一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法及系统

1.本发明涉及多能互补发电技术，特别是涉及一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法及系统。


背景技术：

2.我国西部地区资源丰富，通过“西电东送”输电通道外送电能至东部电网消纳利用，能否合理利用该区域的清洁能源，不仅对清洁能源基地建设影响重大，也将为当地高质量经济建设做出巨大贡献。在发电外送过程中出力波动导致的电流谐波叠加问题会加剧电网运行压力，其中光电受天气影响产生的锯齿形出力不利影响较大，该情况下，单一的能源消纳难题需要延伸为波动风险控制综合问题；与此同时，传统的多能互补过程对于中长期发电量消纳与短期输电通道消纳、波动情况缺乏统筹考虑，如何协调水电应对光伏出力的局部波动性与整体波动性，而该协调机制如何影响并调控中长期的多能互补系统调度决策，需要更深入的研究。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明目的是提供一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法，旨在中长期调度过程中兼顾短期多能互补系统发电波动风险，在此基础上实现长期电量消纳与短期电能并网的有效承接，提升多能利用效率。
4.本发明另一个目的是提供一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度系统。
5.技术方案：本发明的一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法，包括以下步骤：
6.s1、采集多能互补系统的历史运行资料，获取光伏出力过程、水电调节能力、输电通道容量，所述多能互补系统包括水电站与光伏电站；
7.s2、根据短期光伏出力过程与水电调节能力将输电通道容量划分为水电保证区、光伏消纳区、波动控制区，所述波动控制区由水电电量进行补偿，同时平抑光伏出力过程的局部波动性和整体波动性，在此基础上，形成短期多能互补发电过程中波动风险控制策略；
8.s3、构建多能互补中长期调度模型，包括：以多能互补系统消纳电量最优为目标建立中长期调度的目标函数，将短期波动风险控制转化为约束条件，以此构建中长期水电决策搜索与短期波动风险控制相耦合的嵌套优化调度模型；
9.s4、采用智能算法求解多能互补中长期调度模型，获得多能互补系统的中长期优化调度方式。
10.进一步的，步骤s2中，水电保证区为：水电出力下限需要占用的输电通道空间；光伏消纳区为：在水电保证区基础上，光伏出力过程进一步占用的输电通道空间，具体为：
11.[0012][0013][0014]
其中，分别为第n阶段的水电保证区、光伏消纳区的容量；为第n阶段的短期水电出力下限；pg为电网通道容量；分别为第n阶段第t时段的短期消纳光伏出力与短期光伏出力，其中表示输电通道能最大程度消纳的光伏出力，t为短期时段，t＝1
…
t，t是短期时段数，n为中长期阶段变量，n＝1
…
n，n表示中长期阶段总数，δt是短期步长；
[0015]
波动控制区为：在光伏消纳区的基础上，水电电量补偿光伏出力过程的波动性所占用的输电通道空间；根据水电电量补偿方式，将波动控制区分为局部波动控制区、整体波动控制区。
[0016]
更进一步的，局部波动控制区的外边界为能够容纳的最小梯形轮廓，梯形轮廓上边界与最高点保持一致，通过该点将梯形轮廓分为左、右两个直角梯形，梯形轮廓搜索方式具体为：
[0017][0018][0019]
mina1＝f(l1),mina2＝f(l2)
[0020]
其中，为第n阶段的局部波动控制区的空间容量；为第n阶段的初始波动区域，表示局部波动控制区边界与光伏消纳区边界之间的区域；a1、a2分别为左、右两个直角梯形面积，l1、l2分别为左、右直角梯形的斜边，f为直角梯形面积函数；依次遍历并连接梯形轮廓上边界、下边界上的时间节点组成斜边l1或l2，通过f计算a1、a2，若该侧位于斜边内侧，并满足面积最小要求，则求得局部波动控制区的边界表示能够完全容纳光伏出力过程的最小梯形轮廓。
[0021]
更进一步的，整体波动控制区的外边界为输电通道能够消纳水电电量的轮廓，具体为：
[0022][0023][0024][0025][0026]
