计及多类型需求响应的风电消纳随机优化调度模型

考虑需求响应并基于鲁棒随机优化理论,构建了含风电的电力系统发电调度优化模型。首先,引入价格型需求响应模型和激励型需求响应模型,设定并建立电动汽车、商业用户、工业用户和居民用户参与需求响应的模式及收益函数。然后,为解决风电出力不确定性问题,利用鲁棒随机优化理论,建立需求响应参与下的风电消纳鲁棒随机优化模型。最后,以IEEE 36节点10机系统接入650 MW风电场为算例进行分析,结果显示:鲁棒随机优化理论能够克服风电不确定性对系统调度的影响;激励型需求响应能够转移用户负荷分布,但削减负荷的能力不如价格型明显,价格型需求响应能够削减负荷峰时需求,但不能转移用户用电需求,同时引入2者提升系统风电消纳的效果最强;同时,需求响应能够激励不同用户参与系统备用服务,获得直观的经济效益,有利于调动用户侧参与发电侧调度优化。     

考虑可消纳风电区间的多区电力系统分散协调鲁棒调度方法

多区域分散协调调度是提高电力系统风电消纳水平的有效措施。针对风电出力的不确定性以及多区域电力系统动态经济调度的安全可靠性要求,采用仿射可调节鲁棒优化结合分层协调技术,构建了考虑可消纳风电区间的多区电力系统分散协调鲁棒调度模型,将跨区电力系统可消纳的风电区间与自动发电控制(automatic generation control,AGC)机组的参与因子一同优化,以确保调度方案的可行性。基于目标级联分析技术,建立由各区域优化调度并行子问题和确保区域间联络线安全运行主问题组成的分散调度实现方法。以2区12节点和3区354节点算例验证了所提模型通过同时优化跨区系统可消纳的风电区间和AGC机组的参与因子,能够有效应对风电出力的不确定性,实现了多区电力系统整体运行的经济性和风电消纳最大化。     

基于蓄热式电锅炉电-热时移特性的弃风消纳方案经济性分析

针对我国"三北"地区冬季供暖期弃风量巨大的问题,本文在分析蓄热式电锅炉电-热时移特性的基础上,考虑供暖期风电弃风特性及其与负荷的相关性,以及供热面积、弃风电量和供热电价等因素,提出了基于蓄热式电锅炉和蓄热式电锅炉-热电联产的2种风电供热组合方案;从用户侧角度,建立了考虑社会综合收益的弃风消纳组合供热方案模型。计算结果表明,本文方案能够在低谷时段消纳更多弃风,随着风电供热成本的降低,本文2种方案的经济性均优于常规供热方案,而低谷电价降低程度的不同会改变本文方案的择优采用结果。     

面向提高风电接纳能力的多区域热–电联合调度模型

为解决"三北"地区供热期间"风热冲突"问题,提高风电就地消纳能力,提出在风电消纳困难的电网末端加装蓄热电锅炉,利用弃风电量进行供热以增加风电并网空间,并考虑区域间的电功率交换及多种机组约束,多区域综合调度,以系统发电成本最低为目标函数,构建多区域热–电模型,给出蓄热电锅炉的运行方式。基于我国北方某省级电网数据,验证电供热系统提高风电并网能力的有效性;分别仿真分析配置普通电锅炉和蓄热电锅炉的效果,说明蓄热装置对于电供热系统及风电并网的重要性;同时比较不同调度起止时间下风电并网及蓄热电锅炉运行状态的差异,结果显示在风电大发时刻即启动蓄热电锅炉能提高装置利用率。     

提升风电消纳区间的鲁棒机组组合

基于日前风电功率点预测的传统调度方法没有充分地考虑风电不确定性,难以有效挖掘电热联合系统的风电消纳能力。该文提出提升风电消纳区间的鲁棒机组组合优化方法。基于可用风电功率区间,构建有效的风电功率允许出力区间。基于仿射策略,考虑供热机组电热耦合等约束,建立鲁棒机组组合模型,优化风电消纳区间,对于风电消纳区间内任意可能的风电波动,该模型均能保障调度策略的可行性。所建模型可转换为混合整数线性规划进行求解。最后,在修改的IEEE 39节点系统上进行测试,并与传统调度方法对比,验证了所提方法的有效性。     

