基于变时段设计改进多目标差分进化算法的风/光/火/储日前优化调度

在高比例新能源馈入的新型电力系统中,新能源出力的不确定性导致火电难以满足调度计划的精度需求,风/光/火/储系统的经济调度求解算法面临严峻挑战。为此,提出一种基于变时段设计的多目标差分进化算法。首先按各时段负荷特征构建风/光/火/储系统的变时段日前调度规则。进而以系统运行经济成本与污染排放量为目标,基于多目标差分进化算法求解变时段系统日前调度模型的Pareto解集。最后,用IEEE 39节点系统进行测试。结果表明在风、光、储与火电的约束条件均符合校验的情形下,相较于其他算法,该方法使计算结果更加优化,火电机组出力跟踪调度计划效果显著提高,验证了所提方法的有效性。

计及工况预测误差的主动配电网日前无功优化调度策略

为解决工况预测误差较大时,日前无功优化调度方案优化效果不佳的问题,提出了计及工况预测误差的主动配电网日前无功优化调度策略。首先,使用轻量级梯度提升机算法建立日前工况功率预测模型;其次,考虑大规模高比例分布式电源接入主动配电网,以调度时段内所有时间断面的多目标加权累加和为目标函数建立日前无功优化调度模型;最后,设计了一种变寻优粒子空间的改进引力搜索算法对日前无功优化调度模型进行求解,该算法根据历史工况预测误差评价指标调整寻优粒子空间各维度的上下限矩阵,从而抑制了当无功区域内工况预测误差较大时可控设备调度异常的缺陷。最后采用拓展的IEEE 33节点系统算例进行有效性验证。

高比例新能源并网含抽蓄的联合系统变时段日前调度

为提高高比例新能源并网电力系统中火电机组的平稳运行,提出含抽蓄联合系统变时段日前调度策略。首先,根据抽蓄机组的最优调节区间进行净负荷频谱分析,得到其频域下的波动性质;其次,将波动量与高频分量的模糊熵共同作为评价指标,划分为不同调度模式;再次,以系统总成本最小为目标,建立考虑抽蓄最优调节的变时段日前调度模型,确定调度计划;最后,通过算例分析验证所提策略的有效性。

考虑电动汽车的售电公司日前-日内调度

为充分发挥电动汽车的调度潜力、提高售电公司参与电力市场的竞争力,提出一种考虑电动汽车的售电公司日前-日内优化调度模型。在日前阶段,考虑价格型需求响应方式,售电公司通过购售电价促进电动汽车进行有序充放。售电公司和电动汽车之间构成主从博弈关系。在日内阶段,售电公司采用日内滚动优化方式,对日前计划进行修正,考虑激励型需求响应方式调动电动汽车的灵活性。同时,该模型采用多场景分析法,以考虑风电和负荷预测的不确定性。算例分析结果表明,采用所提出的方法能有效降低售电公司购电成本及电动汽车用电成本,充分发挥电动汽车的调度潜力,降低不平衡成本、弃风率和可中断负荷调用,实现售电公司和电动汽车用户的“双赢”。

计及动态频率响应约束的高比例风电电力系统日前-日内联合调度策略

高比例风电电力系统具有转动惯量低、调频能力弱等特征,容易引发频率安全问题。现有计及频率安全约束的调度策略研究中,调频手段主要为惯性响应与一次调频,鲜见在单机故障等大功率扰动下考虑系统旋转备用与紧急功率支撑的动态响应作用。对此,在日前-日内联合调度模型中引入预想小功率扰动及大功率扰动下的系统动态频率响应约束。首先,分别构建两种预想功率扰动下的系统动态频率响应模型,采用阶梯备用等方法进行模型降阶,并进一步推导两种模型下的频率指标解析式。其次,提出计及动态频率响应约束的日前-日内联合调度架构,并分别构建日前及日内调度模型。进而,针对调度模型中最大频差约束导致的非线性问题,采用两阶段迭代方法求解。最后,开展算例分析,结果表明,所提联合调度策略能够兼顾系统运行经济性要求与频率安全性要求。

