考虑新能源发电不确定性的智能配电网优化调度研究

摘要

以风电、光伏发电为代表的新能源发电技术由于具有清洁、低碳、可再生等优点，为开展节能减排提供了强大的支撑。小容量、分布式接入是新能源发电并网运行的一种有效形式。一方面，新能源发电可以提高配电网运行的经济性和降低污染物排放，给配电网运行带来积极效果;另一方面，一些情况会增加配网线路损耗和带来节点过电压等安全问题，影响新能源电源的利用率。因此，需要采取合理的调度策略以降低负面影响。
　　基于此，本文立足于智能配电网分布式发电调度管理需求，依次考虑新能源发电的概率特性和区间特性，从配电网随机调度、区间调度、混合型调度等三个方面对智能配电网运行调度开展了比较深入的研究，具体工作如下:
　　提出了一种基于机会规划理论的配电网多目标随机调度方法。该方法考虑正态分布的风力发电，以网损期望值和N-1故障下运行风险为目标，可以保证线路视在功率潮流、节点电压幅值、平衡节点功率等约束至少以预设概率水平得到满足，因此运行调度人员可以通过预设概率水平对配电网的运行经济性和安全性进行权衡取舍。采用基于两点估计法的概率潮流算法和多目标群搜索算法，实现了该多目标随机调度问题的求解。
　　提出了一种基于运行鲁棒性的配电网随机调度方法。该配电网随机调度方法通过一种改进两点估计法，确保有限概率信息条件下运行调度方案对分布式新能源发电等不确定性因素具有很高的“免疫性”，即尽可能保证分布式新能源发电的变化不产生配电网安全约束越限，因此运行调度方案具有很高的运行鲁棒性。此外，该方法要求网损标准差与期望的比值必须满足一定限值，因此，运行人员可以通过该方法控制网损的分散范围。
　　提出了一种基于两阶段随机规划的配电网随机调度方法，用于解决前述研究无法考虑风电实际值和风电调度值之间偏差给配电网运行经济性和安全性的影响。该方法将配电网调度划分两阶段:第一阶段和第二阶段。在第一阶段，运行人员在未知风电实际值的情况下开展风电调度;进入第二阶段，运行人员掌握了风电实际值，据此进一步评估风电实际值和风电调度值之间偏差可能导致的弃风成本、备用成本、运行风险等“追索成本”，并将其与风电调度成本一起综合考虑作为评估调度方案的依据。仿真结果表明，该随机调度方法可以以较小的成本代价提升配电网的安全水平，有效的减少系统安全约束的确定性越限和接近越限个数。
　　提出了一种基于机会规划和运行鲁棒性的配电网不确定性调度方法，用于同时考虑正态分布的节点负荷和区间分布的分布式新能源发电。首先基于节点负荷正态分布和分布式可再生新能源发电的区间分布，分别推导了平衡节点有功功率和无功功率、节点电压的机会约束解析表达式和线路视在功率的鲁棒约束解析表达式。在基础上，依托前述机会约束和鲁棒约束，提出了以预测场景（可再生新能源发电和负荷取预测值）的线路损耗为目标函数的不确定性调度方法。因此，该方法可以在优化预测场景网损的同时，保证线路视在功率潮流具有鲁棒性，节点电压和平衡节点功率能够至少以某一概率水平得到满足。
　　提出了一种基于区间优化的配电网区间调度方法，用于同时考虑节点负荷和分布式新能源发电的区间分布，以及线路电流限值等运行参数的不确定性。该方法以网损区间数为优化目标，将线路电流、节点电压、供电点功率等运行约束处理为区间约束，因此能够很好的反映实际配电网运行中存在的数据不足、参数不够精确等问题。将前述区间调度问题转化为确定性调度问题，通过区间潮流算法和改进群搜索算法实现了该区间调度问题的求解。
　　本文针对智能配电网小时级不确定性调度，提出了分别适用于不同的可再生新能源发电不确定性信息（譬如概率信息和区间分布信息）的不确定调度方法，在智能配电网小时级不确定性调度领域具有比较广阔的应用前景。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．1．1 智能配电网

