CN114050609A - 一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度方法,用于解决高比例新能源电力系统中风力发电和光伏发电出力的不确定性对系统运行调度的影响。本发明首先通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集。然后,构造以系统运行经济性最优为目标的高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,并构建模型约束条件;采用场景法以及引入辅助变量来求解高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,能够优化高比例新能源电力系统的能量调度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统电源调度领域,特别涉及计及新能源不确定性的电力系统优化调度方法。
背景技术
目前,由于新能源具有较高的低碳效益,新能源发电在我国发展迅猛,研究表明尽管风电、光伏发电储量巨大、干净清洁,但往往具有很强的随机性,单独并网会对电网造成很大的冲击,不利于电网的稳定运行。风电站和光伏电站发电的这种随机性,同时也会导致风电和光伏发电的效能低下,不仅造成了巨大的浪费,也导致新能源发电这种清洁干净的能源一直无法广泛的应用于电力系统中。另一方面随着国内可再生能源装机容量的快速发展,新能源在电力系统中的占比快速增大,但是高比例新能源接入后,带来了波动性、随机性等不确定性因素,负荷低谷期地区电网潮流倒送功率过大且波动剧烈,可能引起电压波动、设备过载、电能质量下降等问题,新能源消纳面临挑战。
为妥善处置当下新能源发展速度明显快于电网建设和用电负荷增长速度的现实问题,对含高比例新能源的地区电网电力时序生产进行模拟以及研究运行优化辅助决策技术能够有效的解决新能源发电的不合理浪费,提升新能源的消纳能力,避免新能源并网对电网的稳定安全运行造成危害,强化资源高效清洁利用。鲁棒优化作为一种处理不确定性的方法,相比于备用准测法、随机优化及机会约束规划,具有无需知道不确定参数概率分布、计算快捷、规避风险能力好等优点,成为电力系统等领域的不确定性优化问题的重要研究方法。通过自适应鲁棒优化的方法处理新能源系统的不确定性,以实现系统调度对新能源发电不确定性的自适应调整,能够有效促进可再生能源的消纳,降低系统的成本。
发明内容
发明目的:针对以上问题,本发明提出一种高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度方法,从而提高了算法的求解效率。
技术方案:为实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案是:一种高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度方法,包括如下步骤:
步骤1,高比例新能源电力系统的优化调度需要考虑新能源不确定性的影响:通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集;
步骤2,构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,将日前能量—备用调度作为第一阶段决策、实时功率平衡调整作为第二阶段决策,建立高比例新能源电力系统自适应鲁棒三层优化调度模型;
步骤3,构建模型约束条件所述约束条件包括:常规机组约束、ESS约束、系统功率平衡约束、网络约束、新能源出力约束;
步骤4,根据所述步骤3的约束条件,对所述步骤2中的高比例新能源电力系统自适应鲁棒模型进行计算,得到高比例新能源电力系统最优调度策略。
进一步的,在所述步骤1中通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集。
进一步的,在所述步骤2中构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,包括日前能量-备用调度成本和实时能量调整成本,其目标函数表示为:
式中,T为模拟调度周期的时段数;分别为t时段常规机组的运行成本、储能运行成本、新能源出力成本、备用成本和风光储的环境效益,下标0表示基准场景,下同;NG表示机组数量s表示可能出现的不确定场景;Ωs表示所有不确定性可能出现的场景集合;分别表示机组、储能、风电、光伏的实时调整量;s代表不确定场景,下同。λi、λW、λPV分别表示常规机组和风光机组的成本系数;βESS、βW、βPV分别表示储能、风电、光伏的环境效益
常规机组的运行成本可以表示为:
式中,表示机组t时段的出力所需煤耗;λcoal、λi、分别表示燃煤成本、机组i的固定成本、启动成本;布尔变量μ0,i,t表示机组i在t时段是否运行,0表示不运行,1表示运行;布尔变量表示机组i在t时段是否启机,0表示不启机,1表示启机;分别表示机组SO2和NOx的排放量;kS、kN分别表示单位煤燃烧产生的SO2和NOx;ηS、ηN分别表示机组脱除SO2和NOx的效率;JN、JS分别表示SO2和NOx污染当量数;λEN表示污染税额。
储能电站的运行成本可以表示为:
系统备用成本可以表示为:
风光出力成本可以表示为:
