考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化研究

针对综合能源系统规划面临可再生能源波动性强、出力不确定性等问题,文章提出了一种考虑风光不确定性的综合能源系统容量-成本两阶段规划优化方法。首先,运用拉丁超立方抽样生成基础风、光场景集,并基于改进的k-means算法进行场景削减;其次,以运行成本最低、碳减排最优、污染物减排最优构建多目标优化模型;最后,提出系统容量-成本两阶段规划优化求解策略,并选取南方某商业园区进行规划仿真。仿真结果表明,文章所构建的综合能源系统两阶段规划模型能够在保证系统经济性的同时兼顾环保性,并满足用户多种用能需求。

基于改进信息最大化生成对抗网络的风光出力场景可控生成方法

基于深度学习的场景生成方法能够自适应挖掘历史数据中高维非线性特征,在风光出力的不确定性建模中得到了广泛应用。然而,基于深度学习的场景生成方法多为黑盒模型,存在可解释性差、生成不可控等问题。为此,提出了一种基于改进信息最大化生成对抗网络(information maximizing generative adversarial nets,Info GAN)的风光出力场景生成方法。该方法在目标函数中增加了基于互信息的正则化项,最大化控制编码与生成场景之间的互信息,无监督学习控制编码与生成场景统计特征的映射关系,并引入Gumbel-Softmax分布提高了生成场景的质量。结合风电场和光伏电站的真实数据进行了算例分析,算例结果表明,所提方法不仅能准确描述风光出力不确定性,而且具有可解释性,能够可控生成指定风光出力场景。

计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法

为了加速求解计及风电不确定性的安全约束机组组合问题,提出计及风电不确定性的多场景多时段安全约束机组组合解耦求解方法。将原问题解耦为多个场景的安全约束机组组合问题;通过将各场景的调度时段分为多个子时段对各场景安全约束机组组合问题进行解耦,形成多个并行的子问题;为了确保多场景解耦和多时段解耦解的可行性,利用一致性约束耦合不同的子问题,并在目标函数中添加惩罚项。通过算例分析验证了所提方法的有效性。结果表明,在可接受的精度下,所提方法比传统集中式方法显著缩短了多场景安全约束机组组合问题的求解时间。

考虑负荷侧惯量不确定性的机组组合

针对新能源高占比电力系统的频率安全问题和频率安全评价指标中只考虑电源侧惯量的问题,提出一种考虑电源侧惯量和负荷侧惯量并计及预测误差随机性的安全约束机组组合优化模型。首先,推导包含系统整体惯量的频率变化率和频率最低点公式。然后,深入研究电网调度运行的不确定因素,利用蒙特卡洛对风电功率预测误差概率分布模型抽样生成典型场景,利用随机规划理论对负荷侧惯量预测误差建模,在机会约束规划的基础上将其纳入频率约束中,建立随机机会约束的频率安全机组组合优化模型。最后,通过改进的10机算例,验证所提模型的经济性和频率安全性。

数据驱动下考虑多预测误差带信息的多场景随机优化调度

针对高比例可再生能源接入电网后省级电网面临的风光功率预测不确定性大、调度决策难等问题,提出一种多场景随机优化调度模型。基于核密度估计方法引入调度预测误差带的概念,结合风光聚合场站的预测出力和实际出力构建计及时间相关性的海量随机场景,结合改进的K-means聚类与同步回代消除算法进行场景缩减,引入布莱尔分数评价削减后随机场景的性能;基于风光随机出力场景,考虑供热系统中的热用户舒适度,构建日前随机优化调度模型。基于新疆电网实际网架结构和风光实际历史出力数据进行算例验证,结果表明:所提方法生成的风光出力随机场景可以更好地描述风光的预测轨迹;相较于传统日前调度方法,基于场景法的随机优化调度模型可有效提升风光可再生能源消纳率;以供热系统中热用户舒适度为导向,热电联产机组参与热力系统热电调节可进一步降低风光弃电率。

