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。     

考虑宽功率波动影响的电转气场站容量分布鲁棒优化配置

新能源发电的波动性会加速电转气场站内电解水设备的老化,现有优化模型无法有效计及宽功率波动对电解水设备寿命及电转气场站容量配置的影响。在此背景下,提出了考虑电解水设备寿命的电转气场站容量分布鲁棒优化配置模型。首先,提出一种考虑功率波动影响的电解水设备寿命折损评估模型,进而建立了含电转气场站的电-气综合能源系统优化规划模型,对电转气场站内电解水、甲烷化和储氢罐的容量进行优化配置。其次,基于1-范数约束和∞-范数约束构建源荷场景的概率分布模糊集,将规划模型改写为“min-max-min”形式的分布鲁棒优化模型,并利用列与约束生成算法进行求解。最后,利用测试算例对所提模型和算法进行验证。结果表明,所提模型能够更准确地计算电转气场站的经济效益,延长电解水设备预期使用寿命。     

基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化

氢能是中国能源低碳化转型的重要载体之一。移动氢能系统利用富余新能源制氢后充入储氢罐存储,然后通过氢气长管拖车将氢产品运输至各加氢站。文中提出一种基于分布鲁棒机会约束的移动氢能系统制-储-运氢协同优化方法。首先,构建移动氢能系统新能源制氢储氢与长管拖车运氢协同优化模型,并采用一种“虚拟节点插入”方法对氢气长管拖车路径规划模型进行等价化简。其次,采用数据驱动的分布鲁棒机会约束处理加氢站氢气需求的不确定性,构建基于Wasserstein距离的移动氢能系统分布鲁棒模型,并基于条件风险价值近似将所提分布鲁棒模型转化为混合整数线性规划问题。最后,以中国西安市交通网为基础构造移动氢能系统算例,验证了所提模型和方法的有效性。     

抽水蓄能助力风光稳定外送的最佳配置策略

跨区域、大规模的新能源电力输送是应对国内风光资源与负荷中心逆向分布特点与实现碳中和的必然要求,而风光出力固有的随机性、间歇性和波动性给新能源打捆稳定输送带来了挑战。水电具有的“电源+储能”的双重身份为平抑新能源波动、提升-风-光-水混合能源系统灵活性,以及促进新能源打捆外送提供了解决思路。以抽水蓄能为例,针对风-光-抽水蓄能混合能源系统,提出一种计及抽水蓄能电站运行功率约束、库容约束、进出水量约束的容量配置优化方法,旨在量化抽水蓄能对新能源打捆外送的助力效果,即确定单位抽水蓄能可支撑的新能源外送容量,构建并求解以最小化抽水蓄能投资成本为目标且满足各典型运行场景的容量规划模型。     

考虑储能寿命的风-光-火-储打捆外送系统容量优化配置

风光和火电打捆外送是新能源消纳的重要方式,如何确定其容量比成为难题。储能调节灵活,可以平抑新能源出力不确定性造成的影响,但频繁充放电会对电池储能的寿命造成影响。考虑储能的放电深度和循环次数建立了电池寿命量化模型,提出了计及储能寿命的风光火储打捆外送系统双层容量优化模型。上层以系统总成本最小为目标,下层以典型日调度成本最小为目标。利用机会约束处理新能源出力不确定性对系统备用容量的影响,基于序列运算将概率性机会约束转换为确定性约束,将问题转换为易于求解的混合整数线性规划问题。算例结果表明,配置储能可以有效降低系统成本。同时考虑储能寿命可以在保证经济性的前提下制定更合理的调度策略,延长储能使用寿命,验证了模型的有效性。     