风光储环境效益可以表示为:
进一步的,在步骤3中设立了高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度模型的约束条件,包括以下约束条件:
(1)常规机组约束条件:
式中,Pi G,max,Pi G,min分别表示常规机组i的最大技术出力和最小技术出力;μ0,i,t为布尔变量,表示常规机组i在t时刻的运行状态,0表示机组处于关机状态,1表示机组处于运行状态;Pi G,U,Pi G,D表示机组i的上爬坡率和下爬坡率;为布尔变量,表示机组i在t时刻的启机状态,0表示未处于启机状态,1表示处于启机状态;为布尔变量,表示机组i在t时刻的停机状态,0表示未处于停机状态,1表示处于停机状态;Ti on,Ti off分别表示机组i的最小开机时间和最小停机时间;
(2)电储能系统(ESS)约束条件:
(3)新能源出力约束条件:
(4)系统功率平衡约束
(5)网络约束
-1≤θ0,m,t≤1 (36)
式中,n表示母线节点;表示与母线节点m相连的常规机组集合;表示与母线节点m相连的风电机组集合;表示与节点m相连的光伏机组集合;Ωm表示与节点m相连的其它节点;θ0,m,t,θ0,n,t分别表示母线节点m,n的节点电压相角;xm,n表示节点m和节点n所连支路的阻抗值;表示支路mn传输功率上限。
进一步的,根据步骤3中的约束条件,在Gams中调用求解器进行求解,得到高比例新能源系统的最优化调度策略。
有益效果:与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益的技术效果:本发明基于鲁棒优化,建立了高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度模型,能够有效促进可再生能源的消纳,提高系统的经济性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的流程图;
图2是30节点系统结构图;
图3(a)是系统运行费用优化结果图,图3(b)是系统储能效益对比图;
图4是系统备用容量优化结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤1,高比例新能源电力系统的优化调度需要考虑新能源不确定性的影响:通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集;
步骤2,构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,将日前能量—备用调度作为第一阶段决策、实时功率平衡调整作为第二阶段决策,建立高比例新能源电力系统自适应鲁棒三层优化调度模型;
步骤3,构建模型约束条件所述约束条件包括:常规机组约束、ESS约束、系统功率平衡约束、网络约束、新能源出力约束;
步骤4,根据所述步骤3的约束条件,对所述步骤2中的高比例新能源电力系统自适应鲁棒模型进行计算,得到高比例新能源电力系统最优调度策略。
在所述步骤1中通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集。
在所述步骤2中构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,包括日前能量-备用调度成本和实时能量调整成本,其目标函数表示为:
式中,T为模拟调度周期的时段数;分别为t时段常规机组的运行成本、储能运行成本、新能源出力成本、备用成本和风光储的环境效益,下标0表示基准场景,下同;NG表示机组数量s表示可能出现的不确定场景;Ωs表示所有不确定性可能出现的场景集合;分别表示机组、储能、风电、光伏的实时调整量;s代表不确定场景,下同。λi、λW、λPV分别表示常规机组和风光机组的成本系数;βESS、βW、βPV分别表示储能、风电、光伏的环境效益
常规机组的运行成本可以表示为:
式中,表示机组t时段的出力所需煤耗;λcoal、λi、分别表示燃煤成本、机组i的固定成本、启动成本;布尔变量μ0,i,t表示机组i在t时段是否运行,0表示不运行,1表示运行;布尔变量表示机组i在t时段是否启机,0表示不启机,1表示启机;分别表示机组SO2和NOx的排放量;kS、kN分别表示单位煤燃烧产生的SO2和NOx;ηS、ηN分别表示机组脱除SO2和NOx的效率;JN、JS分别表示SO2和NOx污染当量数;λEN表示污染税额。
储能电站的运行成本可以表示为:
系统备用成本可以表示为:
风光出力成本可以表示为:
风光储环境效益可以表示为:
在步骤3中设立了高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度模型的约束条件,包括以下约束条件:
(1)常规机组约束条件:
式中,Pi G,max,Pi G,min分别表示常规机组i的最大技术出力和最小技术出力;μ0,i,t为布尔变量,表示常规机组i在t时刻的运行状态,0表示机组处于关机状态,1表示机组处于运行状态;Pi G,U,Pi G,D表示机组i的上爬坡率和下爬坡率;为布尔变量,表示机组i在t时刻的启机状态,0表示未处于启机状态,1表示处于启机状态;为布尔变量,表示机组i在t时刻的停机状态,0表示未处于停机状态,1表示处于停机状态;Ti on,Ti off分别表示机组i的最小开机时间和最小停机时间;