计及网络动态特性的电-热互联系统仿射优化法

热网动态特性带来能量传输延时的同时,使得空间上的源荷不确定性对系统造成的影响存在时序上的先后差异,导致电-热互联系统日前调度转变为复杂的时空耦合问题。为此,该文提出一种计及网络动态特性的仿射优化法。首先,利用流量分段法与节点网络模型,构建计及能量传输延时且适用于环网的热网动态模型。在此基础上,利用仿射算法与牛顿-拉夫逊能流计算原理,通过线性化建模方式与模型凸化方法,构建仿射凸优化模型。其次,利用仿射优化法解决电-热互联系统不确定性优化调度问题,实现对源荷不确定性传播轨迹的跟踪及其影响的量化分析。最后,33节点电-热互联系统仿真算例证明,所提方法能够揭示网络动态特性下源荷不确定性影响机理,并获得具有低保守性、高经济性的调度方案。

风光储联合发电站与电力用户的电能直接交易模型

随着可再生能源和负荷预测精度的不断提升,风光储联合发电站和电力用户之间的电能直接交易具有了可行性。文章建立了风光储电站和电力用户之间电能直接交易的消纳模型。该模型以社会总效益最大化为目标,在传统模型的基础上,加入直购电合同中的电功率约束和储能相关运行约束,同时对于签订的总合同电量约束做出调整,并加入过网费和削减合同,惩罚权衡直购电量给系统带来的综合效益。结合生成的场景聚类,通过算例分析了风光储电站的日前优化结果,研究了合同电量限制因子、惩罚因子对直购电量和总社会经济效益的影响,结合纳什议价模型分析直购电价对利润均衡度的影响,验证了模型的实用性与有效性。

基于P-Box和CVaR并考虑灵活性的配电网区间优化方法

为实现高比例可再生能源配电系统的安全经济调度,提出了一种计及风电、光伏出力与负荷预测误差的不确定性和配电网灵活性调用能力的日前区间优化调度方法。为避免传统方法在描述不确定性时的信息丢失问题、传统区间方法的保守性以及区间截断方法的冒进性,该文基于概率盒理论与条件风险价值方法计算不确定性因素的区间边界。随后,基于灵活性资源的实时调整能力,建立调度计划的灵活性时段耦合约束,并建立线路传输灵活性越限约束,以提高所提方法在调度过程的适应性。以配电网综合运行成本最小为优化目标,采用遗传算法进行求解。最后,基于IEEE-33节点配电系统、某地区实际配电网以及美国PG&E 69节点的算例分析表明,所提出的区间提取方法及调度模型能在保证配电网满足传输容量约束的同时达到系统运行成本最优。

计及调节资源AGC动态特性的离散-连续时间随机前瞻经济调度

随着具有波动性的可再生能源渗透比例不断提高,系统对调频备用的需求显著增加。为了制定更合理的调度方案和调频备用,有必要研究经济调度和自动发电控制(automatic generation control,AGC)之间的协调优化。该文提出建立考虑调节资源AGC动态特性的离散-连续时间随机前瞻经济调度模型,以制定兼顾能量平衡和调频需求的调度决策,并实现快慢资源的最优协同,增强系统的动态调节能力。为降低模型复杂度,在当前时段将调节资源的AGC动态特性建模为精细化离散模型,在前瞻时段采用简化的连续时间模型刻画调节资源的AGC动态特性,显著降低问题规模。通过在目标函数中引入合适的储能充放电成本惩罚项,将储能充放电互补约束松弛,从而消除01变量。最后,采用Benders分解算法实现并行求解,进一步降低了计算时间。该文在PJM5节点系统和IEEE118节点系统进行算例验证。结果表明,与传统模型相比,所提模型可以有效降低系统的频率偏差;与在前瞻时段考虑精细化AGC动态约束的模型相比,所提模型可显著降低计算时间。

低压配电台区柔性互联系统多目标DDPG优化调度

针对配电台区柔性互联系统(DSAFIS)中源、荷、设备强不确定性,及台区间功率互济特性,提出基于深度确定性策略梯度(DDPG)的台区运行成本、新能源消纳、负载均衡目标协调优化调度方法。构建系统模型与物理系统自动联动的深度强化学习日前优化调度决策框架,设计考虑多目标奖励和运行约束奖励的优化调度DDPG模型;DDPG采用“在线学习”模式,算法收敛后输出日前调度计划给实际DSAFIS。算例验证了所提方法能自动适应系统的强不确定性,且在降低运行成本的同时兼顾了新能源消纳和台区负载均衡。