1．1．2 分布式新能源发电

1．2 可再生新能源发电不确定性概述

1．2．1 风电出力不确定性

1．2．2 光伏发电出力不确定性

1．3 考虑分布式新能源发电不确定性的智能配电网调度研究现状

1．3．1 小时级／分钟级不确定性调度

1．3．2 配网日前不确定性调度

1．3．3 智能配电网不确定性调度存在的问题

1．4 本文主要工作

1．4．1 课题来源

1．4．2 论文主要内容

第2章 基于机会规划的配网三相最优潮流调度方法

2．1 概述

2．2 机会规划理论

2．3 基于机会规划的配电网三相不平衡最优潮流模型

2．3．1 目标函数

2．3．2 变量

2．3．3 等式约束

2．3．3 不等式约束

2．4 模型求解

2．4．1 Pareto优化

2．4．2 多目标群搜索算法

2．4．3 基于两点估计法的三相概率潮流

2．5 算例分析

2．5．1 蒙特卡洛验证

2．5．2 概率水平对三相不平衡随机调度的影响

2．5．3 预测误差对三相不平衡随机调度问题的影响

2．5．4 渗透率水平对三相不平衡随机调度问题的影响

2．5．5 计算效率分析

2．6 小结

第3章 基于运行鲁棒性的配电网随机调度方法

3．1 概述

3．2 运行鲁棒性

3．3 基于运行鲁棒性的配电网随机调度模型

3．3．1 目标函数

3．3．2 网损分散性约束

3．3．3 决策变量约束

3．3．4 安全约束

3．3．5 潮流约束

3．3．6 风电模型

3．4 模型求解方法

3．4．1 等效的数学模型

3．4．2 粒子群算法

3．4．2 改进两点估计法

3．4．4 算法流程图

3．5 算例分析

3．5．1 仿真系统设置

3．5．2 改进两点估计法与原始两点估计法算法的对比

3．5．3 分散性阀值对运行成本的影响分析

3．5．4 风速概率参数对运行成本的影响分析

3．6 小结

第4章 基于两阶段随机规划的配网随机风电调度

4．1 概述

4．2 两阶段随机规划理论

4．3 考虑风险的配电网两阶段随机风电调度模型

4．3．1 第二阶段运行风险

4．3．2 考虑风险的两阶段风电调度数学模型

4．4 模型求解方法

4．5 算例分析

4．5．1 参数设置

4．5．2 风险与运行成本之间的关系

4．5．3 考虑风险的优势

4．6 小结

第5章 混合机会规划和运行鲁棒性的配网调度方法

5．1 概述

5．2 概率型约束

5．2．1 概率型平衡节点功率约束

5．2．2 概率型节点电压约束

5．3 鲁棒型约束

5．4 混合机会规划和鲁棒优化的配网风电调度模型

5．4．1 目标函数

5．4．2 等式约束

5．4．3 不等式约束

5．5 模型求解方法

5．6 算例分析

5．6．1 33节点统分析

5．6．2 印度85节点配电网分析

5．7 小结

第6章 基于区间数优化的配网不确定性调度方法

6．1 概述

6．2 区间数优化理论简介

6．2．1 区间数

6．2．2 区间数优化

6．3 配电网区问调度模型

6．3．1 数学模型

6．3．2 等效的确定性模型

6．4 模型求解方法

6．4．1 区间潮流

6．4．2 改进GSO算法

6．4．3 算法流程

6．5 算例分析

6．5．1 国外配电网分析

6．5．2 中国某南方配电网分析

6．6 小结

第7章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 下一步开展的工作

参考文献

致谢

附录A 攻读博士学位期间取得的研究成果

附录B 攻读博士学位期间参与的科研项目

附录C 算例系统参数