计及源-荷不确定性及需求侧响应的多主体综合能源系统两阶段鲁棒优化配置

基于峰谷电价差的需求侧负荷参与调度,是实现源荷平衡和促进可再生能源消纳的重要策略。为应对源-荷不确定性对电源容量管理带来的挑战,该文提出了一种考虑源-荷不确定性及需求侧响应的多主体综合能源系统两阶段鲁棒优化配置策略。在第一阶段,优化计算风电、光伏和储能的容量配置;第二阶段,规划风电、光伏、储能和燃气轮机的实际出力。模型综合考虑了多类型多负荷需求响应约束,并通过引入不确定性调节参数来表征源-荷不确定性的波动程度;同时,采用整数变量将原模型转化为混合整数线性优化问题,并利用双层列生成循环算法。仿真结果表明,所提策略能够灵活计算微电网电源配置方案及出力工况,为多源微网的电源容量配置策略和激发需求侧与电网之间灵活互动提供了理论支撑。

考虑灵活性的数据中心微网两阶段鲁棒规划方法

在数据中心微网的规划中,微网内部的可再生能源、负荷的不确定性与数据中心自身的批处理负载比例是影响规划结果的重要因素。该文首先建立微网内燃气轮机,储能设备与光伏机组的规划与运行模型,将不确定信息以箱型不确定集的形式表示,然后建立燃气轮机,储能设备,光伏电站,数据中心的功率模型与运行成本模型,并用min-maxmin结构的两阶段鲁棒规划模型进行表示,基于列约束生成算法(column-and-constraint generation,CCG)与强对偶理论,将主问题与子问题迭代求解,从而得到原问题的最优解,并在不确定变量可变范围与不同补偿价格对应批处理负载比例变化的情况下,逐一求出系统对应的最优规划成本。最终通过仿真分析验证所建模型和求解算法的有效性,相比于传统的数据中心微网规划,提出的模型可为不同风险偏好的数据中心运营商提供最经济的微网设备容量配置与数据中心用户补偿价格,以使其规划成本最低。

考虑源荷多区间不确定集和综合需求响应的微能源网鲁棒优化调度

针对微能源网内源荷不确定性,提出一种考虑源荷多区间不确定集和综合需求响应的鲁棒优化调度策略.首先,引入源荷多区间不确定集描述微能源网内风、光及电、热、冷负荷的不确定性.然后,为了充分挖掘负荷侧调度潜力,建立包含可削减电负荷、可转移电负荷、柔性冷、热负荷及可替代负荷的综合需求响应模型,并在此基础上考虑了综合需求响应的不确定性.接着,以微能源网调度成本最低为目标函数,构建考虑源荷多区间不确定集和综合需求响应的微能源网两阶段鲁棒优化调度模型,并通过列和约束生成算法、强对偶理论及大M法对模型进行求解.最后,通过算例分析验证了所提模型的合理性和有效性.

基于鲁棒随机模型预测控制的园区综合能源系统两阶段优化

可再生能源发电与负荷的不确定性给园区综合能源系统的安全准确调度带来了巨大挑战,为了提高系统调度的准确度和运行经济性,提出了一种基于鲁棒随机模型预测控制的两阶段优化调度策略。该模型考虑到园区综合能源系统中负荷预测误差分布的规律性和可再生能源出力波动的概率分布难以准确刻画的特点,分别利用随机优化和鲁棒优化处理负荷侧和发电侧的不确定性;在第二阶段的优化目标中加入协调策略以使实时优化控制变量值尽量接近日前全局优化值,从而在修正第一阶段预测误差的同时克服实时优化过程中的短视效应;通过算例对比分析证明了所提策略可以有效平衡不同优化时间尺度上的预测误差与系统短视效应所带来的经济性影响,有利于兼顾系统的经济性与鲁棒性。