其中，为第n阶段的整体波动控制区的空间容量；为第n阶段的整体波动控制区，表示输电通道最大容量与局部波动控制区边界之间的区域；为第n阶段的整体波
动控制区边界；为第n阶段的水电预想出力；pz为水电装机容量；为第n阶段的水电出力上限。
[0027]
进一步的，步骤s2中，在局部波动控制区的波动风险控制策略为：
[0028]
步骤1：初始波动区域采用短期时段t表征位置，t＝1
…
t；
[0029]
步骤2：确定波动区域各个位置的波动强度其中k表示循环次数；
[0030]
步骤3：赋予局部波动参数δs引导水电补偿出力补偿并平抑波动区域各个位置的波动强度
[0031]
步骤4：构建新的波动区域若波动区域各个位置的波动强度不高于局部波动参数δs，完成波动风险控制过程，否则返回步骤2，具体为：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037]
其中，分别为第k次波动风险控制过程中，在波动区域位置t处的波动区域大小、波动强度、水电补偿出力；分别为波动风险控制满足要求后，在位置t的波动区域大小与水电补偿出力；δs为局部波动参数；为水电局部平衡电量；表示对局部波动控制区补偿过程中需求调用的水电电量，其中δs是唯一变量，引入函数f1表示δs＝0时为完全补偿波动区域，此时波动区域完全消失。
[0038]
进一步的，步骤s2中，在整体波动控制区的波动风险控制策略为：
[0039]
步骤1：整体波动控制区采用短期时段t表征位置，t＝1
…
t；
[0040]
步骤2：赋予整体波动参数δr引导水电消纳出力沿水平面上升边界补偿整体波动控制区具体为：
[0041][0042][0043][0044]
其中，为水平面上升边界，为整体波动控制区位置t处的水电消纳出力；为水电整体平衡电量，对整体平衡区补偿过程中，δr为整体波动参数，是唯一变量，引入函数f2表示
[0045]
局部波动控制区的水电电量补偿完成后，剩余的水电电量在整体波动控制区内沿水平面上升，配合局部波动控制区平抑多能互补系统发电的整体波动性，使得多能互补系统发电过程峰谷差进一步降低。
[0046]
进一步的，步骤s3中，中长期水电决策搜索与短期波动风险控制相耦合的嵌套优化调度模型为：
[0047]
s31、中长期以消纳电量最大为目标，月为调度期、日为调度阶段步长，具体为：
[0048][0049][0050]
其中，w为中长期消纳电量，wn为第n阶段的短期消纳电量，为第n阶段的短期水电消纳电量，为第n阶段的短期光电消纳电量，通过当前阶段水位节点与径流计算获得；
[0051]
s32、约束条件包括：水量平衡约束、水库库容约束、下泄流量约束、还包括短期波动风险控制约束，具体为：
[0052][0053][0054]
其中，为第n阶段的水电保证区；分别为第n阶段的局部波动控制区、整体波动控制区所调用的水电电量，δs、δr分别为多个局部波动参数、整体波动参数组成的向量，其中0表示波动控制最高要求；
[0055]
约束条件还包括短期弃电风险控制约束，具体为：
[0056][0057][0058]
其中，为第n阶段的短期水电电量最大消纳空间。
[0059]
本发明的一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度系统，包括：
[0060]
数据采集模块，用于采集多能互补系统的历史运行资料；
[0061]
短期波动风险控制模块，根据水光互补发电系统的历史运行资料，随机选取一天，制定短期多能互补发电过程中波动风险控制策略，提取短期互补过程中的互补电量信息，包括：短期光电消纳电量、短期水电消纳电量、局部波动控制区所调用的水电电量、整体波动控制区所调用的水电电量、短期水电电量最大消纳空间；
[0062]
水光长期互补调度模块，根据短期波动风险控制模块输出的互补电量信息，进一步构建中长期水电决策搜索与短期波动风险控制相耦合的嵌套优化调度模型；
[0063]
模型求解模块，采用智能算法求解中长期调度模型，获得多能互补系统的中长期优化调度方式。
[0064]
本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
[0065]
存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
[0066]
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上述一种基于短期波动风险控制
