一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法技术方案

一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法，步骤如下：获取电网、新能源发电、负荷和各类可控设备技术经济特性数据；根据取得的数据，以新能源承载能力最大，系统网损、投资成本和运行最小为优化目标，建立计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化模型P1；根据所建优化模型P1，使用松弛技术处理模型中非线性约束，得到松弛模型P2；根据松弛后的模型P2，将新能源机组关于不确定性的约束进行转化处理，得到优化模型P3；求解模型P3，根据求解结果更新模型P3；重复求解并更新P3，直至满足迭代终止条件，输出新能源最优承载能力、可控设备投资及调度运行方案。本发明专利技术可应用于电网投资规划、新能源最大承载能力优化、新能源不确定性消纳、分布式能源选址、分布式能源统筹配置运行优化及效率效益优化等领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法


[0001]本专利技术属于智能电网
，涉及一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的发展和政府支持力度的不断加大，新能源在我国呈爆发增长趋势。2020年，我国光伏和风电装机容量分别增长了48.2GW和71.7GW，一系列的相关政策相继出台来支持和鼓励新能源的发展。然而，由于新能源出力固有的随机性和波动性，快速增长的渗透率将会给电力系统带来巨大挑战，如过电压、功率失衡和弃风弃光等问题。因此，考虑新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法对于电网安全、经济、低碳运行具有重大意义。
[0003]目前，已有一些方法利用诸如储能、灵活火电、静止无功补偿器等可控设备的调节控制来保障新能源高渗透率下的电网安全运行，但这些方法大多采用非线性优化模型，往往求解效率不佳。此外，大部分电力系统规划运行相关文献的新能源出力多从历史数据中提取或用额定功率来表示，未记及新能源出力的不确定性给系统安全运行带来的挑战。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有研究的缺点，本专利技术的目的在于提供一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行自适应优化方法，基于新能源出力预测置信区间、松弛技术及代理仿射策略建立计算高效的电力系统规划运行优化模型，实现风电光伏高比例消纳和传统完全可控设备的高效安全利用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、获取电网、新能源发电、负荷和各类可控设备技术经济特性数据；
[0008]步骤2、根据步骤1取得的数据，以新能源承载能力最大，系统网损、投资成本和运行最小为优化目标，建立计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化模型P1；
[0009]步骤3、根据步骤2所建优化模型P1，使用松弛技术处理模型中非线性约束，得到松弛模型P2；
[0010]步骤4、根据步骤3松弛后的模型P2，将新能源机组关于不确定性的约束进行转化处理，得到优化模型P3；
[0011]步骤5、求解步骤4得到的优化模型P3，根据求解结果，更新模型P3；
[0012]步骤6、重复步骤5，直至满足迭代终止条件，输出新能源最优承载能力、可控设备投资及调度运行方案。
[0013]步骤1中数据主要包括：电网拓扑结构、电压和线路潮流安全范围，新能源出力预测值及置信区间，负荷预测值，燃气轮机、柴油发电机、火电厂、静止无功补偿器、调相机等
各类可控设备的投资成本、运行成本、额定容量、出力范围及最大安装数量。
[0014]步骤2中所述计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化模型P1的建模过程如下：
[0015]1)确定目标函数为
[0016][0017]其中，分别表示第n个r类新能源能源以及第m个g类可控设备的装机容量；和分别表示t时刻传输线(i,j)的网损和第m个g类可控设备t时刻出力；f
h
(
·
)、f
c
(
·
)、f
l
(
·
)、f
e
(
·
)分别表示新能源承载能力函数、投资成本函数、网损惩罚函数和运行成本函数；为时间的集合；为新能源能源类别的集合；为新能源能源数量的集合；为可控设备类别集合；为可控设备数量集合；为传输线集合。
[0018]2)引入新能源出力预测置信区间：
[0019][0020]其中，表示第n个r类新能源能源在t时刻的有功预测出力；分别为新能源出力预测置信区间下限函数和预测置信区间上限函数。
[0021]3)引入节点功率平衡约束
[0022][0023]其中，P
i,t
和Q
i,t
分别为节点i的有功和无功注入功率；V
i,t
表示节点i的电压幅值，θ
ij,t
为节点i和节点j的电压相角差；G
ij
和B
ij
分别为线路导纳的实部和虚部；为节点的集合；
[0024]4)引入可控设备约束
[0025][0026]其中，分别为第m个g类可控设备的有功规划出力、无功规划出力和容量；f
P,min
(
·
)、f
P,max
(
·
)、f
Q,min
(
·