基于区间两阶段鲁棒优化模型的灌区水资源优化配置

为避免由灌区水资源配置系统存在的诸多不确定因素导致的配水过程风险性,在区间两阶段随机规划方法的基础上加入了鲁棒优化方法,构建区间两阶段鲁棒优化模型,引入鲁棒系数表示系统风险,将系统风险体现在模型中,克服了系统风险不可控的不足。以三江平原牡丹江灌区为例,对灌区水资源进行优化配置,得到灌区多水源、多作物、不同鲁棒系数下的配水目标。结果表明:随着鲁棒系数增大,导致缺水量增加,系统稳定性增强,但成本也随之增加,系统经济性降低;当鲁棒系数为3时,缺水量不再增加,系统达到稳定的状态,此时系统的成本在[1. 903 27×10~9,2. 634 75×10~9]元之间变化。优化结果可为决策者提供决策空间,为农业水资源的合理配置提供技术支持。

基于共享储能的冷热电多微电网系统两阶段鲁棒优化模型

提出一种多微电网系统能量共享的公共储能站两阶段鲁棒优化模型。首先从不同时间尺度的角度建立储能电站-冷热电多微电网系统双层规划模型;其次,考虑到冷热电微电网系统中的风光出力不确定性对规划模型的影响,建立了min-max-min结构的两阶段鲁棒优化模型,得到最恶劣场景下运行成本最低的调度方案。模型中考虑了储能、分布式电源等的运行约束和协调控制,并引入了不确定性调节参数,可灵活调整调度方案的保守性。基于列约束生成算法和强对偶理论,可将原问题分解为具有混合整数线性特征的主问题和子问题并进行交替求解,从而得到原问题的最优解。最后通过算例分析验证所提模型的合理性和有效性。

基于区间两阶段随机规划方法的北京市水资源优化配置

针对缺水型城市水资源配置过程中的不确定性,建立了基于不确定性基本理论的区间两阶段随机规划模型,应用于北京市2025年水资源优化配置的研究。以北京市用水综合效益最大为目标函数,引入概率分布和区间数表示多重不确定性,求得北京市2025年城六区与郊区在生活、工业、农业与生态用水上的优化供水目标以及不同来水水平下的配水方案。结果表明:北京市2025年优化供水目标为47.39亿m^3,城六区工业用水与郊区农业用水的供水目标应采取保守值;不同来水水平下的优化配置水量为[36.49,47.39]亿m^3,仅北京为丰水年时不存在缺水现象,北京与丹江口水库同时遇枯时的缺水量高达[5.48,10.90]亿m^3,对北京市供水安全造成极大的威胁。该模型充分考虑不确定因素对水资源配置的影响,权衡用水收益与缺水风险的关系,并以区间的形式给出配置结果,可为北京市2025年供水目标与水资源优化配置方案的制定以及水资源安全保障措施的分析提供科学依据。

考虑安全裕度的微电网两阶段鲁棒规划

风光出力及负荷功率波动对微电网规划影响显著,文章在联合规划过程中充分考虑各不确定参数的波动。为区别不同安全裕度下不确定参数的波动值,文章首先采用改进的多面体不确定集描述风光出力波动以及电价变化引起的负荷功率波动;然后建立以综合成本最小为目标的优化模型,并改写为两阶段鲁棒对等模型,采用列约束生成算法(column-and-constraint generation,CCG)与商业求解器Cplex求解;最后,采用西门子Benchmark 0.4kV低压微电网算例验证模型有效性,并分析不同保守程度下规划方案的经济性。结果表明,考虑安全裕度所得的规划方案仅需付出较小的经济性即可使供电可靠性明显提升。

基于两阶段随机规划方法的灌区水资源优化配置

灌区水资源优化配置的不确定性研究,对于提高水分的利用效率,减少农业灌溉用水,建立节水型社会具有重要的意义,尤其是对于中国的干旱半干旱地区。该文针对灌区水资源系统中存在的不确定性,以西营灌区、清源灌区、永昌灌区为研究区域,运用区间2阶段随机规划的方法,建立了地表水和地下水联合调度的灌区之间水资源优化配置模型。该模型以多灌区、多水源联合调度系统的成本最小为目标函数,引入随机数和区间数表示该系统中存在的不确定性,将地下水和地表水水资源在不同地区之间进行优化,并以配置结果为输入数据,以作物全生育期的水分生产函数为基础,建立灌区不同农作物灌溉定额的非线性区间不确定性水资源优化配置模型,将优化配置水量分配到灌区典型农作物。2个模型均以区间的形式给出优化配置的结果,为决策者提供更为准确的决策空间,更真实地反映实际的水资源优化配置形式。

基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106～2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。

