一種考慮間歇性能源不確定性的最優(yōu)誤差邊界的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種考慮間歇性能源不確定性的最優(yōu)誤差邊界的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，基于準(zhǔn)確負(fù)荷預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)度體系已不再適用。 傳統(tǒng)調(diào)度方法通過(guò)直接預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用來(lái)消納適應(yīng)風(fēng)電波動(dòng)，但足以保證系統(tǒng)安全的備用量 不易精確獲取。更好的解決方法是隨機(jī)優(yōu)化技術(shù)，根據(jù)概率密度分布函數(shù)隨機(jī)模擬風(fēng)電的 出力，獲得統(tǒng)計(jì)意義上的最優(yōu)期望成本。但為保證準(zhǔn)確性需考慮很多場(chǎng)景，計(jì)算效率受到限 制。
[0003]近年來(lái)，魯棒調(diào)度受到廣泛關(guān)注。在給定參數(shù)不確定性變化范圍的情況下，該方法 尋求一個(gè)最優(yōu)解，使得約束條件在不確定參數(shù)的所有可能取值下均得到滿足。
[0004]《不確定運(yùn)行條件下電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度的基礎(chǔ)研究》構(gòu)建了魯棒調(diào)度的一般性模 型，指出場(chǎng)景束約束使魯棒調(diào)度區(qū)別于確定性調(diào)度方式。
[0005]《RobustEconomicDispatchConsideringRenewableGeneration》基于零和博 弈理論建立魯棒調(diào)度模型，該模型為極大極小問(wèn)題，通過(guò)采用一種松弛算法求解該模型并 得到了較好的收斂結(jié)果。
[0006]《電力系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度》把魯棒調(diào)度問(wèn)題歸結(jié)為"魯棒可行性"問(wèn)題，通過(guò)逐次產(chǎn) 生割平面不斷排除非魯棒可行點(diǎn)，最終獲得可靠的調(diào)度策略。上述文章分別從不同的切入 點(diǎn)建立魯棒調(diào)度模型，但當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)數(shù)目變多時(shí)，模型的復(fù)雜程度將急劇上升。
[0007]《多風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)時(shí)安全約束機(jī)組組合的混合整數(shù)規(guī)劃解法》、《基于極限場(chǎng)景集的 風(fēng)電機(jī)組安全調(diào)度決策模型》采用基于極限場(chǎng)景法的魯棒機(jī)組組合模型，較好地解決了當(dāng) 風(fēng)電場(chǎng)個(gè)數(shù)變多時(shí)模型復(fù)雜度急劇上升的問(wèn)題。《多風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)時(shí)安全約束機(jī)組組合的混 合整數(shù)規(guī)劃解法》證明了調(diào)度計(jì)劃只要能適應(yīng)2n個(gè)極限場(chǎng)景，必然能適應(yīng)其余的誤差場(chǎng)景 (η為風(fēng)電場(chǎng)個(gè)數(shù)）?！痘跇O限場(chǎng)景集的風(fēng)電機(jī)組安全調(diào)度決策模型》是該方法的進(jìn)一步 應(yīng)用。根據(jù)線性區(qū)間優(yōu)化理論，《水-火-風(fēng)協(xié)調(diào)優(yōu)化的全景安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度》、《Unit com-mitmentwithvolatilenodeinjectionsbyusingintervalop-timization〉〉進(jìn)一 步簡(jiǎn)化調(diào)度模型，僅考慮最小場(chǎng)景和最大場(chǎng)景，雖然模型偏于保守但能大大提高計(jì)算效率。 基于極限場(chǎng)景法和線性區(qū)間優(yōu)化的魯棒調(diào)度均要求輸入風(fēng)電的誤差邊界，以此來(lái)生成極限 場(chǎng)景集。