考虑风电高阶不确定性的分布式鲁棒优化调度模型

传统计及风电不确定性优化调度方法忽略了风电概率分布规律的高阶不确定性特征,在运行成本、风电消纳水平方面存在进一步优化的空间,为此,建立一种考虑风电高阶不确定性的分布式鲁棒优化调度模型。首先,引入云模型理论,建立能够同时描述风电功率及其概率分布不确定性的风电高阶不确定性模型;在此基础上,结合分布式鲁棒优化理论,以系统综合运行成本最低为优化目标,建立考虑风电高阶不确定性的分布式鲁棒优化调度模型;引入多维序列运算理论,离散化处理风电高阶不确定性云模型,将分布式鲁棒优化模型转换为两阶段非线性优化模型,简化求解。最后,以某地区电网为例,验证了所提模型在提升含风电接入系统优化调度效果方面的有效性。     

基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的经济性评估

针对蓄热式电锅炉消纳风电过程中无法匹配快速波动的风电功率等问题,本文提出了基于储能协调蓄热式电锅炉消纳风电供暖系统的方案,并对该方案的经济性进行了评估。从"风电-电网-电锅炉-储能"联合运行系统的成本与收益出发,以蓄热供暖日收益最大为目标函数,在充分考虑分时电价、风电上网电价、弃风电量以及蓄热式电锅炉功率调节次数等约束条件的基础上,建立了"源-网-荷-储"联合运行系统风电消纳经济性评估模型,利用粒子群算法对模型求解。采用某电锅炉消纳风电示范工程实际运行数据进行测试,验证了该模型的有效性。测试结果表明,储能系统的加入可以有效减少电锅炉功率调节次数,可为储能协调蓄热式电锅炉蓄热供暖消纳风电提供理论依据。     

面向风电消纳的区域综合能源系统鲁棒优化调度

区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System,RIES)的多元消纳技术是解决系统"以热定电"运行方式导致弃风问题的有效途径.文章建立了包含风机、光伏、地源热泵和储能的RIES模型;在源测采用鲁棒优化模型处理风电出力不确定性,在荷侧针对电、气、热三种柔性负荷可调度价值,引入价格需求响应机制,构建计及综合需求响应的RIES鲁棒优化调度模型.算例仿真结果证明了所提模型的有效性.相较于传统模型,计及综合需求响应的RIES鲁棒优化模型具有更加可观的经济效益和风电消纳率.     

含风电与抽水蓄能电站的电力系统鲁棒调峰研究

抽水蓄能电站具有优良的削峰填谷能力,能够有效提高系统消纳风电的能力。风电大规模并网后,风电出力的随机性、反调峰特性给系统调峰造成很大困难。针对此问题,利用鲁棒优化方法,采用盒式不确定集刻画风电出力的不确定性,建立考虑不确定风电出力与抽水蓄能的电力系统盒式鲁棒调峰模型。为便于求解,运用优化对偶理论简化该模型,将其转化为一般的非线性规划问题。然后,通过AMPL平台调用基于原始-对偶内点法的求解器IPOPT3.8.0对转化后的模型进行求解。最后,以改进的IEEE-14节点系统为例,检验了所构建模型的合理性及可行性。     

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。     

风荷组合场景下计及调峰效益的电锅炉和储热系统容量优化配置

储热系统具有良好的调峰特性,可以打破热电联产机组以热定电的刚性约束。合理的配置电锅炉和储热系统能够有效提高地区电网消纳风电的能力。综合考虑风荷不确定性,构建基于启发式矩匹配方法的风-荷组合场景,在此基础上,建立计及调峰效益的电锅炉和储热系统优化配置双层规划模型,上层以待规划热电厂年化调峰净收益最大为目标,下层以组合场景S下总燃料成本和弃风惩罚成本最小为目标,以电热系统相关约束作为约束条件,最后采用粒子群优化方法对该模型进行优化求解,获得最优电锅炉和储热系统配置方案。算例结果表明,合理配置电锅炉和储热系统,可以有效的提高风电消纳率以及整体收益。     