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。     

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。     

偏远地区能源自洽系统源储容量协同配置方法

目前与风光新能源密切相关的城市源储容量配置研究较多,但在偏远地区进行源储容量配置具有显著不同的两个特点：一是普遍缺失气象历史数据,难以评估风、光时序运行特性;二是与主网联系薄弱,离网运行可能性较高。上述特点给偏远地区源储容量配置带来了挑战,需要构建以自给自足为特征的能源自洽系统。为此提出一种基于风光自然资源评估且兼顾并/离网两个运行状态、以能量自给自足为主要目标的源-储双层优化配置策略。首先建立由太阳辐射强度和风速等资源禀赋确定的风光出力特性模型,并在此基础上构建风光出力典型时序场景集;然后建立包含风光、储能、电动汽车等在内的系统源-储-荷规划-运行双层容量优化配置模型,并提出相应模型转化和求解策略。其中,规划层以系统综合成本最小为优化目标,确定风电、光伏和储能配置容量;运行层基于并网和离网综合指标,实现兼顾并/离网两个状态的年运行成本最小以及并/离网指标最优的多目标优化。最后算例仿真结果证明了所提模型适用于偏远地区能源自洽系统,所得源储配置可减少系统对电网依赖,促进新能源就地消纳,减少负荷缺电损失。     

基于机组出力特征解析的风光储联合规划

合理配置风光储容量是实现新能源高效利用与负荷稳定运行的基础。针对“双碳”目标下 要构建以新能源为主体的新型电力系统的目标,提出了一种基于机组出力特征解析的风光储联合规划方法。首先,通过分析电力系统源-荷长时间尺度运行特性,揭示源-荷的一般运行规律,建立了机组时序出力比模型,解析机组出力特征;其次,进一步构建了基于机组出力特征解析的风光储联合规划模型,科学配置高比例新能源接入电力系统背景下的风光储容量;再次,设计了针对规划结果优劣性的源-储容量配比综合评价体系,从电力平衡、新能源消纳、碳减排3个方面对规划结果进行了综合评价;最后,以某大区电网为例进行了仿真。结果表明,所建模型能够基于对机组出力特征的解析配置出合理的风光储容量。     

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。     

考虑灵活性的储能容量多阶段分布鲁棒规划

储能作为一种灵活性资源,具有促进新能源消纳和电力系统安全稳定运行的作用。然而受储能投资成本的制约,难以仅依靠大规模的储能满足系统的灵活性要求。为此,提出了一种考虑灵活性的电力系统储能容量规划模型,计及现有可调节的传统发电机组对灵活性的影响,并采用分布鲁棒机会约束描述新能源出力的不确定性;根据系统不同时间尺度的运行特性,综合考虑储能的投资成本、新能源出力的不确定性和系统运行的灵活性,建立了多时间尺度下的储能配置模型;采用多阶段迭代线性优化的方法提高求解效率。基于IEEE-RTS 24节点系统进行算例分析,结果验证了所提方法在求解储能配置容量方面具有较好的经济性和鲁棒性。     

协调大规模风电汇聚外送的储能配置优化规划

可再生能源富集中心与负荷中心分布上的不均衡,以及风电出力的反调峰特性,导致网络潮流对可再生能源高渗透率地区的大规模风电汇聚外送的约束日益凸显。结合风电汇集区及外送通道的布局特征,计及配置储能前后外送电通道利用率提升的影响,以储能系统配置净收益最大化为目标,建立协调大规模风电汇聚外送的电网侧储能优化配置混合整数线性规划模型,优化决策电网侧储能的选址定容及运行策略。算例分析表明,协调风电汇集区和外送通道空间分布优化规划电网侧储能,可提升外送通道的利用率,促进可再生能源消纳。     

基于多分区时序生产模拟的省级电网差异化储能规划方法

随着新型电力系统的构建,新能源大规模开发会造成严重的电力系统新能源消纳能力不足和电力电量平衡问题,配置合理规模的储能可显著缓解该压力。基于自主研发的含网架约束以及分区联络线交易约束的时序生产模拟软件,研究了考虑多分区考核目标差异的省级电网储能规划方法。首先,介绍了时序生产模拟软件的算法框架,然后,基于该软件,在考虑分区考核目标差异和分区联络线交易约束的前提下,提出了以储能投资成本最小为目标函数的各分区储能容量配置优化方法。最后,针对西北某高比例新能源接入的省级电网规划场景进行算列分析和敏感性分析,验证了所提方法的合理性和实用性。     

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。     

计及直流调节能力的含风电电力系统储能优化配置

随着风电装机容量的不断增加,电力系统对储能等灵活性调节资源的需求增加.而交直流混联电网是实现大规模风电并网、输送和消纳的基础.针对上述背景,提出一种计及直流调节能力的含风电电力系统储能优化配置方法,在促进新能源消纳的同时减少储能投资成本.首先,考虑到风电功率和负荷具有随机性、不确定性等特点,通过场景分析法来处理风电和负...     

