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。     

考虑多重不确定性的电–气–交通网络耦合系统数据驱动鲁棒优化调度

电力、天然气、交通等不同能量流网络的深度耦合和良性互动,对多元化综合能源系统的协同优化运行提出了极大挑战。针对电–气–交通网络耦合系统中的多重不确定性因素,提出综合考虑交通流量、风电出力及燃气机组耗气不确定性的数据驱动鲁棒协同优化调度模型。首先,依据Wardrop用户均衡准则获取交通网络的最优流量分配,并根据网络耦合约束将交通、气网络的不确定性转化到配电网统一考虑;其次,结合风电出力和交通流量的历史数据构造高维源、荷不确定量的模糊集表征其概率分布特性;然后,以基准预测场景下日前运行成本和不确定量最劣场景分布下实时调整成本最小为目标,建立基于数据驱动的两阶段鲁棒经济调度模型,在主、子问题协同求解框架下采用列约束生成方法进行求解。最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。     

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。     

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。     

基于改进两阶段鲁棒优化的区域综合能源系统经济调度

针对光伏出力及负荷的不确定性对系统日前经济调度和实时运行的影响,提出了一种以期望场景下最优,任意场景下可行的改进两阶段鲁棒优化方法,解决经典两阶段鲁棒优化存在的保守性问题。建立一种考虑可再生能源和负荷波动的区域综合能源系统改进两阶段鲁棒优化经济调度模型,通过列约束生成算法将目标函数分解为主问题和子问题进行反复迭代求解。模型第一阶段(主问题)以日前经济调度成本为目标函数,制定出包含系统设备出力、天然气供气计划的日前调度方案。在此基础上,第二阶段(子问题)以实时运行下调整成本为目标函数,通过调整设备出力应对系统中不确定波动。最后,以冬季某区域综合能源系统进行算例仿真,验证模型的有效性。#$NL关键词：区域综合能源系统;不确定性;改进鲁棒优化;经济调度     

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。     

基于数据驱动分布式鲁棒的热-电-气综合能源系统日前经济调度优化

部署综合能源系统的微网能够实现风电与多种能源的能量互济,进而提升能源的综合利用率.然而风电自身的不确定性为综合能源系统的日前经济调度方案带来了诸多挑战.为应对风电的不确定性,首先构建了热-电-气综合能源系统两阶段日前经济调度模型,其次利用数据驱动分布式鲁棒方法刻画了风电的不确定性,然后引入对偶理论、大M法进一步将非线性的第二阶段经济调度模型转换为易于求解的线性优化模型,最终采用列约束生成算法进行迭代求解.算例证明,相比于传统模型,所提模型能够实现16.9％的经济性提升;相比于鲁棒优化方法,所提方法能够实现经济性提升4％.     

基于风电出力模糊集的电-气耦合系统分布鲁棒优化调度

随着可再生能源装机容量不断扩展及综合能源系统研究的持续推进,燃气轮机作为耦合元件加深了电力系统和天然气系统的相互融合,为可再生能源消纳提供了新的途径。针对随机规划方法、区间优化及鲁棒优化算法处理风电出力不确定性的不足,文中提出一种基于风电预测误差模糊集的分布鲁棒优化方法求解电力-天然气耦合系统的协同调度决策。首先,利用主成分分析法提取高维预测误差向量蕴含的时空尺度关联特性,并引入一系列矩函数描述预测误差的分布信息以构建相应的模糊集。然后,建立两阶段分布鲁棒优化经济调度模型,第1阶段制定日前机组开停机计划、调度出力及备用方案;第2阶段辨识最劣风电场景分布以保证第1阶段调度决策的有效性。结合线性决策规则和对偶理论将该半无限优化问题转化为有限维优化问题进行求解。最后,通过算例验证了所提模型及求解方法的有效性。     

考虑节点边际电价的配电网与多微电网双层鲁棒经济调度

可再生能源出力的不确定性给市场定价机制带来了挑战,实现市场参与者的利益均衡分配成为亟待解决的关键问题。提出一种计及风电出力不确定性的节点边际电价市场出清机制。建立配电网与多微电网协调优化调度的双层模型,上层模型为考虑风电出力及功率交互不确定性的配电网数据驱动鲁棒经济调度模型,下层模型为考虑电价型需求响应的微电网数据驱动鲁棒经济调度模型。通过配电网与微电网之间功率交互与电价信息的传递进行上、下层模型的迭代求解,实现不同市场参与者的利益均衡分配。测试系统的仿真结果验证了所提模型及求解方法的有效性。     

计及模糊机会约束的电-气-热能源枢纽多目标优化调度

为提高系统运行的经济性和环保性,针对风电出力和负荷预测的不确定性,本文在综合能源系统优化调度中引入综合需求响应,以成本和碳排放指标为目标函数建立基于模糊机会约束的多目标优化调度模型,模型由电网、气网、热网和电-气-热能源枢纽构成.将模糊机会约束转化为清晰等价类,并结合分群涡流搜索算法求解,算法在一定程度上克服了局部最优限制,增强了备选解的多样性.通过实际算例仿真验证了所提模型和求解算法的有效性.     