最極端的情況，魯棒調(diào)度涵蓋所有的可能性（考慮風(fēng)電從零到最大技術(shù)出力之間 的任意波動(dòng)），但存在過(guò)于保守、對(duì)目標(biāo)函數(shù)犧牲過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，上述文章通過(guò)給定一 個(gè)小于1的置信概率來(lái)獲取風(fēng)電的誤差邊界。該誤差邊界忽略了某些小概率的極端波動(dòng)情 況，使調(diào)度方案能適應(yīng)絕大部分的風(fēng)電波動(dòng)并能得到相對(duì)較優(yōu)的發(fā)電成本。但該方法主觀 性較強(qiáng)，缺乏定量分析誤差邊界的大小對(duì)魯棒調(diào)度的影響。
[0008]《考慮可再生能源出力不確定性的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化魯棒模型》、《含風(fēng)電場(chǎng)電力系 統(tǒng)的模糊魯棒優(yōu)化調(diào)度》均涉到誤差邊界的概念，但模型中仍采用固定的誤差邊界。
[0009]《消納大規(guī)模風(fēng)電的魯棒區(qū)間經(jīng)濟(jì)調(diào)度（二）不確定集合構(gòu)建與保守度調(diào)節(jié)》通過(guò) 分析誤差邊界對(duì)魯棒調(diào)度的影響，提出了滿足一定置信水平的誤差邊界選取方法，使得調(diào) 度人員可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)偏好來(lái)控制魯棒調(diào)度策略的保守度。誤差邊界的大小反映了調(diào)度方案 的"魯棒邊界"，直接影響了調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和魯棒性。
[0010] 上述文章仍沒(méi)有提出一種綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和魯棒性兩方面因素的誤差邊界優(yōu)化 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種考慮間歇性能源不確定性的最優(yōu) 誤差邊界的確定方法，其能夠解決電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和魯棒性的沖突問(wèn)題。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮間歇性能源不確定性的最優(yōu)誤差邊界 的確定方法，其包括如下步驟：
[0013] A、采用場(chǎng)景法描述新能源出力的不確定性；
[0014] B、建立電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度模型；
[0015] C、根據(jù)新能功率源預(yù)測(cè)誤差概率密度分布函數(shù)進(jìn)行棄風(fēng)和切負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從 而建立誤差邊界優(yōu)化模型；
[0016] D、構(gòu)建雙層優(yōu)化算法并求解最優(yōu)誤差邊界。
[0017] 本發(fā)明的方法適用于在間歇性電源大規(guī)模并網(wǎng)的情況下如何制定保證電網(wǎng)安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的調(diào)度方案的領(lǐng)域。
[0018] 步驟A中，采用場(chǎng)景法描述新能源出力的不確定性。
[0019] 新能源的功率預(yù)測(cè)存在較大的誤差，每一種可能的出力描述為一個(gè)調(diào)度場(chǎng)景。以 W個(gè)風(fēng)電場(chǎng)為例，則場(chǎng)景81為風(fēng)電場(chǎng)的某一種出力組合，即
[0020] Sl= [PW(1)，PW(2)，...，Pw(w)，...，Pw(W)] (1)
[0021] 由于風(fēng)電在誤差邊界內(nèi)的出力是連續(xù)隨機(jī)的，因此任意時(shí)刻場(chǎng)景s1的個(gè)數(shù)是無(wú)窮 的，記NSl為場(chǎng)景個(gè)數(shù)，風(fēng)電出力為預(yù)測(cè)值記為預(yù)測(cè)場(chǎng)景s。，風(fēng)電出力不等于預(yù)測(cè)值記為誤 差場(chǎng)景sji=l，2，...，NSl)。
