基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化方法与流程

本发明属于电力系统，具体涉及基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化方法。

背景技术：

1、随着高比例新能源电力系统的推进发展，由于新能源出力的不确定性和负荷的波动性，新能源出力与负荷需求存在错峰现象，给电力电量实时平衡的保证增加了困难，如何改进电力电量平衡分析方法以适应电力系统新特性成为电力系统优化规划领域的重要研究内容。

2、目前国内外学者针对电力电量平衡分析方面的研究已有部分成果。可调资源常用外特性方法进行聚合建模，该方法用统一的特征指标来刻画不同类型资源的调节能力。部分采用的按类聚合特性参数建模方法是常见的一类方法，其基本做法是给定约束和参数相近的可调资源集群的数学模型并计算模型参数。部分采用的数据驱动方法是外特性建模方法的另一种解决方案，即从历史数据中直接挖掘可调资源集群的特性参数。调节需求方面大多以区间分析、模糊分析、随机分析等不同不确定建模理论为基础进行建模。部分从随机理论、模糊集理论、可信性理论等方面，对国内外不确定因素建模方法的研究成果和基于不确定理论的输电网规划方法的研究成果进行了综述。部分对电力系统不确定性因素的区间预测框架和方法进行了阐述，从区间潮流和区间不确定性决策两个方面概括了不确定性稳态区间问题，并讨论了现有的不确定性稳态区间分析方法。现阶段研究对于日度发电-备用计划问题，备用资源的建模对象主要针对常规机组，且未考虑备用功率的时序耦合特性，备用需求的确定性评估规则难以适用。且为了反映更短时间尺度的电力电量平衡要求，对于年度发电计划问题主要依赖于长时间序列的高精度模拟实现，这种方法耗时长且对不确定性的描述能力有限，难以保证年度发电计划的合理性。

3、综上所述，现阶段所提研究方法不能满足新型电力系统的电力电量平衡要求。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，现阶段所提研究方法不能满足新型电力系统的电力电量平衡要求。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化方法，包括以下步骤：

4、s1、备用需求计算；基于备用需求的多维分布函数，计算给定置信水平下的备用需求联合置信区间，作为时序-概率电力电量平衡置信域判据的构造基础；

5、s2、多类型可调资源优化；时序-概率电力电量平衡的置信域判据作为优化问题的约束，要求系统所有备用资源的聚合可行域需要至少覆盖给定置信水平下的备用需求联合置信区间；

6、s3、时序-概率电力电量平衡评估；通过平衡性能评估，对发电-备用计划协调优化的有效性进行分析。

7、进一步的，步骤s1中，建立基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化模型；

8、规划模型的优化目标是系统总运行成本最小化，包括火电发电成本以及备用成本：

9、minc＝co+cr (1)

10、

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、其中，co表示火电发电成本，为火电单位发电量成本系数；cr表示备用成本，包括火电备用成本水电备用成本储能备用成本电制氢可调负荷备用成本经聚合商接入的可调资源集群备用成本以及额外从其它地区获取的备用成本各部分备用成本均分为上调部分和下调部分，其中c+用以表示上调备用成本系数，c-用以表示下调备用成本系数，和分别表示购置本系统外可调资源的上调和下调备用容量。

19、进一步的，步骤s2中，备用资源的聚合可行域具体如下：

20、a.备用资源的聚合可行域，记为备用可行域，定义如下；

21、设预测时序场景下可调资源i的基准功率序列为有功功率上限序列为下限序列为

22、备用的上调和下调从系统角度定义；对源侧和储能侧可调资源，可定义上调备用容量向量和下调备用容量向量分别如式(10)和(11)所示，而对负荷侧提供备用，上调和下调备用容量的定义正好相反，如式(12)和(13)所示；

23、

24、

25、

26、

27、其中，sg、ss和sl分别表示电源侧可调资源集合、储能侧可调资源集合以及负荷侧可调资源集合；

28、由于可调资源可行域的时序耦合约束，可调资源可提供的上调和下调备用容量也存在时序耦合；为刻画备用的时序耦合关系，引入可调资源的备用可行域概念；可调资源的备用可行域描述以r(i)+、r(i)-为变量的约束构成的解空间；在所有约束为线性时，可调资源的备用可行域定义如式(14)所示；

29、

30、b.可调资源可行域与备用可行域的关系；

31、记可调资源i的多面体可行域为设中的第k行约束为其应对成立，从而有式(15)成立；

32、

33、对电源和储能侧可调资源，结合式(10)和(11)，可得到式(16)，整理可得式(17)；

34、

35、

36、式(17)说明，若把按对应的变量分为三个子块，即则可根据直接得到各子矩阵的元素：

37、(1)

38、(2)若

39、(3)若

40、对右手项系数向量，有

41、类似地，对负荷侧可调资源，可推导得到基准功率向量和上/下调备用容量向量的关系式，如式(18)所示；

42、

43、c.可调资源的时序耦合备用可行域；

44、对于所有资源，均存在：

45、

46、

47、

48、d.备用可行域的聚合；

49、聚合响应型可调资源的聚合备用可行域的计算可采用两种方法：

50、一种方式是长方体并凸包算法，采用自下而上的方式，得到聚合备用可行域的内近似结果；

51、另一种方式是假设已得到聚合接入点的聚合可行域则可基于前述可行域与备用可行域关系，直接得到聚合备用可行域的结果，设对应的不等式组为

52、进一步的，基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用协调优化模型的约束条件如下：

53、a.直接调控型可调资源的运行约束；

54、火电运行约束：

55、

56、水电运行约束：

57、

58、储能运行约束：

59、

60、大型电制氢可调负荷运行约束：

61、

62、b.聚合响应型可调资源的运行约束；

63、各聚合接入点的聚合功率约束：

64、

65、c.基于预测场景的电力平衡；如式(27)所示；

66、

67、d.分布鲁棒上调备用约束；如式(28)所示，该式通过cvar转换为如式(29)所示的确定性约束；

68、

69、

70、

71、e.分布鲁棒下调备用约束；如式(30)所示，该式可以通过cvar转换为如式(31)所示的确定性约束；

72、

73、

74、在求解得到各类可调资源的基准功率和上调/下调备用容量之后，系统的平衡域为如式(32)～(34)所示的长方体区域，而调节需求的置信域为式(35)所示的联合置信区间，约束(27)～(31)即要求平衡域包含调节需求的联合置信区间，本质为时序-概率电力电量平衡的置信域判据；

75、

76、

77、

78、

79、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

80、本方案其中一个有益效果在于，

81、面向极高比例可再生能源电力系统的日至多日尺度的发电和备用计划联合优化问题，提出基于时序-概率电力电量平衡的发电-备用计划协调优化方法。考虑了源、荷、储多类型可调资源提供的备用容量，以及备用容量供给的时序耦合性，建立了多类型可调资源的时序耦合备用可行域，并针对备用需求计算问题，建立分布鲁棒备用需求模型。于多面体可行域构建源、荷、储各类资源的备用可行域模型，结合时序-概率电力电量平衡判据，实现了对不同类型可调资源各时段基准运行点和上调/下调备用容量的协调优化。