的多能互补中长期调度方法的步骤。
[0067]
本发明的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法的步骤。
[0068]
有益效果：与现有技术相比，本发明方法通过合理划分输电通道容量，保障了水电保证出力，最大化提升了光伏出力的消纳程度；在此基础上，引入局部与整体波动参数，分别引导局部波动控制区、整体波动控制区的水电电量，针对多能互补系统发电过程的局部波动性与整体波动性实施补偿平抑，实现了短期波动风险控制策略；同时将电量互补信息传递至中长期调度过程，有效统筹了中长期发电量消纳与短期波动风险控制与弃电情况，提高了中长期多能互补系统发电电量消纳水平，并有效平抑了短期内发电过程的波动风险，提高了多能互补系统与电力系统的综合效益。
附图说明
[0069]
图1是本发明方法流程图；
[0070]
图2是输电通道容量划分示意图；
[0071]
图3是局部波动控制区的波动风险控制过程示意图；
[0072]
图4是整体波动控制区的波动风险控制过程示意图；
[0073]
图5是波动风险控制方案一中长期优化调度成果示意图；
[0074]
图6是波动风险控制方案二中长期优化调度成果示意图；
[0075]
图7是波动风险控制方案三中长期优化调度成果示意图；
[0076]
图8是三种方案在局部波动控制区的波动区域示意图；
[0077]
图9是三种方案在整体波动控制区的峰谷差示意图。
具体实施方式
[0078]
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0079]
选取某多能互补系统进行实例分析，水电装机规模952.5万kw；光电装机规模1200万kw，通过1000万kw输电通道传输电力。针对光伏年际发电总量稳定的特点，宜采用典型年6月光伏出力过程进行实施例计算。
[0080]
表1梯级水电站规模参数
[0081][0082]
如图1所示，本发明的一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法，包括以下步骤：
[0083]
s1、采集多能互补系统的历史运行资料，获取调度周期内光伏出力过程、水电调节
能力、输电通道容量；
[0084]
所述多能互补系统包括水电站与光伏电站，光伏出力过程主要呈现“昼发夜歇”的局部波动性与整体波动性，水电调节能力主要包括水电出力上限与水电出力下限。
[0085]
s2、根据短期光伏出力过程与水电调节能力将输电通道容量划分为水电保证区、光伏消纳区、波动控制区；所述波动控制区由水电电量进行补偿，同时平抑光伏出力过程的局部波动性和整体波动性，在此基础上，形成短期多能互补发电过程中波动风险控制策略；
[0086]
如图2所示，水电保证区为：水电出力下限需要占用的输电通道空间；光伏消纳区为：在水电保证区基础上，光伏出力过程进一步占用的输电通道空间，具体为：
[0087][0088][0089][0090]
式中，分别为第n阶段的水电保证区、光伏消纳区的容量；为第n阶段的短期水电出力下限；pg为输电通道容量；为第n阶段第t时段的短期消纳光伏出力，表示输电通道能最大程度消纳的光伏出力，为第n阶段第t时段的短期光伏出力；t为短期时段，t＝1
…
t，t是短期时段数，n为中长期阶段变量，n＝1
…
n，n表示中长期阶段总数，δt是短期步长。
[0091]
波动控制区为：在光伏消纳区的基础上，水电电量补偿光伏出力过程的波动性所占用的输电通道空间；根据水电电量补偿方式，将波动控制区分为局部波动控制区、整体波动控制区。
[0092]
局部波动控制区的外边界为能够容纳的最小梯形轮廓，梯形轮廓上边界与最高点保持一致，通过该点将梯形轮廓分为左、右两个阶梯状多边形，具体可表述为标准的直角梯形或三角形，该过程旨在通过直角梯形或三角形(直角梯形或三角形2种表达的计算形式都相同，因为光伏消纳区是一个固定区域，计算a1、a2的最小面积实质上是计算上述表达中局部波动控制区的最小面积)高效的面积函数积分运算，提升局部波动控制区的外边界即梯形轮廓的搜索效率，其中梯形轮廓搜索方式具体为：
[0093][0094][0095]
mina1＝f(l1),mina2＝f(l2)
[0096]