[0022] 在調(diào)度模型中，包含風(fēng)電出力的約束項(xiàng)包括功率平衡約束和線路潮流約束。如 何保證系統(tǒng)在所有場(chǎng)景Sl都滿足功率平衡及線路潮流不越限是關(guān)鍵問(wèn)題。換言之，通過(guò) 制定合適的常規(guī)機(jī)組發(fā)電計(jì)劃來(lái)應(yīng)對(duì)各種誤差場(chǎng)景。假設(shè)時(shí)刻h預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的發(fā)電計(jì)劃 為P(s。，h)。當(dāng)發(fā)生誤差場(chǎng)景^時(shí)，需要另外的發(fā)電計(jì)劃才能保證系統(tǒng)功率平衡和線路潮 流不越限，該發(fā)電計(jì)劃記為P(Sl，h)。由于機(jī)組的爬坡率限制，要求預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的發(fā)電計(jì)劃 P(s。，h)在調(diào)整時(shí)間的約束下過(guò)渡到誤差場(chǎng)景下的發(fā)電計(jì)劃P(Sl，h)。
[0023] 步驟B中，建立電力系統(tǒng)魯棒調(diào)度模型如下所示：
[0024] 魯棒機(jī)組組合模型綜合考慮風(fēng)、光、火、水、氣、核、抽水蓄能多種類型能源，考慮各 類電源的運(yùn)行成本及排放的環(huán)境成本，以預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的發(fā)電成本和環(huán)境成本之和為目標(biāo)函 數(shù)，約束方程包括預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的相關(guān)約束和誤差場(chǎng)景下的相關(guān)約束兩個(gè)部分。
[0025] (1)目標(biāo)函數(shù)
[0026] min.F(g，t)=Sn+Sq+Sx+Sun+Suq+Sen ⑵
[0027] 式中，Sn、Sq、Sx分別為火電、氣電、核電的可變運(yùn)行成本，Sun為火電機(jī)組啟停成本， Suq為氣電機(jī)組啟停成本，S為火電與氣電的環(huán)境成本。
[0029]
[0028] (2)預(yù)測(cè)場(chǎng)景下的約束
[0030]
[0031]
[0032] 式中，式（3)為功率平衡約束，#和g分別為時(shí)段t下常規(guī)機(jī)組η和新能源機(jī)組w 的出力，駕為負(fù)荷大??；式（4)為旋轉(zhuǎn)備用約束，€_、為常規(guī)機(jī)組出力上限，L%為負(fù)荷對(duì)旋 轉(zhuǎn)備用的需求；式（5)為線路潮流約束，L(l)為線路1的潮流限制，丫"和γw分別為常規(guī) 機(jī)組η和新能源機(jī)組w在線路1上的功率分布因子。
[0033] 此外，還需考慮各類型機(jī)組的物理約束，具體如下：
[0034]a)火電機(jī)組相關(guān)約束
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]式中，式（6)為火電機(jī)組的成本函數(shù)，An、Bn、Cn為成本系數(shù)，< 為火電機(jī)組η在時(shí) 段t的出力；式（7)為火電機(jī)組上下限約束，Ρη_、Ρ_χ*別為火電機(jī)組η的最小出力與最 大出力；式⑶為火電機(jī)組的爬坡率約束，run為火電機(jī)組η的向上爬坡率，rdn為火電機(jī)組 η的向下爬坡率；式（9)和式（10)為火電機(jī)組的開(kāi)關(guān)機(jī)約束，Td(n)、Tu(n)為火電機(jī)組η的 最小關(guān)機(jī)、開(kāi)機(jī)時(shí)間。
[0041]b)氣電機(jī)組相關(guān)約束
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 式中，式（11)為氣電機(jī)組的成本函數(shù)，Aq、Bq、Cq為成本系數(shù)，Pqt為氣電機(jī)組q在 時(shí)段t的出力；式（12)為氣電機(jī)組上下限約束，Pq_、Pq_分別為氣電機(jī)組q的最小出力與 最大出力；式（13)為氣電機(jī)組的爬坡率約束，ruq為氣電機(jī)組q的向上爬坡率，rdq為氣電機(jī) 組q的向下爬坡率；式（14)和式（15)為氣電機(jī)組的開(kāi)關(guān)機(jī)約束，Td(q)、Tu(q)為氣電機(jī)組 q的最小關(guān)機(jī)、開(kāi)機(jī)時(shí)間；式（16)為氣量約束，Qq為因氣量限制氣電廠一天的最大發(fā)電量。
[0049] c)水電機(jī)組相關(guān)約束
[0050]