考虑电热综合需求响应的虚拟电厂优化调度

针对配电网中以电、热为代表的多类型负荷的快速增长,以及可控机组、储能装置、风机等分布式能源的协调调度问题,提出了考虑电热综合需求响应的虚拟电厂（virtual power plant,VPP）优化调度模型。首先,将风机、热电联产系统、多种储能装置、电锅炉、电热负荷集成为虚拟电厂,在用户侧,将基于电价型和激励型需求响应措施相结合,建立电热综合需求响应模型;然后,以最大化虚拟电厂运营利润为目标,采用机会约束模型描述风机、负荷预测的不确定性和内部功率平衡,并考虑各机组运行约束和网络安全约束;在合理控制和协调各组件出力的基础上生成调度方案,最后采用量子粒子群算法对模型进行求解。在算例中比较了不同需求响应方案对热电负荷曲线优化结果、网络安全、虚拟电厂经济性的影响,比较了不同置信水平下虚拟电厂的调度结果,从而验证了模型的可行性。     

计及风光不确定性的虚拟电厂多目标随机调度优化模型

为缓解风电和光伏发电不确定性对虚拟电厂稳定运行的影响,引入鲁棒随机优化理论,建立了计及不确定性和需求响应的虚拟电厂随机调度优化模型。首先,风力发电、光伏发电、燃气轮机发电,以及储能系统和需求响应集成为虚拟电厂,然后最大化虚拟电厂运营收益、最小化系统运行成本和弃能成本被作为目标函数,建立虚拟电厂调度优化模型。再应用鲁棒随机优化理论来转换光伏发电以及风力发电不确定性变量的约束条件,建立了虚拟电厂随机调度模型。最后,选择中国国电云南分布式电源示范工程为实例分析对象。分析结果显示：所提模型能够降低系统运行成本,双重鲁棒系数的引入能够为不同风险态度决策者提供灵活的虚拟电厂调度决策工具,协助应对风电和光伏发电的随机特性。储能系统能够借助自身充放电特性,替代燃气轮机发电机组为风电和光伏发电提供备用服务,促进风电和光伏发电并网。将需求响应纳入虚拟电厂能够实现发电侧与用电侧联动优化目标,平缓化用电负荷曲线,系统整体运营效益达到最佳。     

基于可控负荷提升风电接纳能力的优化调度

针对我国“三北”地区冬季供暖期的高热负荷、低电负荷问题,在构建多区域热电厂侧配置蓄热式电锅炉作为可控负荷的热电联合调度模型的基础上,利用改进的粒子群优化算法迭代寻优,对弃风电量供热、风电就地接纳、风电并网水平等问题进行探究。建立计及弃风因素与可控负荷影响的电网优化调度的双层优化模型:上层优化是可控负荷的负荷优化问题,通过优化调度可控负荷的方式,以可控负荷购电成本最小化为目标;下层优化是电网的发电优化问题,通过电网调度的方式,以全网发电成本最小化为目标,为上层优化提供电网实时电价。对所建模型进行算例仿真,通过KKT条件将双层优化模型转换为具有均衡约束的单层优化模型后使用MATLAB软件优化求解。结果表明:在负荷低谷的弃风时段蓄热及区域间协调送电供热能够高效利用蓄热罐的蓄放热能力,提升风电接纳与优化机组成本。     

考虑温控负荷需求响应的电热联合系统多阶段鲁棒调度方法

在发展新型电力系统的背景下,间歇性新能源占比不断增加,对电热联合系统的灵活性提出更高要求。提出了一种考虑温控负荷需求响应的电热联合系统多阶段鲁棒调度方法。首先建立考虑电热转换设备、温控负荷等多种灵活性资源的电热联合系统模型,并提出虚拟储能的概念对温控负荷进行建模。然后,将风电出力预测误差建模为盒式不确定集,以燃料成本、弃风惩罚、需求侧补偿综合成本最低为目标函数,提出了电热联合系统的多阶段鲁棒调度模型,在每一调度时段,均可根据风电的观测值,以最小化当前及后续时刻的总成本最大值为目标,调整后续调度计划,并通过鲁棒对偶动态规划算法求解该模型。最后,通过算例验证了所提方法的有效性。     

