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  • 頭條含電動(dòng)汽車充電站的主動(dòng)配電網(wǎng)二階段魯棒規(guī)劃模型及其求解方法
    2021-04-08 作者:孔順飛 胡志堅(jiān) 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員孔順飛、胡志堅(jiān)、謝仕煒、楊黎、鄭云飛,在2020年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文,基于電力-交通耦合單元聯(lián)系主動(dòng)配電網(wǎng)和交通系統(tǒng),針對(duì)耦合系統(tǒng)中配電負(fù)荷、分布式電源和電動(dòng)汽車充電需求的不確定性,提出一種含電動(dòng)汽車充電站選址決策的主動(dòng)配電網(wǎng)二階段魯棒規(guī)劃模型。

    隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,大力發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電等分布式電源(Distribution Generation, DG)已成為未來電網(wǎng)的發(fā)展方向。在獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),為了應(yīng)對(duì)DG的接入問題,傳統(tǒng)配電網(wǎng)必須向具備潮流主動(dòng)控制能力和與負(fù)荷互動(dòng)能力的主動(dòng)配電網(wǎng)(Active Distribution Network, ADN)轉(zhuǎn)變。

    此外,電動(dòng)汽車(Electric Vehicle, EV)作為一種全新的交通工具,在環(huán)保和節(jié)能方面具有重要的作用,因此也得到了廣泛的應(yīng)用。但電動(dòng)汽車充電站的接入將帶來充電負(fù)荷,其選址問題不僅與EV用戶出行的便利有關(guān),也將影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。因此,為了更好地解決能源危機(jī)和環(huán)境問題,建立EV充電站與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃模型將更具意義。

    含電動(dòng)汽車充電站的主動(dòng)配電網(wǎng)二階段魯棒規(guī)劃模型及其求解方法

     

    近年來,與EV充電站選址相關(guān)的研究成果已有不少。但是這些文獻(xiàn)雖在充電站規(guī)劃或ADN規(guī)劃上做了大量工作,但就EV和ADN的協(xié)同規(guī)劃方面還有所欠缺。此外,考慮EV充電問題的ADN系統(tǒng)含有大量的不確定元素,主要包括交通網(wǎng)絡(luò)中的用戶充電需求、配電網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷需求和DG出力。現(xiàn)有研究多采用隨機(jī)規(guī)劃法或魯棒優(yōu)化法來建立相關(guān)不確定性模型。

    隨機(jī)規(guī)劃法通常以場(chǎng)景期望值法或是基于概率密度分布函數(shù)的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃法來建立模型。前者為了保證精度,通常需要大量的場(chǎng)景數(shù)據(jù),進(jìn)而降低計(jì)算效率,無法適用于大規(guī)模優(yōu)化問題;后者不僅難以獲得準(zhǔn)確的概率密度分布,且屬于非凸規(guī)劃,需轉(zhuǎn)為確定性模型才可求解,過程相對(duì)復(fù)雜。

    相比之下,魯棒優(yōu)化基于確定性集合來建立不確定性模型,不僅易于實(shí)現(xiàn),而且不需大量的數(shù)據(jù)或是被概率分布所限制。因此,魯棒優(yōu)化在處理不確定性模型中更具優(yōu)勢(shì)且得以廣泛應(yīng)用。

    有學(xué)者針對(duì)風(fēng)電與價(jià)格型需求響應(yīng)存在的不確定性,提出了一種適用于預(yù)調(diào)度方案可行性檢測(cè)的魯棒調(diào)度方法。有學(xué)者均考慮了風(fēng)電出力的不確定性,分別以無功優(yōu)化和配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃為重點(diǎn)進(jìn)行魯棒優(yōu)化。

    目前,國內(nèi)外關(guān)于魯棒優(yōu)化在充電站選址或是ADN規(guī)劃中還鮮有應(yīng)用。有學(xué)者對(duì)DG和負(fù)荷建立了一定保守度的不確定性時(shí)序集合,構(gòu)建了主動(dòng)配電網(wǎng)分層魯棒規(guī)劃模型。有學(xué)者采用基約束魯棒方法,考慮EV充電需求的不確定性,建立了充電站選址決策模型。前者雖考慮了場(chǎng)景的魯棒性,但本質(zhì)上仍屬于場(chǎng)景法,不屬于魯棒優(yōu)化的范疇;后者雖應(yīng)用了魯棒優(yōu)化,但沒有考慮EV充電對(duì)配電網(wǎng)的影響,也沒有涉及ADN,模型偏于簡(jiǎn)單。

    針對(duì)以上不足,武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院的研究人員通過耦合單元來聯(lián)系A(chǔ)DN和交通網(wǎng),考慮系統(tǒng)中主要的不確定性元素,提出了一種含EV充電站選址決策的ADN二階段魯棒規(guī)劃模型。

    第一階段優(yōu)化投資決策方案,在考慮第二階段可行性的基礎(chǔ)上展開規(guī)劃,不僅包括電動(dòng)汽車充電站的選址、配電線路的升級(jí)與擴(kuò)建,而且考慮分布式電源、靜止無功補(bǔ)償器、有載調(diào)壓變壓器、儲(chǔ)能等設(shè)備的投資;第二階段考慮運(yùn)行層,用于不確定參數(shù)的關(guān)鍵場(chǎng)景辨識(shí)和可行性檢測(cè)。針對(duì)所提模型呈現(xiàn)的min-max-min形式的二階段優(yōu)化問題,采用列約束生成與Benders分解相結(jié)合的二階段法進(jìn)行求解。最后,以一個(gè)由改進(jìn)的33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)和25節(jié)點(diǎn)交通系統(tǒng)耦合而成的網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明,模型的不確定度將對(duì)規(guī)劃結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)合理選擇不確定度的數(shù)值時(shí),二階段魯棒規(guī)劃將比確定性規(guī)劃更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

    研究人員最后指出,該規(guī)劃方法充分考慮了耦合系統(tǒng)中相關(guān)不確定元素以及OLTC、SVC、ESS和DG的聯(lián)合投資運(yùn)行,能夠針對(duì)魯棒規(guī)劃問題為規(guī)劃人員提供新的思路,并得出以下結(jié)論:

    • 1)在配電網(wǎng)規(guī)劃中考慮多種投資設(shè)備的聯(lián)合運(yùn)行能夠有效改善網(wǎng)絡(luò)的功率和電壓分布,充分體現(xiàn)了此類規(guī)劃方案的優(yōu)越性。
    • 2)CCG-Benders法能夠有效求解含min-max- min形式的二階段魯棒規(guī)劃問題,且具備較高的求解效率。
    • 3)當(dāng)不確定度選取合理時(shí),相比確定性模型,魯棒規(guī)劃模型可以有效降低運(yùn)行成本和交通充電成本,并在規(guī)劃年限內(nèi)成功回收投資成本,更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
    • 4)對(duì)魯棒規(guī)劃模型而言,不確定度的增大會(huì)提高系統(tǒng)的年運(yùn)行成本。當(dāng)不確定度取得過大時(shí),模型的迭代次數(shù)和尋優(yōu)時(shí)間均會(huì)變得更大,甚至無可行解。因此,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)合理選擇不確定度的數(shù)值。

    以上研究成果發(fā)表在2020年第5期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“含電動(dòng)汽車充電站的主動(dòng)配電網(wǎng)二階段魯棒規(guī)劃模型及其求解方法”,作者為孔順飛、胡志堅(jiān)、謝仕煒、楊黎、鄭云飛。

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