基于参数自适应随机模型预测控制的风光氢耦合系统功率调控策略

针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法对系统不确定性进行描述,作为参数自适应随机模型预测控制的输入;在设计的参数自适应随机模型预测控制优化框架下,计及延长系统设备生命周期的目标进行优化。针对随机模型预测控制在优化过程中预测时域和控制时域固定不变的缺陷,提出参数自适应方法以获取更好的优化效果。结果表明:在优化系统功率平衡方面,所提控制策略相较于随机模型预测控制提高了6.25百分点;在减少可控设备大功率运行方面,所提策略相较于常规模型预测控制降低了60%,验证了所提策略能够有效解决风光氢耦合系统源荷两侧的不确定性。

基于校正条件生成对抗网络的风电场群绿氢储能系统容量配置

以条件生成对抗网络(CGAN)为代表的半监督学习可计及风电波动并生成出力场景集合,生成的数据可输入氢气储能容量配置模型以支撑优化求解。为此,该文首先设计一种校正条件生成对抗网络(CCGAN),并基于风电预测误差构建条件校正器,对预测失准事件和风电爬坡事件下输入生成器的标签信息进行识别和校正;然后,以储能定容的综合成本和各风场弃风成本为目标函数,构建绿氢储能容量配置的多目标优化模型,并引入基于切比雪夫距离的膝区域数学概念,以指导多目标优化算法设计;最后,以新英格兰39节点系统为例进行算例分析,结果表明未经校正的条件信息将导致定容决策偏离实际,而CCGAN能生成计及风电不确定性的高置信出力场景,使得容量配置结果兼顾鲁棒性和经济性。

基于场景判别的风电齿轮箱温度预测及趋势异常预警方法

将齿轮箱温度划分为正常、温升异常和温度异常3种场景,并利用所构建的卷积神经网络(Conventional neural network,CNN)结合双向长短期记忆(Bidirectional long short term memory,BiLSTM)网络模型对场景进行判别。在此基础上,采用分位数回归(Quantile regression,QR)结合门控循环单元(Gate recurrent unit,GRU)方法,分别预测不同温度场景下的油温及轴承点预测及温度区间,并根据GRU温度异常诊断模型对2种预测温度进行诊断。算例分析结果表明,用该方法能准确预测各状态下齿轮箱温度,且预测区间可靠,可实现齿轮箱温度异常的高效诊断。依托某风场实测数据对所提方案进行验证,验证结果表明所提方法有效且性能优越。

考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光资源多目标容量配置

为实现梯级水风光蓄联合发电系统高效多能互补,研究考虑梯级水电融合抽蓄改造的风光发电多目标容量优化配置方法。以联合发电系统外送通道利用率最大和受端电网剩余负荷峰谷差最小为目标,优化联合发电系统风电和光伏发电的配置容量;考虑风电和光伏发电季节性波动,基于K-means聚类构建风电和光伏发电出力的典型场景,提出了梯级水风光蓄全场景互补运行模型,并发展了便于快速求解的混合整数线性化模型。以小金川梯级小水电周边的风电场与光伏电站为例,对所提方法的有效性进行了验证,分析了梯级水风光蓄联合系统的互补性,对比说明了混合式抽蓄在联合发电系统中的作用。

风光氢耦合系统的经济随机模型预测控制方法研究

针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对系统运行造成的影响,提出一种基于经济随机模型预测控制的优化方法。根据风光氢耦合系统中设备的特性,建立计及设备启停的状态空间模型;利用场景生成技术对风光出力及电负荷预测数据进行处理,以生成描述系统不确定性的场景集;基于生成的场景集,在设计的经济随机模型预测控制框架下,构造系统的混合整数线性规划问题,进而对系统进行经济优化控制。由于经济随机模型预测控制方法需提供准确描述系统不确定性的场景集,为此提出一种基于非参数预测的场景生成机制。通过案例仿真分析,相较于常规随机模型预测控制方法,所提控制方法降低5.89%的运行成本;相较于常规模型预测控制方法,降低13.25%的运行成本,验证了所提方法能有效解决风光氢耦合系统的不确定性。