不确定条件下的区间两阶段模糊可信性约束规划配水模型研究

以黑河中游为研究对象,考虑农业灌溉系统的不确定性,建立了区间两阶段模糊可信性约束规划模型,用于区域农业水资源优化配置。该模型以经济效益最大为目标函数,引入模糊变量、概率分布和区间数来表示多重不确定性。通过设置不同的可信性置信水平,模型可解决带有违背约束的模糊风险问题。模型的结果可为黑河中游地区农业水资源优化管理和作物种植结构优化提供帮助。

考虑生态环境的灌区双水源区间两阶段模糊可信性约束模型

对水资源进行合理的优化配置是缓解水资源短缺问题和遏制生态环境持续恶化的重要途径之一。为了实现水资源的可持续利用和生态环境的良性循环,该研究针对灌区水资源配置系统中存在的复杂性和不确定性,以黑龙江省建三江垦区为研究区,将水质污染治理成本(生态补偿费用)与系统经济收益相结合作为目标函数,引入离散区间、概率分布函数及模糊数表示系统中的多重不确定性,通过设置不同的可信性置信水平解决带有违规风险概率的模糊风险问题,进而建立考虑生态环境的区间两阶段模糊可信性约束规划模型。通过对模型求解,实现地表地下水资源在典型作物间合理的优化配置,得到不同来水情境下生态补偿费用、不同水源不同作物的最优配水方案及不同可信性置信水平下系统最大经济效益,结果表明:模型能够反映系统中的不确定性,有效平衡系统收益与违规风险,并通过满足生态需水和农业排污约束以促进系统经济效益和生态环境的协调发展;当来水水平分别为低、中、高3种流量时,研究区地表水生态补偿费用和地下水生态补偿费用均呈现下降的趋势;当可信性置信水平为1.0时,系统经济收益为29.88×10^(8)~52.18×10^(8)元,当可信性置信水平为0.5时,系统经济收益为31.17×10^(8)~53.44×10^(8)元,系统收益值随着可信性置信水平的降低而升高,管理者可根据实际情况和风险偏好选择科学合理的决策方案,以实现水资源的高效利用与可持续发展。该研究所构建的不确定性优化模型和作物配水结果可为类似地区的水资源优化配置提供参考。

考虑需求响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法

鲁棒优化通常采用多面体模型来描述分布式光伏出力的不确定性,却忽略了分布式光伏出力的时空相关性,为此,该文建立了分布式光伏的时空相关性多面体模型,提出了考虑需求侧响应的交直流混合配电网分布式光伏承载能力鲁棒评估方法。首先,建立分布式光伏出力不确定性的时空相关性多面体模型和电价激励型需求侧响应模型,以最大化分布式光伏并网容量为目标,考虑交直流混合配电网中多种运行约束和调节策略,建立交直流混合配电网分布式光伏承载能力两阶段鲁棒评估模型,并采用列与约束生成算法进行迭代求解。在70节点系统上验证了算法的有效性,仿真结果表明:不同的管理策略有助于提升交直流混合配电网的分布式光伏承载能力。

基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度

针对多源配电网运行面临的供电电压不合格和运行经济性欠优的问题,该文提出了基于改进两阶段鲁棒优化的主动配电网经济调度策略。首先,量化分析了全电驱动的移动式储能(mobile energy storage,MES)的时空转移特性,评估了基于变频空调的建筑虚拟储能(virtual energy storage,VES)的调节能力,建立统一的多类型储能模型。进而,考虑预测误差,通过离散不确定域,改进现有的鲁棒优化方法,获得更加精确的"最恶劣"场景。在此基础上,针对优化模型中的min-max-min结构,提出了主–子问题交互迭代的求解方法。基于41节点配网的仿真结果表明,采用改进两阶段鲁棒优化模型的主动配电网经济调度切实可行,相应的求解算法具有高效性。该方法为配电网安全、经济运行提供了一个崭新的视角。

基于两阶段分布式鲁棒优化的中央厨房选址及配送问题

应用两阶段分布鲁棒优化的方法建立了不确定需求下中央厨房选址及配送的分布式鲁棒模型,并运用锥对偶的理论,将模型转化为半定规划模型,数值算例的结果证明了模型的有效性和实用性。