面向新型电力系统的输电网与分布式变速抽水蓄能联合规划

针对高比例新能源场景下分布式变速抽水蓄能的容量配置及其在电网中的位置接入问题,提出了输电网和分布式变速抽水蓄能的联合规划方案。首先,考虑了各类抽水蓄能的运行和库容约束、火电机组的出力和爬坡约束以及输电网的传输能力,以分布式新能源的经济消纳为优化目标,建立了分布式变速抽水蓄能和输电网间的联合规划模型。然后,通过凸松弛方法将该模型转化为混合整数线性规划模型,以两阶段优化方法求解得到了分布式变速抽水蓄能与输电网的联合规划方案。最后,采用两个标准测试系统对比验证了所提含分布式变速抽水蓄能的联合规划相较于定速抽水蓄能的规划方案,能更好地与其他灵活性资源相协调以消纳风光可再生能源,总体上可降低约20%的成本。     

考虑不确定性物理边界的灵活爬坡备用分布鲁棒经济调度

面对新能源不确定性的影响,需要充分挖掘电力系统的灵活调节能力。为此,提出了一种基于数据驱动分布鲁棒机会约束的灵活爬坡备用经济调度模型。考虑新能源不确定性功率波动的物理边界,利用Wasserstein距离构建模糊集,从而建立更加准确的不确定性模型。采用联合机会约束控制第二阶段安全越限风险,在保证安全鲁棒性的同时,避免过于保守的决策结果。基于仿射决策规则和条件风险价值理论,将两阶段分布鲁棒问题近似为线性模型,从而实现高效求解。以改进的IEEE 9节点系统为算例验证所提方法的有效性,探究了训练样本量对结果的影响,并将所提方法与鲁棒优化方法和随机优化方法进行对比。     

考虑消纳水平的新能源配套储能和输电通道容量协调优化配置

随着以风光为代表的可再生能源发电比例迅速提升,风电场、光伏电站出力的不确定性和波动性给电力实时平衡带来了极大的挑战,配置合理规模的储能可以保障经济性并提高新能源利用率。为此,针对容量已知的新能源电站,提出了一种配套储能和传输线路容量协调优化配置的机会约束规划模型,以储能和传输线路建设成本最小化为目标,以年新能源弃电率不超过规定的指标为机会约束。由于机会约束非凸且缺乏显式表达,基于条件风险价值将机会约束对应的可行域保守转换为线性约束,得到易于求解的线性规划问题,并量化分析了规划方案对新能源场景概率分布的鲁棒性。算例分析结果表明,所提规划模型可以有效地解决考虑新能源消纳能力的储能和传输线路容量配置问题,通过合理配置储能可以降低传输线路的容量从而节约总投资成本。     

碳排放及燃煤约束下的电源规划及其效益评价

优化电源规划是应对电力系统"碳锁定"效应,促进电力系统减少碳排放的重要举措。考虑到国内以煤炭为主的能源结构,有必要分析碳排放及燃煤约束对电源规划的影响。在分析碳捕集电厂运行特性的基础上,建立了考虑碳排放及燃煤约束的低碳电源规划模型,并在模型中采用典型日的运行校验系统是否具备足够的调峰能力。基于国内典型地区电力系统,对不同碳排放总量约束、不同可再生能源发展场景及不同煤炭资源供应约束下的常规火电及碳捕集电厂的扩展规划进行了优化分析,分析结论表明碳捕集电厂可以充分适应电力系统的碳减排目标,满足新能源大规模发展的调峰需求。