个交直流混合配电网各子区域间功率平衡。最后,算例验证了所提分布式优化和分布鲁棒方法的有效性。     

基于混合整数非线性规划的综合能源系统优化配置研究

综合能源系统（integrated energy system，IES）的容量配置是系统运行稳定性及经济效益的重要影响因素之一，是系统规划阶段的重点研究内容。为探究电转气设备在系统中的最佳工作模式及储能设备、光伏、风机对系统经济性的影响，本文将上述设备引入综合能源系统，并以经济效益为优化目标，构建了计及容量配置约束、五母线平衡约束及储能约束的混合整数非线性规划模型。以北方某市民服务中心为例，验证了模型的有效性，并对6种运行方案做了对比分析。结果表明，电转气等设备的合理配置可以有效提高综合能源系统的经济性，为其后续运行阶段的研究提供了理论基础及技术支撑。     

考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢（P2H）设备容量配置优化

考虑大规模风电固有的间歇性、波动性影响,采用电转氢技术将弃风电量转化为可存储再利用的清洁氢能,助力碳达峰与碳中和战略目标。该文选用碱性电解槽作为电转氢设备,研究其制氢效率曲线,构建运行区间规划与经济性规划相结合的优化配置模型。首先分析电解槽平滑跟踪动态功率的区间范围,对设备充当电负荷的运行能力进行限制。然后在此基础上,以设备全生命周期成本与电氢市场交易成本整体最小为目标,对设备容量进行经济性优化。最后采用混沌粒子群优化算法求解模型。算例结果表明,在保障设备产氢质量同时,可有效提升系统运行可靠性并降低投资成本和弃风率。研究成果实现电转氢设备作为灵活负载跟踪可再生能源的功率波动。     

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。     

考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度

为推动我国高比例清洁能源接入和高比例跨区电力输送的新型互联电力系统建设,降低源荷不确定性对清洁能源跨区消纳和省内-省间电力平衡的影响,提出考虑源荷功率矩不确定性的新型互联电力系统优化调度方法。首先,设计了计划-市场双轨制下新型互联电力系统省内-省间双层优化调度模式。其次,采用矩不确定集合刻画风光发电和负荷功率的不确定性,并提出由此引起的系统弃风弃光分布鲁棒条件风险度量模型。最后,以省间和省内总购电成本最小为目标,建立新型互联电力系统省内-省间分布鲁棒协调优化调度模型,并通过对偶优化理论将该模型转化为易求解的半定规划问题。数值仿真结果表明,所提模型促进了西部地区清洁能源跨省跨区消纳,降低受端系统运行成本的同时,有效提高了系统应对源荷功率不确定性波动的能力。     

考虑电热耦合的交直流微电网多目标优化配置

在当前电热联系日渐紧密以及交直流微电网日益成熟的发展趋势下,以投资成本、CO_2排放量以及换流损耗最小为优化目标,综合考虑微电网电/热功率平衡、自治能力等多种约束,提出了考虑电热耦合的交直流混合微电网电/热源双层优化配置模型。其上层为微电网内的各设备容量配置模型,下层是对微电网内各设备运行策略的确定,通过上下层的联合优化对微电网内各设备容量进行配置研究。对比不同规划场景,分析电热耦合对优化目标的影响,通过全年的设备出力和典型日的功率平衡曲线,说明了含电热耦合的交直流微电网供电/热的可靠性,最终验证了所述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

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。     

以净效益最大为目标的储能电池参与二次调频的容量配置方法

针对储能电源参与电网辅助调频问题,提出一种以净效益最大为目标的储能电池参与二次调频的容量配置方法。综合考虑实时电量、备用功率和环境效益,构建储能电池全寿命周期的成本-效益计算模型;进而建立以净效益最大为目标,以容量及功率为决策变量,综合考虑实时出力、调频需求约束和荷电状态(SOC)约束的储能电池优化配置模型;基于经验模态分解(EMD)原理,设计一种考虑常规机组爬坡率限制的储能参与二次调频的初始功率指令分配方法;并给出了利用遗传算法辅助求解该优化模型的容量配置方法流程。仿真结果表明,所提出的容量配置方法不仅可以得到能够较好地协调经济效益和调频效果的容量配置方案,同时可得到储能出力功率,该功率可作为储能电池的运行调度参考方案,提高了配置方法的工程实用性。     

基于生成对抗网络的独立微电网光-储容量分布鲁棒优化配置

针对微电网中分布式可再生能源的不确定性,可采用机会约束随机规划刻画系统运行风险。现有研究通常基于解析变换或者典型场景处理机会约束问题,但前者依赖于特定的概率分布,而后者中的预设场景与实际场景可能存在偏差,会导致无法满足预设运行风险的难题。对此,提出一种融合数据生成技术的分布鲁棒优化方法解决独立微电网光伏-储能容量配置问题,以平衡电源配置经济性与微电网运行风险。首先,提出基于改进生成对抗网络(GAN)的光伏出力场景生成方法,以提高GAN模型训练和场景生成效率;其次,采用?-散度衡量GAN生成数据与真实数据之间的偏差,采用分布鲁棒机会约束条件刻画相应光伏-储能容量下的微电网运行风险;再次,提出基于变差距离、抽样平均近似原理以及线性化技术的分布鲁棒优化问题求解方法,在充分利用GAN生成场景的同时保证优化问题求解效率;最后,采用33节点和123节点系统进行仿真分析,以验证所提方法的有效性。     

计及混合通信组网的信息物理主动配电系统协调规划EI北大核心CSCD

为充分提高配电系统调度和控制的灵活性,建设和落实以智能化和主动化为导向,以信息通信技术为支撑的信息物理主动配电系统(cyber-physical active distribution system,CPADS)显得至关重要。基于此,提出计及混合通信组网的CPADS协调规划方法。首先,将信息域混合通信组网策略和物理域主动配电系统时空运行策略有机统一,建立旨在最小化投资–运行总成本的CPADS协调规划模型。具体而言,综合考虑主动控制设备投资成本、有线/无线组网投资成本、网损成本、弃光成本、失负荷成本、电压偏差优化成本等建立多维度投资运行目标函数。然后,综合考虑物理域主动控制设备的选址或选型、信息域有线组网和无线组网的差异性构建投资约束;充分考虑设备主动控制策略、电压偏差等构建CPADS时空运行约束。最后,综合考虑场景概率分布不确定性置信度集合的1-范数和∞-范数约束,将所提规划模型重构为一个数据驱动下的分布鲁棒协调规划框架,并利用列与约束生成(columnandconstraintgeneration,CCG)算法迭代求解。     

考虑机会约束的配电网光伏并网容量分布鲁棒优化方法

传统的经验性概率分布描述分布式光伏出力的不确定性难以准确获取概率分布参数。为此,提出一种基于Kullback-Leibler散度的分布鲁棒优化方法来评估配电网分布式光伏的最大并网容量。首先,通过Kullback-Leibler散度来量化实际概率分布与经验性概率分布之间距离,建立分布式光伏出力不确定性的模糊集。在考虑节点电压和传输容量越限机会约束的情况下,建立了分布式光伏并网容量分布鲁棒优化模型。通过采用风险价值和样本平均近似方法将分布鲁棒优化模型转化为一个混合整数规划问题求解。在改进的IEEE-33节点系统的仿真结果表明了所提出分布鲁棒优化方法的有效性和鲁棒性。