新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望

风电场和光伏电站出力的不确定性给电力系统优化调度带来很大技术挑战。文中主要介绍了考虑新能源不确定性的电力系统优化调度方法的研究现状及后续研究方向展望。首先,重点论述了各种不确定优化调度(UOD)方法,包括随机优化方法、鲁棒优化方法、随机鲁棒优化结合方法和基于人工智能技术的方法。其中,随机优化方法包括场景法、机会约束规划法和近似动态规划法;鲁棒优化方法包括传统鲁棒优化法和分布鲁棒优化法;随机鲁棒优化结合方法包括采样鲁棒优化法和分布鲁棒机会约束规划法。然后,介绍了每一种方法的优化模型形式、模型的转化和求解原理及其优缺点。最后,对UOD的后续重点研究方向进行展望,包括兼顾多个目标的UOD问题及多目标不确定优化方法、输配系统UOD问题及分布式不确定优化方法、考虑稳定性约束的UOD问题及含常微分方程约束的不确定优化方法、考虑管道传输动态的综合能源系统UOD问题及含偏微分方程约束的不确定优化方法。

考虑新能源高阶不确定性的交直流混联电网静态电压稳定裕度计算

随着大量新能源场站接入交直流混联电网,系统的静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)水平具有很大的不确定性,需要研究考虑新能源场站高阶不确定性的交直流混联电网SVSM计算方法。针对此问题,首先建立了交直流混联电网SVSM计算模型,模型中考虑了直流换流站控制方式随负荷增长的切换;采用概率盒模型描述风速与光照强度的随机波动,提出了改进区间半不变量法以获得更准确的SVSM概率盒,该方法通过K-means++聚类算法将随机变量样本划分为多个波动范围较小的样本集,以降低半不变量的线性化计算带来的误差;并结合Gram-Charlier级数展开和概率加权和计算得到考虑新能源场站高阶不确定性的系统SVSM概率盒。通过对修改的IEEE-39节点交直流系统和南方电网两个算例的分析,并与区间半不变量法和双层蒙特卡洛法比较,验证了所提出方法获得的SVSM概率盒具有较高的计算精度和效率。

基于决策树的电网重要用户供电路径决策方法

广州等超大城市电网中110kV网架接线主要为3T接线,其运行方式多变,对电网的规划和运行有很大影响。超大城市电网中存在着大量的重要用户,其供电可靠性是安排电网运行方式的一个重要考虑因素。若安排的运行方式使得某些重要用户的供电路径汇集在同一元件,就会大大降低重要用户的供电可靠性。基于此,建立超大城市电网重要用户供电路径优化决策模型,以最小化电网中220kV线路的平均负载率为目标,要求系统的每个重要用户都要满足多个供电路径来自最少2个不同的220kV变电站。为了快速求解此混合整数非线性规划模型,引入多变量决策树将模型转化成一个整数非线性规划问题,再通过变量代换将其转化为一个整数线性规划问题,实现快速准确求解。最后,以广州电网实际数据为例,验证所提优化决策模型和求解方法的可行性与有效性。

含光伏配电网中储能和无功补偿装置协调的多目标凸优化配置方法

为解决光伏出力波动引起的配电网节点电压安全越限问题,提高配电网运行的经济性和最大供电能力,提出了含分布式光伏的配电网储能和无功补偿装置协调多目标优化配置模型,以最小化储能与无功补偿装置的投资运行成本和最大化配电网最大供电能力为目标,优化决策配电网中储能装置和无功补偿装置的安装位置与容量;采用二阶锥松弛技术将原混合整数非线性规划模型转化成混合整数二阶锥规划模型,以降低模型求解的难度和提高计算效率。提出了一种基于抛物线逼近法的搜索算法,可直接在Pareto前沿上搜索得到多目标优化模型的折中最优解。以某一实际含分布式光伏的180节点配电网为例,通过进行储能和无功补偿装置的协调优化配置计算,验证了所提方法能够快速求解出一个经济性与供电能力综合优化程度较高的决策方案。

