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  • 頭條主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化調(diào)度新方法,解決可再生能源出力不確定性問題
    2021-02-08 作者:葉暢 苗世洪 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力安全與高效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院的研究人員葉暢、苗世洪、李姚旺、李超、徐斌,在2019年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文(論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)不確定邊界的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化調(diào)度”),針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中可再生能源出力不確定性問題,提出一種基于改進(jìn)不確定邊界的主動(dòng)配電網(wǎng)可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化調(diào)度策略。 首先,引入可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化方法,建立含壓縮空氣儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型;然而,通過線性對(duì)偶理論和拉格朗日變換,將含不確定變量的魯棒優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換為僅含確定變量的混合整數(shù)優(yōu)化模型;同時(shí)利用數(shù)學(xué)歸納法及不等式性質(zhì),通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)提出基于改進(jìn)不確定邊界的魯棒成本決策方法,并對(duì)含不確定變量約束的最大置信度進(jìn)行定量分析,所提改進(jìn)邊界改善了現(xiàn)有不確定邊界的保守度,并具有較好的求解特性,可有效地保證系統(tǒng)魯棒性和經(jīng)濟(jì)性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系;最后,采用算例驗(yàn)證了所提調(diào)度策略的有效性和合理性。

    主動(dòng)配電網(wǎng)(Active Distribution Network, ADN)作為解決大規(guī)模分布式能源接入以及配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行問題的有效解決方案,已成為近年來的研究熱點(diǎn)。隨著各類可再生能源發(fā)電(Renewable Energy Generation, REG)、柔性負(fù)荷、儲(chǔ)能及新型電力電子控制裝置的大規(guī)模接入,ADN的控制及調(diào)度變得更加靈活而復(fù)雜。

    通常,在ADN調(diào)度決策過程中,REG可通過特定的預(yù)測(cè)算法得到相應(yīng)的預(yù)測(cè)出力數(shù)據(jù)。但REG固有的出力波動(dòng)性和隨機(jī)性通常會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)出力偏差較大,影響優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果。為解決該問題,近年來研究者提出了多種REG出力不確定性處理方法。

    • 有學(xué)者提出利用區(qū)間描述不確定性,并采用區(qū)間序關(guān)系模型轉(zhuǎn)換方法,將基于區(qū)間不確定性的優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換為一般確定性模型。
    • 有學(xué)者則利用模糊隨機(jī)理論對(duì)REG出力不確定性進(jìn)行描述,并建立了基于模糊隨機(jī)機(jī)會(huì)約束的優(yōu)化調(diào)度模型。
    • 隨著多狀態(tài)隨機(jī)場(chǎng)景建模技術(shù)的發(fā)展,有學(xué)者基于馬爾可夫鏈的多場(chǎng)景技術(shù)對(duì)REG出力進(jìn)行模擬,并利用聚類思想得到典型場(chǎng)景用于ADN優(yōu)化調(diào)度。

    然而,無(wú)論是隨機(jī)機(jī)會(huì)約束法還是場(chǎng)景分析法均需要采集大量數(shù)據(jù)樣本,以得到較為準(zhǔn)確的REG出力概率曲線,從而導(dǎo)致問題進(jìn)一步復(fù)雜化。魯棒優(yōu)化方法因其不需要已知確定的概率分布,僅需利用不確定集描述REG出力不確定性范圍,并通過優(yōu)化手段得到“最惡劣”場(chǎng)景下系統(tǒng)的調(diào)度方案,因此更加符合實(shí)際應(yīng)用需求。

    如有學(xué)者通過建立一定保守度下的不確定時(shí)序場(chǎng)景集,以棄風(fēng)、棄光和失負(fù)荷最少為優(yōu)化目標(biāo),構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)分層魯棒規(guī)劃模型。有學(xué)者引入魯棒測(cè)度表征微電網(wǎng)中不確定性因素的特性,構(gòu)建了微電網(wǎng)魯棒經(jīng)濟(jì)與環(huán)境優(yōu)化調(diào)度模型。

    目前,根據(jù)不確定集的類型,魯棒優(yōu)化方法通常可分為場(chǎng)景魯棒優(yōu)化方法、盒式魯棒優(yōu)化方法及橢球魯棒優(yōu)化方法。其中,盒式魯棒優(yōu)化的不確定集是一個(gè)線性約束,當(dāng)目標(biāo)函數(shù)及約束條件也是線性函數(shù)時(shí),該方法能保證模型得到快速有效求解,但通常會(huì)使得優(yōu)化結(jié)果過于保守。因此,D.Bertsimas等提出了一種基于“魯棒成本(the price of robustness)”的可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化方法,利用該方法可通過調(diào)整魯棒成本,協(xié)調(diào)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性和魯棒性之間的平衡,以滿足實(shí)際需求。

    現(xiàn)階段,已有研究將可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化方法應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度中,但其大都將研究重點(diǎn)放在魯棒模型的轉(zhuǎn)換和求解上,未對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和魯棒性的平衡作深入研究,同時(shí)也未進(jìn)一步深入探討REG接入數(shù)量、調(diào)度成本和系統(tǒng)魯棒性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

    鑒于以上研究現(xiàn)狀,本文考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)及柔性負(fù)荷接入,采用基于魯棒成本的可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化方法處理REG出力不確定性,構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。通過線性對(duì)偶理論和拉格朗日變換,將其轉(zhuǎn)換為常規(guī)混合整數(shù)線性優(yōu)化問題。同時(shí)通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),提出了基于改進(jìn)不確定邊界的魯棒成本決策方法,并對(duì)含不確定變量約束的最大置信度進(jìn)行了定量分析。

    該改進(jìn)邊界相比于現(xiàn)有魯棒優(yōu)化邊界而言,不僅具有較小的保守度,同時(shí)還具有較好的求解特性。最后,采用算例對(duì)所提調(diào)度策略進(jìn)行了仿真分析及驗(yàn)證。

    結(jié)論

    為了解決可再生能源出力不確定性問題,本文引入可調(diào)節(jié)魯棒優(yōu)化方法,構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,并利用線性對(duì)偶理論和拉格朗日變換,將其轉(zhuǎn)換為僅含確定變量的混合整數(shù)線性優(yōu)化問題,該問題可直接采用商業(yè)軟件CPLEX進(jìn)行求解。同時(shí)通過一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo),提出了基于改進(jìn)不確定邊界的魯棒成本決策方法。利用該方法,可靈活選取系統(tǒng)魯棒成本大小,有效協(xié)調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和魯棒性要求。

    算例表明,在約束被滿足概率相同的情況下,采用基于改進(jìn)不確定邊界的魯棒優(yōu)化方法,得到的調(diào)度結(jié)果經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。本文提出的改進(jìn)不確定邊界不僅具有較小的保守度,同時(shí)具有較好的求解特性,可有效避免因保守度過小而難以得到優(yōu)化解的問題,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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