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  • 頭條主動配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化調度新方法,解決可再生能源出力不確定性問題
    2021-02-08 作者:葉暢 苗世洪 等  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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    導語華中科技大學電氣與電子工程學院強電磁工程與新技術國家重點實驗室、華中科技大學電氣與電子工程學院電力安全與高效湖北省重點實驗室、國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學研究院的研究人員葉暢、苗世洪、李姚旺、李超、徐斌,在2019年第19期《電工技術學報》上撰文(論文標題為“基于改進不確定邊界的主動配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化調度”),針對主動配電網(wǎng)中可再生能源出力不確定性問題,提出一種基于改進不確定邊界的主動配電網(wǎng)可調節(jié)魯棒優(yōu)化調度策略。 首先,引入可調節(jié)魯棒優(yōu)化方法,建立含壓縮空氣儲能和柔性負荷的主動配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經濟調度模型;然而,通過線性對偶理論和拉格朗日變換,將含不確定變量的魯棒優(yōu)化模型轉換為僅含確定變量的混合整數(shù)優(yōu)化模型;同時利用數(shù)學歸納法及不等式性質,通過數(shù)學推導提出基于改進不確定邊界的魯棒成本決策方法,并對含不確定變量約束的最大置信度進行定量分析,所提改進邊界改善了現(xiàn)有不確定邊界的保守度,并具有較好的求解特性,可有效地保證系統(tǒng)魯棒性和經濟性之間的協(xié)調關系;最后,采用算例驗證了所提調度策略的有效性和合理性。

    主動配電網(wǎng)(Active Distribution Network, ADN)作為解決大規(guī)模分布式能源接入以及配電網(wǎng)優(yōu)化運行問題的有效解決方案,已成為近年來的研究熱點。隨著各類可再生能源發(fā)電(Renewable Energy Generation, REG)、柔性負荷、儲能及新型電力電子控制裝置的大規(guī)模接入,ADN的控制及調度變得更加靈活而復雜。

    通常,在ADN調度決策過程中,REG可通過特定的預測算法得到相應的預測出力數(shù)據(jù)。但REG固有的出力波動性和隨機性通常會導致預測出力偏差較大,影響優(yōu)化調度的結果。為解決該問題,近年來研究者提出了多種REG出力不確定性處理方法。

    • 有學者提出利用區(qū)間描述不確定性,并采用區(qū)間序關系模型轉換方法,將基于區(qū)間不確定性的優(yōu)化模型轉換為一般確定性模型。
    • 有學者則利用模糊隨機理論對REG出力不確定性進行描述,并建立了基于模糊隨機機會約束的優(yōu)化調度模型。
    • 隨著多狀態(tài)隨機場景建模技術的發(fā)展,有學者基于馬爾可夫鏈的多場景技術對REG出力進行模擬,并利用聚類思想得到典型場景用于ADN優(yōu)化調度。

    然而,無論是隨機機會約束法還是場景分析法均需要采集大量數(shù)據(jù)樣本,以得到較為準確的REG出力概率曲線,從而導致問題進一步復雜化。魯棒優(yōu)化方法因其不需要已知確定的概率分布,僅需利用不確定集描述REG出力不確定性范圍,并通過優(yōu)化手段得到“最惡劣”場景下系統(tǒng)的調度方案,因此更加符合實際應用需求。

    如有學者通過建立一定保守度下的不確定時序場景集,以棄風、棄光和失負荷最少為優(yōu)化目標,構建了主動配電網(wǎng)分層魯棒規(guī)劃模型。有學者引入魯棒測度表征微電網(wǎng)中不確定性因素的特性,構建了微電網(wǎng)魯棒經濟與環(huán)境優(yōu)化調度模型。

    目前,根據(jù)不確定集的類型,魯棒優(yōu)化方法通??煞譃閳鼍棒敯魞?yōu)化方法、盒式魯棒優(yōu)化方法及橢球魯棒優(yōu)化方法。其中,盒式魯棒優(yōu)化的不確定集是一個線性約束,當目標函數(shù)及約束條件也是線性函數(shù)時,該方法能保證模型得到快速有效求解,但通常會使得優(yōu)化結果過于保守。因此,D.Bertsimas等提出了一種基于“魯棒成本(the price of robustness)”的可調節(jié)魯棒優(yōu)化方法,利用該方法可通過調整魯棒成本,協(xié)調優(yōu)化經濟性和魯棒性之間的平衡,以滿足實際需求。

    現(xiàn)階段,已有研究將可調節(jié)魯棒優(yōu)化方法應用于電網(wǎng)調度中,但其大都將研究重點放在魯棒模型的轉換和求解上,未對系統(tǒng)經濟性和魯棒性的平衡作深入研究,同時也未進一步深入探討REG接入數(shù)量、調度成本和系統(tǒng)魯棒性之間的協(xié)調關系。

    鑒于以上研究現(xiàn)狀,本文考慮儲能系統(tǒng)及柔性負荷接入,采用基于魯棒成本的可調節(jié)魯棒優(yōu)化方法處理REG出力不確定性,構建主動配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經濟調度模型。通過線性對偶理論和拉格朗日變換,將其轉換為常規(guī)混合整數(shù)線性優(yōu)化問題。同時通過嚴格的數(shù)學推導,提出了基于改進不確定邊界的魯棒成本決策方法,并對含不確定變量約束的最大置信度進行了定量分析。

    該改進邊界相比于現(xiàn)有魯棒優(yōu)化邊界而言,不僅具有較小的保守度,同時還具有較好的求解特性。最后,采用算例對所提調度策略進行了仿真分析及驗證。

    結論

    為了解決可再生能源出力不確定性問題,本文引入可調節(jié)魯棒優(yōu)化方法,構建了主動配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經濟調度模型,并利用線性對偶理論和拉格朗日變換,將其轉換為僅含確定變量的混合整數(shù)線性優(yōu)化問題,該問題可直接采用商業(yè)軟件CPLEX進行求解。同時通過一系列數(shù)學推導,提出了基于改進不確定邊界的魯棒成本決策方法。利用該方法,可靈活選取系統(tǒng)魯棒成本大小,有效協(xié)調系統(tǒng)經濟性和魯棒性要求。

    算例表明,在約束被滿足概率相同的情況下,采用基于改進不確定邊界的魯棒優(yōu)化方法,得到的調度結果經濟性更優(yōu)。本文提出的改進不確定邊界不僅具有較小的保守度,同時具有較好的求解特性,可有效避免因保守度過小而難以得到優(yōu)化解的問題,具有一定的實際應用價值。