基于机会约束目标规划的含风电电力系统优化调度研究

摘要

含风电电力系统安全经济运行是当前电力系统优化调度的研究重点之一。受风能资源禀赋限制，风力发电具有较强的随机性、波动性和反调峰性，难以准确预测及调度。风电并网容量的增加以及并网电压等级的提高，使得风力发电对于系统运行的影响进一步加剧。与此同时，随着智能电网的发展，具有灵活、快速调节能力的储能系统逐步应用，储能在增强系统调节能力的同时，也使得电力系统调度运行进一步复杂化。传统的电力系统优化调度方法难以适应高风电渗透比例下复杂电力系统调度的新要求。在此背景下，本文以机会约束目标规划为数学理论与方法支撑，以含风电电力系统优化调度作为研究主题，开展的主要工作和取得的主要成果如下:
　　针对含风电电力系统优化调度问题，考虑风电出力随机性，提出了基于机会约束目标规划的调度方法，在根据设定消纳区间优化制定机组出力计划的同时，结合机组运行情况对消纳区间进行优化调整，以此实现灵活经济调度。对此，首先，介绍了机会约束目标规划理论，并推导出其确定表达形式。然后，提出基于机会约束目标规划的含风电电力系统优化调度方法。最后，以含风电系统为例，对方法进行验证分析，结果表明:所提方法能够有效考虑风电消纳区间与机组运行的相互影响关系;在尽可能满足风电消纳区间要求的同时，减少因区间设定不合理而影响机组运行经济性的情况发生;相较于传统机会约束规划，机会约束目标规划的结构形式更加灵活、精细，适于处理含风电电力系统优化调度问题。
　　针对风电预测随机误差导致的备用与潮流风险问题，以量化风险为途径，提出了基于风险机会约束目标规划的含风电系统安全约束机组组合方法，综合考虑系统运行风险与消纳成本。首先，借鉴风险理论与机会约束目标规划思想，提出了计及风险的机会约束目标规划理论。随后，将其应用于含风电系统的安全约束机组组合问题，重点针对系统备用与潮流约束进行建模，并结合线路重要度处理随机潮流问题。然后，利用改进IEEE39节点和IEEE118节点系统为算例进行分析，结果表明:所提方法通过量化调节偏差风险，实现了对风电消纳区间的灵活调整，优化了机组运行安全性与经济性;基于所提随机潮流约束处理方法，能够精细化考虑潮流分布，与传输线实际约束情况更为相符。
　　考虑风电预测精度变化与预测信息定期更新，提出了基于机会约束目标规划的滚动调度方法。首先，结合风电预测误差随预测超前时间变化的特性，基于机会约束目标规划，提出计及误差分布变化的静态调度方法，用以在计划不同时段有侧重地兼顾运行安全性与经济性。然后，根据风电预测信息更新，提出了基于机会约束目标规划的滚动调度方法，用以在不影响系统运行安全性的同时，提高系统运行经济性。并对模型进行转化并求解，算例分析结果表明:所提静态调度方法能够结合风电预测误差分布变化特性，在不同时段有侧重地考虑运行安全性与经济性，实现全局优化;所提滚动调度方法能够通过分时逐次调节，降低系统调节难度，增强调度计划调整的预见性。
　　针对储能运行导致的寿命损耗，提出了计及储能非线性寿命损耗的多目标协调调度方法。首先，根据储能寿命损耗与放电深度二者关系，提出了综合考虑相对放电深度与绝对放电深度的储能寿命损耗量化模型。然后，结合机会约束目标规划，建立了计及储能寿命损耗的风火储系统多目标随机优化调度模型，并对模型进行转化并求解。算例分析结果表明:所提非线性储能寿命损耗模型，能够较准确地描述寿命损耗与放电深度的关系，且求解复杂度低;所提调度方法能够综合考虑备用配置、运行成本和储能寿命损耗三个目标，并进行联合优化;同时，合理地考虑运行对储能寿命损耗的非线性影响，能够在不明显增加系统运行成本的同时，有效降低储能寿命损耗。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外相关研究现状