考虑风电消纳及不确定性的负荷聚合商运行策略

针对“碳达峰、碳中和”背景下新能源大规模并网而引发的风电消纳困难问题,提出了一种考虑风电消纳及不确定性负荷聚合商日前-日内两阶段的经济调度模型。首先分析了考虑风电消纳的负荷聚合商源荷协同运行模式,提出了考虑用能特性与不确定性的柔性负荷响应模型;并基于风电场的消纳需求,以柔性负荷调度成本最小为目标,建立日前-日内两阶段的负荷聚合商经济调度模型;最后采用三角模糊数表征柔性负荷功率的不确定性,采用清晰等价转化求解混合整数线性规划问题。仿真算例验证了该模型能够有效提高风电消纳水平,减少由柔性负荷不确定性带来的影响。

面向电网前瞻调度嵌入领域知识的深度强化学习方法

强化学习由于具有自学习与自寻优能力,在电网前瞻调度等领域渐露头角。然而,现有基于强化学习的调度方法对最优策略的探索效率及收敛性较低。为了适应大规模电网,考虑历史发电数据、电力平衡、新能源消纳率、线路负载率等领域知识,将其嵌入至强化学习策略网络正则项并用于引导智能体训练方向。该方法在训练前期基于专家修正后的历史机组出力轨迹学习调度员经验,使得智能体策略网络参数快速收敛到一个有效初始解;在训练中后期,引入电力平衡等损失函数正则项,引导智能体满足先验调度知识,有效预防智能体盲动行为,提升调度决策质量。最后,利用IEEE118节点系统验证所提算法有效性。

联网型中原农宅综合能源系统鲁棒优化调度

设计农村住宅综合能源系统与电网互动的优化调度方案是提高农宅节能效果及经济性的关键。针对综合能源系统规划中光伏出力及用能负荷等不确定性因素,建立了完善的电-冷-热综合能源系统模型框架,提出考虑需求响应的两阶段鲁棒优化方法。同时,考虑需求侧调控对能源优化调度的作用,根据实时电价以及相关激励措施,灵活调整用电需求,以达到优化与大电网购售电互动的目的。通过算例分析,分别得到日前、日内的具体调度方案。结果表明:优化调度后的农宅节能效果和成本节约均有显著提升。优化方案能够充分利用光伏发电,合理安排电力、冷热负荷,并根据实时电价进行灵活调整,实现农宅与电网的有效互动。

A Chance Constrained Optimal Reserve Scheduling Approach for Economic Dispatch Considering Wind Penetration

The volatile wind power generation brings a full spectrum of problems to power system operation and management, ranging from transient system frequency fluctuation to steady state supply and demand balancing issue. In this paper, a novel wind integrated power system day-ahead economic dispatch model, with the consideration of generation and reserve cost is modelled and investigated. The proposed problem is first formulated as a chance constrained stochastic nonlinear programming U+0028 CCSNLP U+0029, and then transformed into a deterministic nonlinear programming U+0028 NLP U+0029. To tackle this NLP problem, a three-stage framework consists of particle swarm optimization U+0028 PSO U+0029, sequential quadratic programming U+0028 SQP U+0029 and Monte Carlo simulation U+0028 MCS U+0029 is proposed. The PSO is employed to heuristically search the line power flow limits, which are used by the SQP as constraints to solve the NLP problem. Then the solution from SQP is verified on benchmark system by using MCS. Finally, the verified results are feedback to the PSO as fitness value to update the particles. Simulation study on IEEE 30-bus system with wind power penetration is carried out, and the results demonstrate that the proposed dispatch model could be effectively solved by the proposed three-stage approach. © 2017 Chinese Association of Automation.

含多座抽水蓄能电站的省级电网日前计划分层递进优化算法

考虑抽蓄机组启停优化的省级电网日前计划可以表述为一个大规模整数线性混合规划问题,直接求解困难。将影响新能源消纳的主要因素—网络约束和系统调峰能力约束解耦,构建日前调度优化的分层递进模型,将原问题转换成大规模线性规划和小规模整数线性规划求解。模型第一层不考虑抽蓄机组启停优化,将抽蓄电站出力松弛为连续变量,以切负荷、弃风弃光、机组运行费用总和最小为目标,对系统网络约束精确建模,初步得到系统中各机组96点出力曲线;第二层考虑抽蓄启停优化,新能源机组出力以第一层初步结果为其最大可能出力,风、光、火电、常规水电机组各等值为一台机组,不考虑网络约束,得到优化后的抽蓄机组启停组合;最后将确定的抽蓄机组启停组合代回第一层进行回代修正,最终计算出各台机组的96点出力曲线。所提模型已应用到某实际省级电网中,以实际运行数据验证了模型的正确性和实用性。