一种考虑峰荷-电量分摊机制和风电关键场景的输-配电网协同调度策略

风电功率的不确定性问题严重制约其消纳,因此,激发输-配电网积极性并提出合理的风电协同消纳方法具有重要意义。在建立改进峰荷-电量责任模型的基础上,提出一种基于场景法的输-配电网多目标协同调度模型。首先,将传统输-配电网峰荷责任模型、电量责任模型相结合,同时计入风电消纳、需求响应的影响并引入输配电成本分摊机制,建立改进输-配电网峰荷-电量责任模型。其次,针对输-配电网集中式和分布式风电出力的不确定性问题,基于风电功率日前基础预测场景和奇、偶时刻的极限爬坡场景构建关键风电场景集,并在此基础上提出输-配电网柔性资源协同调度策略。然后,将输-配电网改进峰荷-电量责任模型和柔性资源协同调度策略相结合,建立输-配多目标协同优化模型。最后,基于典型T6D2系统进行案例仿真,采用目标级联分析法对所提模型进行求解。结果表明,所提模型有利于支撑并促进输-配电网提升风电消纳水平,而峰荷-电量责任的边际效应有助于输-配电网有序制定对应责任权重,从而实现经济效益、风电消纳和社会效益的合理均衡。

面向电力市场多时间尺度场景应用的风储系统调度方法

针对风储系统参与电力市场不同调用时间尺度场景的耦合问题,提出面向电力市场多时间尺度场景应用的风储系统优化调度方法,指导风储系统进行短时风功率波动平抑,并参与电能量市场及备用辅助服务市场,实现不同调用时间尺度场景间协同优化,最大化风储系统经济效益.首先,考虑不同场景盈利机制,以风储系统多场景经济收益最大为目标建立目标函数.然后,建立风储系统参与各应用场景条件约束以及多调用时间尺度耦合约束.最后,算例仿真验证了所提方法可在保证风功率波动不越限的同时,提升风储系统在日前电能量市场及备用辅助服务市场中的综合运行效益.

计及新能源备用的全场景可行随机机组组合模型

新型电力系统正面临新的挑战,这是由于高比例新能源的引入,需要对系统进行更为精细的优化调度,并确保其安全稳定运行。为减轻电力系统因大规模风电并网引发的运行安全压力,提出一套适用于电力系统的备用模型,纳入风电资源的随机机组组合方案。首先,可采用无参统计方法,以获得风电功率预测误差的概率密度估计,随后基于最佳信赖水平来构建风电备用模型。其次,提出应运用基于可变不确定性集顶点场景的全场景可行随机优化技术,以有效应对风电资源的不确定性,并引入严格的非预期性约束条件,以满足电力系统的经济调度需求。这一方法有望降低风电并网对电力系统安全运行所带来的挑战。最后,在改进的IEEE-24节点系统中,采用某地的实际数据验证了所提出随机优化模型的有效性,并与基于场景的两阶段随机优化进行对比。实验结果证明,所提出模型具有良好的经济性能,并可以有效减少计算时间。同时,引入强非预期约束,保证了所提出模型可获得全场景可行的最优策略。

考虑风电出力和电价不确定性的水风联合现货市场竞价策略

以风电为代表的新能源参与现货市场已是大势所趋,但出力不确定性导致其市场竞争力较弱,而电价的不确定性又进一步增大了其承担的收益风险。联合具有灵活调节能力的水电是有效的解决途径,而制定符合决策者风险意愿的竞价策略则是其中亟须解决的关键问题。为此,从价格接受者角度提出了水电联合风电参与现货市场的竞价模型。模型中采用笛卡尔积组合后的典型场景集描述风电出力、市场电价等多种不确定性,采用条件风险价值衡量不确定性导致的市场风险,并以风险因子作为决策者风险偏好纳入决策过程。通过引入0/1整数变量,将模型中的非线性函数转换为混合整数线性规划模型予以求解。以中国西南某省梯级水电站和风电场为背景,验证了模型的有效性,并进一步分析了风险偏好对竞价决策的影响。

