鲁棒优化方法在输电系统规划与运行中的应用研究

摘要

近年来，可再生能源得到迅速发展，其中以风电尤为突出。可再生能源能有效地改善环境污染问题，缓解能源危机。风电预测技术的局限性，气候、地形分布的多样性，风电本身间歇性、不确定性以及部分可预测性的特点，对电力系统规划与运行带来挑战。风电的概率分布函数本身就是不确定的，如果将其作为已知量进行处理不能反映风电出力的真实情况，无法从根本上保证电力系统规划与运行方法的有效性。
　　鲁棒优化方法可解决上述随机变量的概率分布函数不完全已知的情况，本文讨论两种鲁棒优化方法，其一是盒式鲁棒优化方法，该方法将风速以及风机输出功率设定为随机变量，使用区间不确定集刻画风速，采用随机变量的分布情况刻画风电输出功率的随机特性，把随机问题改写成确定型问题。另一种是概率分布鲁棒优化方法，已知不确定量的一阶和二阶矩，采用条件风险价值（CVaR,Conditional value at risk），推演出包含不确定量的CVaR约束模型，再采用对偶优化理论、Schur补和S-lemma，把 CVaR约束转变为双线性矩阵不等式（BMI，Bi-linear Matrix Inequality）约束，把基于BMI约束的不确定模型化为确定模型。最后，确定性模型的求解使用基于BMI的免疫粒子群算法。
　　本文研究了上述鲁棒优化方法在输电系统柔性负荷调度、输电系统无功规划和输电系统可用输电容量评估问题中的应用。本文把风电作为新能源的代表进行研究，新能源出力的不确定性，可使用柔性负荷调度予以平衡，然而柔性负荷的互动具有自主性、随机性与无序性，将会进一步增加电力系统中的不确定特性，本文在上述背景下提出基于鲁棒优化方法的输电系统柔性负荷调度策略。采用概率分布鲁棒优化方法解决输电网无功规划问题，可有效应对于风电函数概率分布集合中的任意可能分布，在给定的概率约束下确保输电网的运行安全，并且将输电网的网损和无功设备的投资成本之和最小化。采用鲁棒优化方法解决输电系统可用输电容量评估问题，可应对于风电概率分布不完全可知的情况，该方法可以保证网络安全运行约束前提下，最大化可用传输容量。仿真结果以及算例分析表明所提方法在输电系统规划与运行中应用的可行性和有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1论文的选题背景与研究意义

1.2鲁棒优化方法在电力系统中应用研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 鲁棒优化方法

2.1概率分布鲁棒优化方法

2.2盒式鲁棒优化方法

2.3本章小结

第三章 基于盒式不确定集合鲁棒优化的输电系统柔性负荷调度策略

3.1基于盒式集合的鲁棒优化模型

3.2柔性负荷调度成本模型

3.3需求响应互动响应量分配原则

3.4柔性负荷优化调度的建模及求解

3.5算例分析

3.6本章小结

第四章 基于概率分布鲁棒优化的可用传输容量评估策略

4.1数学模型

4.2概率分布鲁棒机会约束ATC评估模型求解方法

4.3算法设计

4.4算例分析

4.5本章小结

第五章 基于概率分布鲁棒优化的输电系统无功规划方法

5.1含风电输电网无功规划模型

5.2概率分布鲁棒机会约束模型求解方法

5.3基于双线性矩阵不等式优化的粒子群算法

5.4算例仿真与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2进一步工作的展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