计及源-荷互动的区域电-热联合系统日前优化调度

中国大型清洁能源基地形成了含风电、光伏发电、电/热负荷等多重随机性的区域电-热联合系统,灵活可调资源依赖性强,低碳、经济运行难度大。为了充分整合源、荷侧资源并最大限度消纳新能源,提出了计及电、热负荷需求响应及日前预测误差场景的区域电-热联合系统日前优化调度方法。首先,采用滑动时间窗多元高斯混合分布和蒙特卡洛对随机性源-荷日前预测误差进行场景生成和预测值修正;然后,类比定义了电、热负荷需求响应模型,建立了考虑源-荷互动的区域电-热系统模型;接着,综合考虑多重成本,在所有典型场景下建立了联合系统的低碳、经济日前优化调度期望模型;最后,以北方某地区冬季能源供给为例,渐进对比有无电、热负荷需求响应的多场景优化运行结果。结果表明,全面引入电、热负荷需求响应及电加热熔盐储热锅炉可以促进规模化风、光电力消纳,且区域电-热联合系统低碳、经济运行能力显著增强。

基于日前调度时段组合的联络线功率可行域分析

借助联络线可用传输容量(available transfer capability,ATC)来评估跨区电网的通道传输能力,可能导致据此得到的联络线计划与子区域的运行条件不匹配或引起额外的再调度成本。提出了一种基于广域和邻域时段组合的联络线功率可行域分析方法,可以更好地适应日前调度的场景需求。首先,借助多面体投影理论分析了时段耦合关系对可行域计算的影响,并提出应对思路。然后,针对日前调度跨时段耦合的特点,设计了广域和邻域时段组合的策略并构造可行域模型,兼顾时段跨度较大的耦合约束以及相邻时段的耦合约束的影响,将广域和邻域时段可行域的计算结果合成得到日前调度各时段的联络线功率可行域。最后,基于118节点系统比对了不同方法计算可行域结果的差异,并分析了广域、邻域组合策略的互补作用;以与118节点系统互联的39节点系统为例,分析了联络线功率可行域对子区域调度计划的影响,由此验证了所提方法的有效性。

含高渗透新能源电力系统中考虑变时段控制的火/储/荷日前优化调度

新能源高渗透电力系统中以风电、光伏为代表的新能源具有的不确定性,使得火电机组难以满足调度计划的精度需求。为提高火电机组调度计划的准确性,提出考虑变时段控制的新能源高渗透电力系统中火/储/荷日前优化调度策略:首先使用高斯混合模型将净负荷按时序特性聚类成3种时段类型,然后按各时段特点设计火-储-荷的变时段控制规则以优化日前调度,利用需求响应优化抽水蓄能电站利用率;其次以系统总成本最小为目标,综合考虑所提策略形成的各类型机组约束建立火-储-荷调度模型,形成火-储-荷的日前调度计划;最后通过算例分析验证所提策略的有效性。

考虑设备调节成本的主动配电网日前优化调度

为了降低主动配电网日前优化调度的成本,提出考虑设备调节成本的主动配电网日前优化调度方法。以日前综合运行成本最小为目标函数,以Distflow支路潮流、设备安全运行为约束条件,建立日前优化调度模型。针对二阶锥规划(second-order cone programming,SOCP)形式下的节点电压波动约束和储能寿命成本模型等非线性项,提出新的线性化处理方法,形成混合整数线性规划模型。采用YALMIP/CPLEX工具在改进IEEE-33节点系统中进行仿真计算。实验结果表明:所提方法能够有效考虑储能寿命折损成本因素,效果良好。

考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行

大力发展以电氢为核心的区域综合能源系统是实现能源系统绿色低碳转型的关键路径。针对现有研究因未系统考虑氢能系统热回收利用,导致能量利用效率低、经济性差等问题,提出考虑氢能系统热回收的电氢区域综合能源系统日前优化运行方法。首先,充分考虑氢能设备变效率、多工况的运行特征,研究不同类型电解水、氢燃料电池和甲烷化设备的产热特性和热回收原理,基于热力学方程和物理反应原理建立氢能系统热回收运行模型;然后,提出考虑氢能系统热回收的电-热-氢多能协同运行架构,建立区域综合能源系统日前优化运行模型;最后,通过算例分析验证了所提方法的有效性。仿真结果表明,氢能系统热回收可有效提高能源利用效率和多能协调运行能力,降低系统运行成本。