式中，为第n阶段的局部波动控制区的空间容量；为第n阶段的初始波动区域，表示局部波动控制区边界与光伏消纳区边界之间的区域；a1、a2分别为左、右两个阶梯状多边形(即直角梯形)面积，l1、l2分别为左、右阶梯状多边形(即直角梯形)的斜边，f为阶梯状多边形(即直角梯形)面积函数；依次遍历并连接梯形轮廓上边界、下边界上的时间节点组成斜边l1或l2，通过f计算a1、a2，若该侧位于斜边内侧，并满足面积最小要求，可求得
局部波动控制区的边界表示能够完全容纳光伏出力过程的最小梯形轮廓。
[0097]
整体波动控制区的外边界为输电通道能够消纳水电电量的轮廓，具体为：
[0098][0099][0100][0101][0102]
式中，为第n阶段的整体波动控制区的空间容量；为第n阶段的整体波动控制区，表示输电通道最大容量与局部波动控制区边界之间的区域；为第n阶段的整体波动控制区边界；为第n阶段的水电预想出力；pz为水电装机容量；为第n阶段的水电出力上限。
[0103]
如图3所示，在局部波动控制区的波动风险控制策略为：
[0104]
步骤1：初始波动区域采用短期时段t表征位置，t＝1
…
t；
[0105]
步骤2：确定波动区域各个位置的波动强度其中k表示循环次数；
[0106]
步骤3：赋予局部波动参数δs引导水电补偿出力补偿并平抑波动区域各个位置的波动强度
[0107]
步骤4：构建新的波动区域若波动区域各个位置的波动强度不高于局部波动参数δs，完成波动风险控制过程，否则返回步骤2，具体为：
[0108][0109][0110][0111][0112][0113]
式中，分别为第k次波动风险控制过程中，在波动区域位置t处的波动区域大小、波动强度、水电补偿出力；分别为波动风险控制满足要求后，在位置t的波动区域大小与水电补偿出力；δs为局部波动参数；为水电局部平衡电量；表示对局部波动控制区补偿过程中需求调用的水电电量，其中δs是唯一变量，引入函数f1表示δs＝0时为完全补偿波动区域，此时波动区域完全消失。
[0114]
例如图3中水电补偿出力i表示δs＝40万kw时，波动区域的水电补偿出力过程，水电补偿出力ⅱ表示
△
s＝10万kw时，波动区域的水电补偿出力过程。显然，随着
△
s降低，水电补偿出力随之增加，对波动区域的补偿平抑效果提升，若
△
s＝0万kw时，水电可以完全补
偿波动区域，该过程旨在平抑多能互补系统发电的局部波动性，使得多能互补系统发电过程逐渐趋近梯形轮廓送电形式，保障输电过程的局部稳定性。
[0115]
如图4所示，在整体波动控制区的波动风险控制策略为：
[0116]
步骤1：整体波动控制区采用短期时段t表征位置，t＝1
…
t；
[0117]
步骤2：赋予整体波动参数δr引导水电消纳出力沿水平面上升边界补偿整体波动控制区具体为：
[0118][0119][0120][0121]
式中，为水平面上升边界，为整体波动控制区位置t处的水电消纳出力；为水电整体平衡电量，对整体平衡区补偿过程中，
△
r为整体波动参数，是唯一变量，引入函数f2表示
[0122]
局部波动控制区的水电电量补偿完成后，剩余的水电电量在整体波动控制区内沿水平面上升，例如图4中水电补偿出力ⅲ表示δr＝200万kw时，整体波动控制区的水电补偿出力过程，水电补偿出力ⅳ表示
△
r＝500万kw时，整体波动控制区的水电补偿出力过程。显然，随着
△
r上升，水电补偿出力随之增加，对整体波动控制区的补偿平抑效果提升，该过程旨在配合局部波动控制区，进一步平抑多能互补系统发电的整体波动性，使得多能互补系统发电过程峰谷差进一步降低，保障输电过程的整体稳定性。
[0123]
综上所述，结合短期光伏出力过程制定波动控制区，通过水电电量补偿波动控制区，旨在平抑多能互补系统输电过程的波动性，该过程中，由于水电电量的补偿能力受到多方面因素制约，进一步将波动控制区划分为局部波动控制区与整体波动控制区，水电补偿能力较弱时，根据局部波动参数补偿局部波动控制区即可，尽量使得多能互补系统发电过程逐渐趋近梯形轮廓送电形式，保障输电过程的局部稳定性；水电补偿能力较强时，先补偿局部波动控制区的水电电量，再根据整体波动参数补偿整体波动控制区即可，尽量使得多能互补系统发电过程峰谷差进一步降低，保障输电过程的整体稳定性。在此基础上，根据长期多能互补系统调度决策形成短期灵活可控的波动风险控制策略。
[0124]
s3、构建多能互补中长期调度模型，包括：建立中长期调度目标函数，建立中长期调度约束条件；其中，以多能互补系统消纳电量最优为中长期调度的目标函数，将短期波动风险控制转化为约束条件，以此构建中长期水电决策搜索与短期波动风险控制相耦合的嵌套优化调度模型，即多能互补中长期调度模型；