基于自然资源评价的独立微网电源优化配置

为了保证独立微网运行的经济性和可靠性,在进行独立微网规划时,首先要确认电源的优化配置.微网内部负荷水平、所在地区地理和气候等自然资源条件会影响独立微网电源类型和容量的选择.本文研究不同地区“风/光/水/储”的综合自然资源特性,考虑独立微网供电可靠性和发电环保性,建立以微网电源最小综合发电成本为目标,计及电力电量平衡等约束条件的优化模型,采用线性化算法求解.针对风机、光伏和水电出力的不确定性,研究生成对抗网络GAN,对风光水出力进行多场景模拟,采用K-Medoids聚类算法的改进方法,实现运行场景的削减,提高了计算效率.为了分析风光水资源特性,构建了风光水资源指标评价体系,基于模糊评价方法,获取我国内地地区31个省级行政区的风光水资源水平.选取5个代表地区,验证所提方法的可行性和合理性,分析地区独立微电网电源配置方案和电源配置规律,为独立微电网电源规划提供参考.

基于风电-负荷匹配度的风电消纳能力自动评估方法

风力发电是一种绿色清洁发电技术,风能分布不均,存在着弃风问题,基于此,研究基于风电-负荷匹配度的风电消纳能力自动评估方法。创建风电-负荷场景,获取真实风电-负荷数据,计算风电-负荷匹配度,选取风电消纳能力自动评估指标,构建风电消纳能力自动评估模型,明确构建模型的约束条件,基于粒子群优化算法获取评估数值,根据评估规则确定风电消纳能力,实现风电消纳能力的自动评估。实验数据显示:应用提出方法获得的风电消纳能力自动评估时延最小值为11.4 s,评估结果误差最小值为2%,风电消纳能力评估效果更佳。

水风光协同运行背景下黄河上游水资源综合利用多目标竞争关系分析

随着水电补偿调节风光负担的加重,黄河上游地区水资源竞争关系日益复杂。通过建立水风光中长期协同运行模型,对典型年和不同风光出力进行组合,分析不同风光比例下各组目标之间的竞争关系及成因,尤其是防凌、灌溉等特殊时期,结果表明:凌汛初期较大的出库流量导致后续可用水量减小;水电需要补偿调节不稳定的风光出力从而导致出库流量无法满足灌溉期的流量需求;典型年竞争关系随来水的降低而复杂,不同风光比例下的竞争关系随风光占比的增加而复杂。研究成果可供水资源多目标综合利用研究参考。

高比例风电并网系统线路过载问题研究

以风电为代表的可再生能源电源会增加电力系统的不确定性。为了实现高比例可再生能源电力系统的状态估计和风险评估,提出一种基于典型场景聚类的高比例风电并网系统线路过载安全风险评估方法。利用K-means算法构建系统典型场景,结合风险理论对线路过载这一风险指标进行评估,表征线路潮流波动和系统状态的变化。IEEE39节点系统验证了所提方法的有效性。结果表明,系统典型场景的变化直接影响到电力系统的运行情况和风险指标。其中,在风电水平较高和负荷水平较低的场景下,系统的风险指标较高。

WIND-FLEX——一种新型的高速无线网络接口技术

WIND-FLEX是一种新型的 17GHz无线网络接口技术,具有高数据速率、高空间效率、灵活的设计、动态自适应和可配置等特点,能在时变信道条件下动态优化系统性能、有效载荷和QoS需求。文中首先介绍了 17GHz频带的管理状况和信道特点,然后分析了WIND-FLEX系统结构和网络结构,最后探讨了它的应用实例。

考虑碱性电解槽状态转换的风电制-储氢系统优化调度

针对风电制—储氢系统的优化调度问题,提出了一种考虑碱性电解槽状态转换的日前出力优化调度模型。该模型以系统日收益最高为目标,结合分时电价,引入电解槽状态转换过程中的冷热启动成本和功率波动成本,满足各个设备动态运行约束及系统功率平衡约束条件,调用Gurobi求解器进行优化求解。采用实际的风电出力数据和电氢负荷数据,对3种典型日场景下的优化结果进行分析。算例表明:所建立的优化调度模型能够满足电氢负荷需求,合理调节电解槽的3种状态,显著降低电解槽功率波动幅度和系统总成本,验证了所提模型的有效性。