考虑新能源不确定波动的交直流混联电网静态电压稳定裕度区间计算

随着新能源发电技术与直流输电技术在大电网中的广泛应用,需要提出含新能源的交直流混联电网静态电压稳定分析方法。为此,该文针对含常规直流输电和多端柔性直流输电的交直流混联电网,采用区间数描述新能源电站出力的不确定波动,建立了交直流混联电网静态电压稳定裕度(static voltage stability margin,SVSM)区间计算的2个双层最优潮流模型,即计算SVSM区间上界的min-min模型和计算SVSM区间下界的max-min模型。计算区间SVSM上界的min-min双层优化模型可直接合并为单层优化模型求解。计算SVSM区间下界的max-min模型需要先通过二阶锥松弛和凸包络松弛等方法将内层模型转化为凸规划模型,并通过对偶优化理论得到内层凸规划模型的对偶规划模型,进而转化为单层优化模型求解。通过对修改后的IEEE-39节点系统和南方电网2个交直流混联电网算例的计算分析,并与蒙特卡洛抽样法和拉丁超立方抽样法的计算结果比较,验证了所提出方法的正确性与高效性。

考虑风电不确定性的交直流混联电网静态电压稳定优化控制方法

静态电压稳定裕度(SVSM)是电力系统运行中常用的电压稳定性评估指标,风电场出力的不确定波动会引起系统SVSM水平变化,可能会给系统安全运行带来威胁。为此,提出了考虑风电场出力不确定性的交直流混联电网静态电压稳定优化控制模型,以最小化系统总调控成本为目标,同时要求在给定风电出力波动范围的情况下,系统SVSM波动区间范围的下界满足给定的安全运行要求。为了求解该三层优化模型,引入参数化逼近方法,将内层和中层优化模型逐层进行参数化逼近,以获得SVSM区间下界与各个控制变量之间关系的近似解析表达式,从而将三层优化模型转化为单层优化模型,并采用SBB求解器求出优化控制方案。同时,提出了采用SVSM对控制变量的高阶混合导数以去除近似多项式中的冗余交叉项的方法来提高计算效率。最后,以修改的IEEE 39节点交直流混联系统为例,验证了所提出方法的正确有效性。

基于轴向热路模型的架空地线与预绞丝接触端面接触电阻的计算

作为衡量电接触性能的重要参数,接触电阻的大小直接关系到电气设备的运行状况。目前主要采用离线的实验测量手段对接触电阻进行测量,测量结果与实际运行状态存在一定的差异;文中提出了一种基于轴向热路模型的接触端面接触电阻的计算方法。首先,以架空地线与预绞丝接触端口为研究对象构建轴向热路模型,其中模型的热参数采用遗传算法获得;然后结合GJ-50架空地线的实例计算结果,讨论分析了模型热参数和接触电阻的变化规律。研究结果表明:利用文中所提出的方法,可以准确得到接触端面暂态温升过程中不同温度对应的交流接触电阻,并且稳态温度下接触电阻随着加载电流的增加而减小,但不受时间计算步长的影响;该计算方法的准确性很高,接触电阻的实验测量结果和计算结果最大误差不超过9%;接触电阻与温度的关系采用Paulke等提出的公式表示时计算结果更为准确。

考虑灵活性的含分布式光伏配电网双层优化调度方法

间歇性分布式光伏电站的大量接入,增加了配电网运行的不确定性,给配电网的运行灵活性带来很大的冲击。首先分析配电网中,与主网联络点、储能和需求响应负荷所能够提供灵活性大小的计算方法;然后,建立考虑灵活性的含分布式光伏配电网双层优化调度模型,上层模型求解在某一光伏电站出力场景下最小化配电网运行费用的调度方案,而下层模型则求解光伏电站出力波动范围内最严峻的出力场景;其次,为解决满足极端场景的灵活性要求往往需要付出较大的经济代价的问题,引入直觉模糊规划,将原优化调度模型转化为直觉模糊规划模型以得到综合最优的调度方案;最后,以某个实际含光伏配电网为算例,计算结果验证所提出方法的正确有效性。

基于对角加边模型和最优乘子法的冷热电联供园区微网能量流计算

由于冷热电联供(combined cooling heating and power,CCHP)园区微网中各个能源网间存在复杂的耦合关系,大大增加了微网能量流计算问题的规模和复杂度。提出了基于对角加边模型(blockbordered-diagonalform,BBDF)和最优乘子法的CCHP园区微网能量流算法。首先对CCHP园区微网进行了详细建模,并针对能源站的不同运行模式建立了相应的输出功率模型,在此基础上建立了计及多种能源网交替耦合的能量流计算模型。通过对统一迭代法的修正方程组进行优化改进,提出了基于BBDF的CCHP园区微网能量流解耦计算方法。在每次迭代中,求出耦合变量的修正量后,再独立求出供冷/热/电网相关变量的修正量。并且应用最优乘子法计算每次迭代的最优修正步长,以减少计算迭代次数,提高收敛性。算例计算结果表明,所提出的算法可明显提高运算效率,改善收敛性,相较于传统的统一迭代算法能减少约60%的计算耗时。