基于协调负荷调度模型的蓄热采暖解耦方法

中国“三北”地区冬季受煤电机组供热期、水电机组枯水期、风电机组大发期的相互叠加影响,出现巨额弃风和环境污染问题。将具有可控特性的蓄热电采暖作为调峰调度资源,在调峰困难时段降低CHP强迫出力并实现移峰填谷,增加风电冬季上网空间,形成源荷互动的负荷调度模式。首先研究CHP机组电-热耦合特性,然后构建风电-蓄热补偿的热电解耦方案,以系统运营成本最小和系统污染排放量最小为目标建立多目标负荷调度模型,最后采用修正多目标粒子群算法对模型进行求解,通过小生境技术保持Pareto解集的多样性。算例结果表明所构建的电锅炉蓄热式调度方案可以有效消纳风电,达到环境和经济指标的综合最优,具有较好的应用前景。     

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。     

考虑可再生能源不确定性的风-光-储-蓄多时间尺度联合优化调度

提出一种计及可再生能源不确定性的风电、光伏、电化学储能和变速抽水蓄能电站多能互补协同的优化调度方法。考虑电化学储能和变速抽水蓄能电站的互补调节特性,建立风-光-储-蓄联合运行的多时间尺度调度架构。在日前调度阶段,考虑风电和光伏出力的相关性,生成基于生成式对抗网络和峰值密度聚类算法的日前风光联合出力典型场景,综合考虑风光出力的不确定性和抽水蓄能电站与电化学储能的容量特性,建立面向调峰需求的随机优化日前调度模型;在日内优化阶段,以最小化弃风弃光与电网备用电能为目标,构建变速抽水蓄能电站出力修正方法,制定电化学储能日内调度计划;在实时校正阶段,基于模型预测控制方法,以日内优化调度结果为参考,对电化学储能出力进行精确控制,最小化风光预测误差的影响。算例分析结果表明,所提方法可以有效减小电网负荷峰谷差,平抑风光联合出力波动,提升可再生能源消纳率。     

电-热-氢综合能源系统鲁棒区间优化调度

该文采用鲁棒区间法挖掘电-热综合能源系统协调运行的潜力,以缓解风电功率的不确定性对电力系统的运行稳定性的影响,并构建风力发电与氢储能系统相结合的风-氢混合系统,考虑氢储能系统的热平衡需求,以充分发挥氢储能系统的储能效率,平抑风电的波动性。首先,介绍了考虑氢储能系统接入的电-热综合能源系统结构,并构建其数学模型;然后,以区间形式考虑风电的不确定性,构建含风电的鲁棒区间优化调度模型,使系统在所有风电出力允许区间内,均满足允许约束条件;再次,建立一种含风-氢混合系统的电-热综合能源系统鲁棒区间优化调度模型,采用对偶理论将原模型转化为单层模型进行求解,最坏情况下的风电不平衡功率由可调机组根据时变参与因子进行调整;最后,以PJM-5节点电力系统与6节点热力系统和辽宁省北部太和综合能源系统为例对所提模型进行分析,验证了模型的有效性。     

考虑源荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度

针对电气互联综合能源系统中不确定因素对运行调度带来的风险问题,提出一种考虑新能源负荷双重不确定性的电气互联综合能源系统分布鲁棒优化调度模型。以系统运行总成本最小为目标函数,建立电气互联综合能源系统随机规划模型,采用矩不确定分布鲁棒优化方法(DRO-MU),构建风电出力和电力负荷的矩不确定集合,在源荷双重不确定集合下将随机规划模型转化为矩不确定分布鲁棒优化模型,通过拉格朗日对偶原理将鲁棒模型转化为确定性的半正定规划模型进行求解。仿真结果表明,与不考虑或仅考虑新能源、负荷不确定性相比,考虑源荷双重不确定性的DRO-MU模型运行成本有所增加,但方案降低了不确定性因素给系统运行带来的风险,且更加符合实际。与随机优化方法和传统鲁棒方法相比,DRO-MU方法既保证了调度策略的鲁棒性,又克服了其过于保守的问题;随着源荷矩不确定集范围的增大,系统运行成本增加,通过合理设置二者矩不确定集范围,实现系统经济性与鲁棒性的平衡。