(2)电储能系统(ESS)约束条件:
(3)新能源出力约束条件:
(4)系统功率平衡约束
(5)网络约束
-1≤θ0,m,t≤1 (36)
式中,n表示母线节点;表示与母线节点m相连的常规机组集合;表示与母线节点m相连的风电机组集合;表示与节点m相连的光伏机组集合;Ωm表示与节点m相连的其它节点;θ0,m,t,θ0,n,t分别表示母线节点m,n的节点电压相角;xm,n表示节点m和节点n所连支路的阻抗值;表示支路mn传输功率上限。
本实施例以常规机组、风电机组、光伏机组、ESS构成系统电源侧,调度周期设置为1天,分为24个时段。
常规机组的具体参数见表1,电储能系统的具体参数见表2,其它相关参数见表3,算例30节点系统节构见图2。
表1机组参数
表2电储能系统参数
表3系统其它参数
图3给出了系统费用优化结果,图4给出了系统备用容量优化结果。
以上仿真结果验证了本发明的有效性和实用性。根据能源优化调度结果发现,该发明相比确定性方法能获得更高的经济收益。通过考虑新能源出力的不确定性进行系统能量调度,能够有效的促进可再生能源的消纳,提高常规能源厂商对可再生能源的认购;此外,通过储能来应对新能源的消纳问题,能够有效的提高系统消纳能力和经济性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:
步骤1,高比例新能源电力系统的优化调度需要考虑新能源不确定性的影响:通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集;
步骤2,构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,将日前能量—备用调度作为第一阶段决策、实时功率平衡调整作为第二阶段决策,建立高比例新能源电力系统自适应鲁棒三层优化调度模型;
步骤3,构建模型约束条件所述约束条件包括:常规机组约束、ESS约束、系统功率平衡约束、网络约束、新能源出力约束;
步骤4,根据所述步骤3的约束条件,对所述步骤2中的高比例新能源电力系统自适应鲁棒模型进行计算,得到高比例新能源电力系统最优调度策略。
2.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,其特征在于:
在所述步骤1中通过蒙特卡洛模拟依据有限的新能源历史数据,生成新能源出力的不确定场景集。
3.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,其特征在于:
在所述步骤2中构建以高比例新能源电力系统日运行总成本最小为目标函数,包括日前能量-备用调度成本和实时能量调整成本,其目标函数表示为:
式中,T为模拟调度周期的时段数;分别为t时段常规机组的运行成本、储能运行成本、新能源出力成本、备用成本和风光储的环境效益,下标0表示基准场景,下同;NG表示机组数量s表示可能出现的不确定场景;Ωs表示所有不确定性可能出现的场景集合;分别表示机组、储能、风电、光伏的实时调整量;s代表不确定场景,下同。λi、λW、λPV分别表示常规机组和风光机组的成本系数;βESS、βW、βPV分别表示储能、风电、光伏的环境效益;
常规机组的运行成本可以表示为:
式中,表示机组t时段的出力所需煤耗;λcoal、λi、λi su分别表示燃煤成本、机组i的固定成本、启动成本;布尔变量μ0,i,t表示机组i在t时段是否运行,0表示不运行,1表示运行;布尔变量表示机组i在t时段是否启机,0表示不启机,1表示启机;分别表示机组SO2和NOx的排放量;kS、kN分别表示单位煤燃烧产生的SO2和NOx;ηS、ηN分别表示机组脱除SO2和NOx的效率;JN、JS分别表示SO2和NOx污染当量数;λEN表示污染税额。
储能电站的运行成本可以表示为:
系统备用成本可以表示为:
风光出力成本可以表示为:
风光储环境效益可以表示为:
4.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,其特征在于:
在步骤3中设立了高比例新能源电力系统的自适应鲁棒日前优化调度模型的约束条件,包括以下约束条件:
(1)常规机组约束条件:
式中,Pi G,max,Pi G,min分别表示常规机组i的最大技术出力和最小技术出力;μ0,i,t为布尔变量,表示常规机组i在t时刻的运行状态,0表示机组处于关机状态,1表示机组处于运行状态;Pi G,U,Pi G,D表示机组i的上爬坡率和下爬坡率;为布尔变量,表示机组i在t时刻的启机状态,0表示未处于启机状态,1表示处于启机状态;为布尔变量,表示机组i在t时刻的停机状态,0表示未处于停机状态,1表示处于停机状态;Ti on,Ti off分别表示机组i的最小开机时间和最小停机时间;
(2)电储能系统ESS约束条件:
(3)新能源出力约束条件:
(4)系统功率平衡约束
(5)网络约束
-1≤θ0,m,t≤1 (36)
5.根据权利要求1所述的一种高比例新能源电力系统自适应鲁棒日前优化调度模型,其特征在于:
根据步骤3中的约束条件,在Gams中调用求解器进行求解,得到高比例新能源系统的最优化调度策略。
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