[0125]
s31、中长期以消纳电量最大为目标，月为调度期、日为调度阶段步长，具体为：
[0126][0127][0128]
式中，w为中长期消纳电量，wn为第n阶段的短期消纳电量，为第n阶段的短期水
电消纳电量，为第n阶段的短期光电消纳电量，通过当前阶段水位节点与径流计算获得；
[0129]
s32、约束条件包括：水量平衡约束、水库库容约束、下泄流量约束、还包括短期波动风险控制约束，具体为：
[0130][0131][0132]
式中，为第n阶段的水电保证区；分别为第n阶段的局部波动控制区、整体波动控制区所调用的水电电量，δs、δr为多个局部波动参数、整体波动参数组成的向量，其中0表示波动控制最高要求；
[0133]
约束条件还包括短期弃电风险控制约束，具体为：
[0134][0135][0136]
式中，为第n阶段的短期水电电量最大消纳空间。
[0137]
s4、采用智能算法求解多能互补中长期调度模型，获得多能互补系统的中长期优化调度方式。
[0138]
一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度系统，包括：
[0139]
数据采集模块，用于采集多能互补系统的历史运行资料；
[0140]
短期波动风险控制模块，根据多能互补系统的历史运行资料，随机选取一天，制定短期多能互补发电过程中波动风险控制策略，提取短期互补过程中的互补电量信息，包括：提取短期互补过程中的互补电量信息，包括：水电保证区的容量光伏消纳区的容量水电局部平衡电量水电整体平衡电量水电电量最大消纳空间
[0141]
水光长期互补调度模块，根据短期波动风险控制模块输出的互补电量信息，进一步构建中长期水电决策搜索与短期波动风险控制相耦合的嵌套优化调度模型；
[0142]
模型求解模块，采用智能算法求解中长期调度模型，获得多能互补系统的中长期优化调度方式。
[0143]
本发明的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
[0144]
存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
[0145]
处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行所述一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法的步骤，并能达到与上述方法一致的技术效果。
[0146]
本发明的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现述一种基于短期波动风险控制的多能互补中长期调度方法的步骤，并能达到与上述方法一致的技术效果。
[0147]
如图5至图7所示，以6月径流平均流量1070m3/s为例，结合光伏出力过程，设置3组方案：其中δs＝[200，20，0]；δr＝[1000，1000，500]；采用动态规划算法求解多能互补中长期调度模型，中长期内各阶段的水电消纳电量发生了明显变化；原因是受局部波动参数、整体波动参数引导，在各阶段需要调用一部分水电电量，用以控制光伏出力过程的局部波动性与整体波动性，局部波动参数、整体波动参数越小，表示控制效果越明显，所需调用的
水电电量越多，波动风险控制效果具体为：
[0148]
如图8所示，方案一局部波动参数为200万kw，方案二局部波动参数为20万kw，方案三局部波动参数为0万kw，通过短期波动风险控制后，局部波动控制区中波动区域相邻时段的光伏出力锯齿形波动幅度得到显著缓解，在
△
s＝0万kw时，波动区域降至0呈现水平直线状，表示光电梯形轮廓得到完全补偿，互补系统外送电能呈现阶梯直线状，满足分段稳定的功率输电方式。可以有效降低电力系统运行压力；
[0149]
如图9所示，方案一整体波动参数为1000万kw，方案二整体波动参数为1000万kw，方案三整体波动参数为500万kw，通过短期波动风险控制后，方案三中峰谷差降至500kw以下，波动风险控制效果明显。
[0150]
根据上述分析，表明短期波动风险控制对中长期调度电量分配影响明显，对各阶段电能局部与整体并网质量的调控效果显著。提高了中长期电量消纳水平，并有效平抑了短期内发电过程的波动风险，提高了多能互补系统与电力系统的综合效益。