计及多重不确定性的虚拟电厂响应区间评估方法

为了准确评估虚拟电厂在电源侧和负荷侧出现多重不确定性情况下可为电力系统运行提供的响应能力,提出考虑多重不确定性的虚拟电厂响应区间两阶段鲁棒优化评估方法。基于虚拟电厂内可再生能源与负荷不确定性特征的区间描述,建立以运行成本最低为目标的虚拟电厂响应区间评估模型,通过场景分解将其转化为最劣场景与最优场景下的两阶段鲁棒优化模型,采用列和约束生成算法分别求解2个场景下的各设备功率区间计划,并将虚拟电厂在2个场景下的对外响应功率计划作为上、下限,从而评估虚拟电厂参与电网运行的响应区间。算例仿真结果表明,该方法能够在计及不确定因素影响并保证解空间可行的情况下,评估虚拟电厂对外交互功率和运行成本的适宜区间,为虚拟电厂参与电网调度及电力交易提供参考。

计及多元不确定性的氢电耦合微电网多阶段动态规划方法

针对传统单阶段规划设计方法存在的初始投资成本高、源荷匹配性弱、经济性不足的缺点,提出了一种氢电耦合微电网多阶段动态规划方法,可确定各设备的最优配置容量和投资时机,并基于混合优化架构增强模型对多元不确定性的适应能力。其中,设备在规划周期内投资成本的波动不确定性特征以随机概率场景描述,可再生分布式电源出力和负荷需求不确定性则以不确定场景集合处理。在此基础上,进一步考虑微电网规划周期内的负荷增长率、设备性能衰退等动态因素,提升规划方案对未来动态信息变化的适用性,并最终构建随机-鲁棒混合整数线性规划模型描述微电网的多阶段动态规划问题。仿真结果表明,与传统的单阶段规划模型相比,所提方法的总成本降低近5.0%,初始投资成本降低近13.9%,投资回收期缩短近32.9%,有利于提升微电网规划方案的经济性。

基于区间两阶段模糊可信性约束模型的灌区水资源配置

针对灌区水资源配置系统中的复杂性和不确定性,以湖北省漳河灌区为例,构建区间两阶段模糊可信性约束规划模型,实现灌区各用水户间水资源优化配置。模型以系统经济收益最大为目标函数,引入模糊变量、离散区间和概率分布表征系统中的多重不确定性,设置可信性置信水平解决带有违规概率的模糊风险问题。求解模型得到多种情景下水量、灌溉面积优化配置结果以及系统收益,结果表明,模型可以有效处理配置系统的不确定性问题,反映系统收益与风险之间的权衡,实现灌区水资源高效配置。优化结果有助于灌区管理者协调各用水户的利益冲突,制定合理的决策方案。

基于区间两阶段的城镇污水处理技术优选模型

为解决现有污水处理技术优选方法的片面性、主观性和不确定性,本研究以环境、社会和经济效益最大化为目标,采用区间两阶段随机规划的方法,构建模型测算区域新增废水的最优处理方法和处理量,并应用于滇池盘龙江流域,结果表明在废水排放量较大的区域,多种污水处理技术的组合要优于选择任意一种处理技术.其中,厌氧-缺氧-好氧工艺由于运营和投资成本低,在处理规模较大时,具有明显优势,而间歇式循环延时曝气活性污泥法则适用于废水排放规模较小的城镇,其污染物去除效果要优于厌氧-缺氧-好氧工艺和氧化沟法.

柔性配电系统故障区间鲁棒优化恢复

柔性多状态开关(soft normal open points,SNOP)接入配电网可实现负荷的不间断供电,而且能改善故障期间网络的电能质量。该文首先建立SNOP的数学模型,分析在正常状态下SNOP控制方式和潮流方向,以及故障状态下与配电自动化相配合的过程。然后,建立两阶段故障恢复模型,第一阶段以失负荷风险最小为目标函数,求解获得开关状态与SNOP各端口功率变化范围;不改变网络拓扑,第二阶段引入区间数描述分布式电源和负荷预测的不确定性,将鲁棒优化应用于故障恢复期间的运行状态优化,并对不满足约束的情况进行拓扑调整后重新优化。最后,以三端SNOP连接的3个IEEE33节点系统作为测试算例,分析误差,分布式电源渗透率和SNOP单端容量/线路容量对优化策略的影响。