考虑阶梯式碳交易机制的微电网两阶段鲁棒优化调度

为减少微电网系统运行的碳排放量,同时考虑可再生能源出力不确定性对系统调度结果的影响,提出了一种基于鲁棒优化的微电网低碳经济调度模型。首先,利用两阶段鲁棒优化方法消除可再生能源出力不确定性对系统调度结果的影响。其次,将阶梯式碳交易机制引入系统的运行调度阶段,以减少微电网系统的碳排放量。然后,建立了包含风电、光伏机组、微型燃气轮机、燃料电池及储能设备的微电网低碳经济调度模型,以各设备运维成本、系统购能成本和碳交易成本之和最小为优化目标,采用C&CG算法对所提调度模型进行求解。最后通过算例对所提优化调度模型进行验证。结果表明：两阶段鲁棒优化方法能够有效提高系统抵御风险的能力、引入阶梯式碳交易机制则可有效减少微电网运行的碳排放量。     

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。     

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。     

计及源荷双侧不确定性的全可再生能源系统日前经济调度

建立一种以太阳能、风能、生物质能为一次能源,并满足电、热、冷负荷需求的全可再生能源系统模型。充分考虑全可再生能源系统源荷双侧不确定性,建立基于两阶段鲁棒优化的日前经济调度模型,并采用列约束生成（C&CG）算法求解。仿真算例分析表明：通过发挥可再生能源系统多能互补的特性,可以实现可再生能源完全消纳,同时,通过调整不确定性调节参数,可以有效改善鲁棒优化的保守性,从而在保障安全稳定运行的前提下,最大程度提升能源系统运行经济性。     

计及源荷双侧不确定性的全可再生能源系统日前经济调度

建立一种以太阳能、风能、生物质能为一次能源,并满足电、热、冷负荷需求的全可再生能源系统模型。充分考虑全可再生能源系统源荷双侧不确定性,建立基于两阶段鲁棒优化的日前经济调度模型,并采用列约束生成（C&CG）算法求解。仿真算例分析表明：通过发挥可再生能源系统多能互补的特性,可以实现可再生能源完全消纳,同时,通过调整不确定性调节参数,可以有效改善鲁棒优化的保守性,从而在保障安全稳定运行的前提下,最大程度提升能源系统运行经济性。     

考虑灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度

高比例新能源含电转氢综合能源系统中,新能源不确定性对系统产生较大冲击与影响,系统灵活性充裕度成为必须考虑的因素。因此,提出一种考虑灵活性供需平衡约束的含电转氢综合能源系统鲁棒优化调度方法。建立含电转氢综合能源系统各类灵活性资源供需模型,对各类灵活性资源调节能力进行了描述。采用鲁棒优化中基数性不确定集合方法描述风电预测误差,将风电预测误差和经济调度决策者视为博弈的竞争。依据零和博弈理论,建立计及灵活性供需平衡的含电转氢综合能源系统鲁棒优化模型。在鲁棒优化的基础上,分析了系统内新能源不确定性及灵活性供需平衡对于系统的影响。对东北某实际含电转氢综合能源系统的仿真分析表明,所提方法可有效应对风电出力的不确定性,兼顾系统的经济运行和灵活性。     

考虑风电不确定性和旋转备用容量配置的综合能源系统鲁棒机会约束优化

风电出力的随机性和波动性给综合能源系统带来极大挑战。为此,提出基于风电不确定性分析和广义储能备用的鲁棒机会约束优化模型。首先,采用拉丁超立方采样和模糊c均值聚类算法对风电出力进行不确定性分析;其次,引入广义储能优化旋转备用容量,以应对风电出力不确定性;然后,以运行成本最低为目标建立将随机规划和鲁棒优化相结合的鲁棒机会约束优化模型,客观处理综合能源系统运行中风电出力的不确定性;最后,经改进的IEEE 39节点电力系统、天然气系统与热网系统组成的综合能源系统验证,该模型能够在保证系统鲁棒性的同时,提高了系统的经济性。     

数据驱动下风电–抽蓄联合参与日前–实时市场随机鲁棒竞价策略

风电出力不确定性和波动性导致其市场竞争力较弱,且电价的预测偏差可能进一步加大其市场风险。为减少不确定性因素对风电-抽蓄联合系统收益的不良影响,由对抗变分贝叶斯神经网络生成以风电为代表的可再生能源出力场景,基于数据驱动方法对实时电价进行模糊不确定性建模。通过随机鲁棒优化建立风电-抽蓄联合参与日前和实时电力市场的三阶段模型,相较于常规的两阶段随机优化,增加了第三阶段鲁棒改进过程,保证了竞价方案能够既有经济性又能够有效应对极端场景、既有鲁棒性又不过分保守。结果表明,所提方法比传统不确定性分析方法具有明显优势,能够在避免人为假设的前提下,高效且真实反映可再生能源出力场景以及表征电价不确定性,可有效减少风电实时出力波动和电价预测偏差带来的较高不平衡惩罚。     

碳排放约束下虚拟电厂鲁棒优化竞标模型

虚拟电厂中的可再生能源发电出力和电力市场的电价具有不确定性特征,在虚拟电厂的竞标中如何处理这些不确定性因素的影响值得深入研究。应用鲁棒优化的方法处理风电出力和电力市场电价的不确定性,同时考虑碳排放约束对虚拟电厂竞标的影响,建立虚拟电厂鲁棒优化竞标模型。算例分析结果验证了所提模型的经济性和鲁棒性,显示了鲁棒优化法处理含有不确定性参数的优化问题的有效性,且碳排放约束会使虚拟电厂竞标策略发生变化。     

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。