)和f
Q,max
(
·
)分别为可控设备最低有功出力函数、
最大有功出力函数、最小无功出力函数和最大无功出力函数；为第m个g类可控设备是否安装的0
‑
1决策变量；为第m个g类可控设备的最大允许安装容量；X
g
为第g类可控设备的最大装机数量。
[0027]5)引入电网安全约束
[0028][0029][0030]其中，V和为电压下限和上限；S
ij,t
为从节点i到节点j的传输线视在功率；为传输线视在功率上限。
[0031]6)对新能源出力不确定性进行消纳
[0032]根据新能源实际出力的不确定度，使用仿射策略做为可控设备的调度函数，对新能源能源不确定性进行消纳；仿射策略表示为
[0033][0034]其中，F
tP
、F
tQ
、F
tV
、和F
tθ
分别为新能源出力不确定度ε
t
到有功功率、无功功率、电压幅值和相角的仿射矩阵；是不确定度的集合，定义为
[0035][0036]其中，和为不确定度的下限和上限；假设P
t
表示有功功率向量，Q
t
表示无功功率向量，V
t
表示电压幅值向量，θ
t
表示电压相角向量；则表示电压相角向量；则和是第二阶段的新决策变量，且需满足公式(3)至公式(6)；此外，引入以下约束，使得新能源预测置信区间被包含于
[0037][0038]步骤3中所述松弛技术主要包括：
[0039]1)使用二阶锥松弛技术对模型P1的功率平衡约束进行松弛处理；通过引入下列辅助变量
[0040][0041]将公式(3)松弛为
[0042][0043][0044]2)使用线性化近似技术对模型P1不确定性消纳需满足的功率平衡约束进行松弛处理；通过以下线性化近似公式
[0045][0046]其中，和分别为电压幅值和相角的基准点；结合辅助变量公式(10)，将不确定性消纳需满足的功率平衡约束松弛为
[0047][0048]在公式(14)中引入了一组松弛变量，以保证模型有解，并将其作为惩罚项加入目标函数中。
[0049]3)使用线性化分段技术对模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取电网、新能源发电、负荷和各类可控设备技术、经济特性数据。步骤2、根据步骤1取得的数据，以新能源承载能力最大，系统网损、投资成本和运行最小为优化目标，建立计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化模型P1；步骤3、根据步骤2所建优化模型P1，使用松弛技术处理模型中非线性约束，得到松弛模型P2；步骤4、根据步骤3松弛后的模型P2，将新能源机组关于不确定性的约束进行转化处理，得到优化模型P3；步骤5、求解步骤4得到的优化模型P3，根据求解结果，更新模型P3；步骤6、重复步骤5，直至满足迭代终止条件，输出新能源最优承载能力、可控设备投资及调度运行方案。2.根据权利要求1所述的一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法，其特征在于，步骤1中数据主要包括：电网拓扑结构、电压和线路潮流安全范围，新能源出力预测值及置信区间，负荷预测值，燃气轮机、柴油发电机、火电厂、静止无功补偿器、调相机各类可控设备的投资成本、运行成本、额定容量、出力范围及最大安装数量。3.根据权利要求1所述的一种计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化方法，其特征在于，步骤2中所述计及新能源出力不确定性的电力系统规划运行优化模型P1的建模过程如下：1)确定目标函数为其中，分别表示第n个r类新能源能源以及第m个g类可控设备的装机容量；和分别表示t时刻传输线(i,j)的网损和第m个g类可控设备t时刻出力；f
h
(
·
)、f
c
(
·
)、f
l
(
·
)、f
e
(
·
)分别表示新能源承载能力函数、投资成本函数、网损惩罚函数和运行成本函数，每项可加权重系数；为时间的集合；为新能源能源类别的集合；为新能源能源数量的集合；为可控设备类别集合；为可控设备数量集合；为传输线集合；2)引入新能源出力预测置信区间：其中，表示第n个r类新能源能源在t时刻的预测有功出力；分别为新能源出力预测置信区间下限函数和预测置信区间上限函数；3)引入节点功率平衡约束
其中，P
i,t
和Q
i,t
分别为节点i的有功和无功注入功率；V
i,t
表示节点i的电压幅值，θ
ij,t
为节点i和节点j的电压相角差；G
ij
和B
ij
分别为线路导纳的实部和虚部；为节点的集合；4)引入可控设备约束其中，分别为第m个g类可控设备的有功规划出力、无功规划出力和容量；f
P,min
(
·
)、f
P,max
(
·
)、f
Q,min
(
·
)和f
Q,max
(
·
)分别为可控设备最低有功出力函数、最大有功出力函数、最小无功出力函数和最大无功出力函数；为第m个g类可控设备是否安装的0
‑
1决策变量；为第m个g类可控设备的最大允许安装容量；X
g
为第g类可控设备的最大装机数量；5)引入电网安全约束5)引入电网安全约束其中，V和为电压下限和上限；S
ij,t
为从节点i到节点j的传输线视在功率；为传输线视在功率上限；6)对新能源不确定性进行消纳根据新能源实际出力的不确定度，使用仿射策略作为可控设备的调度函数，对新能源不确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶洪兴，张洛萌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：