1．2．1 考虑风电不确定性的电力系统优化调度

1．2．2 考虑预测精度变化的含风电电力系统滚动调度

1．2．3 储能寿命模型及其在系统调度问题中的应用

1．3 研究思路与主要工作

第2章 基于机会约束目标规划的随机优化调度方法

2．1 引言

2．1．1 一般机会约束规划方法的局限性

2．1．2 本章内容安排

2．2 机会约束目标规划理论及其特性分析

2．2．1 机会约束目标规划理论

2．2．2 机会约束目标规划的确定形式转化

2．2．3 机会约束目标规划与含风电系统优化调度问题

2．3 风电不确定性及相关假设说明

2．4 基于机会约束目标规划的随机优化调度模型

2．4．1 基于机会约束目标规划的备用约束建模思路分析

2．4．2 系统优化调度的数学模型

2．5 模型转化与求解

2．5．1 模型转化

2．5．2 模型求解

2．6 算例分析

2．6．1 算例介绍

2．6．2 基于机会约束目标规划的调度方法有效性分析

2．6．3 储能运行分析

2．7 小结

第3章 考虑运行风险与消纳成本的含风电系统安全约束机组组合方法

3．1 引言

3．1．1 引入风险理论考虑运行风险与消纳成本的重要性

3．1．2 含风电系统线路潮流约束的特殊性

3．1．3 本章内容安排

3．2 计及风险的机会约束目标规划方法

3．2．1 电力系统运行中的一般风险评估方法

3．2．2 计及风险的机会约束目标规划

3．3 考虑运行风险与消纳成本的安全约束机组组合模型

3．3．1 基于RBCCGP的风险备用模型

3．3．2 基于RBCCGP的风险潮流模型

3．3．3 其它系统约束模型

3．4 模型转化与求解

3．4．1 模型转化

3．4．2 模型求解

3．5 算例分析

3．5．1 IEEE 39节点系统算例

3．5．2 IEEE 118节点系统算例

3．6 小结

第4章 考虑风电预测精度变化与预测信息更新的滚动调度方法

4．1 引言

4．1．1 含风电电力系统滚动调度的新要求

4．1．2 本章内容安排

4．2 风电预测精度随预测超前时间变化的特性及其影响

4．2．1 风电预测误差分布与预测超前时间

4．2．2 预测误差分布变化对调度计划的影响

4．3 考虑预测误差分布变化特性的静态调度模型

4．3．1 建模思路分析

4．3．2 静态调度数学模型

4．4 考虑预测信息动态更新的滚动调度模型

4．4．1 建模思路分析

4．4．2 滚动调度数学模型

4．5 模型转化与求解

4．5．1 模型转化

4．5．2 模型求解

4．6 算例分析

4．6．1 算例介绍

4．6．2 静态调度模型分析

4．6．3 滚动调度模型分析

4．6．4 滚动调度模型影响因素分析

4．7 小结

第5章 计及储能寿命损耗的风火储系统协调调度方法

5．1 引言

5．1．1 调度问题中考虑储能寿命损耗的重要性

5．1．2 本章内容安排

5．2 储能寿命损耗与放电深度关系建模

5．2．1 传统寿命损耗模型及其局限性

5．2．2 考虑放电深度的储能寿命损耗改进模型

5．2．3 相对放电深度与绝对放电深度

5．3 计及储能寿命损耗的风火储系统协调调度模型

5．3．1 建模思路分析

5．3．2 计及储能寿命损耗的多目标随机优化调度模型

5．4 模型转化与求解

5．4．1 模型转化

5．4．2 模型求解

5．5 算例分析

5．5．1 算例介绍

5．5．2 短周期算例分析

5．5．3 长周期算例分析

5．5．4 模型灵敏度分析

5．6 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介