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基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法

阅读:1发布:2021-04-08

专利汇可以提供基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了基于信息间隙决策理论的电气综合 能源 系统调度方法,其内容包括:建立信息间隙决策理论模型;建立 风 电-抽 水 蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型;考虑风电出 力 不确定性,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型;建立确定型电气综合能源系统调度模型;考虑负荷的不确定性,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型;结合细菌群体趋药性 算法 对模型进行求解;将求解结果发送给能源调度中心,能源调度中心根据求解结果对能源系统进行调度。本发明提出的调度策略能有效地减少风电的间歇性和 波动 性、提高风电消纳量和增加电气综合能源系统经济效益,并且为不同风险偏好的决策者提供不同的调度策略。,下面是基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法专利的具体信息内容。

1.一种基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:所述方法内容包括如下步骤:
步骤1、建立信息间隙决策理论模型;
步骤2、建立电-抽蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型;
步骤3、根据信息间隙决策理论模型和风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型,考虑风电出不确定性,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型,具体过程如下:
首先,建立风电出力不确定集模型:
式中:Pw(t,k)为风电场出力预测值; 为风电场出力实际值;αw为波动幅度,其
值与预测误差直接相关;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;
当不考虑不确定性,即αw=0时,上述风蓄联合机组调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的经济效益,称为基础效益,记为F0;
然后,根据风电出力不确定集模型,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型,具体表示如下:
建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
目标函数为:maxαw;
约束条件为: 以及所述步骤2中
风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型的所有约束条件;
其中,F0为基础效益;αw为波动幅度; 为鲁棒模型经济效益偏差参数; 为风
电场出力实际值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;
建立机会寻求策略下的IGDT调度机会模型:
目标函数为:minαw;
约束条件为: 以及所述步骤2中
风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型的所有约束条件;
其中,αw为波动幅度; 为机会模型经济效益偏差参数; 为风电场出力实际
值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;
步骤4、建立确定型电气综合能源系统调度模型;
步骤5、根据信息间隙决策理论模型和确定型电气综合能源系统调度模型,考虑负荷的不确定性,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型,具体过程如下:
首先,建立负荷需求不确定集模型:
式中:U(αL,PL,t)为负荷需求不确定集;PL,t为负荷的预测值; 为负荷的实际值;αL为波动幅度,其值与预测误差直接相关;
当不考虑不确定性,即αL=0时,上述电气综合能源系统调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的调度成本,称为基础成本,记为C0;
然后,根据负荷需求不确定集模型,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型,具体如下:
建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
目标函数为:max αL;
约束条件为: 以及所述步骤4中确定型电
气综合能源系统调度模型的所有约束条件;
其中,αL为波动幅度, 为鲁棒模型调度成本偏差参数;
建立机会寻求策略下的IGDT调度机会模型:
目标函数为:min αL;
约束条件为: 以及所述步骤4中确定型电
气综合能源系统调度模型的所有约束条件;
其中, 为机会模型调度成本偏差参数;
步骤6、结合细菌群体趋药性算法对所述步骤3和步骤5的模型进行求解,获得相关参数,所述参数具体包括:基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型的两种模型的风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力情况,基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型的两种模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组出力情况;
步骤7、将所述步骤6求解得到的所述参数发送给能源调度中心,能源调度中心根据所述参数对能源系统进行调度。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:在所述步骤1中,建立信息间隙决策理论模型,其具体过程如下:
IGDT是一种针对含不确定参数模型的数学优化方法,利用IGDT优化的模型如下:
式中:X为不确定参数;d为决策变量;B(X,d)为目标函数;H(X,d)、G(X,d)为等式和不等式约束;
不确定参数X围绕预测值X的波动可描述如下:
式中: 表示不确定参数的预测值,α表示不确定参数的波动幅度,α≥0; 表示
不确定参数X偏离预测值的范围不超过
在不确定环境中,保守的决策者为了保证某一最低预期目标的实现,通常将不确定参数的不利扰动最大化,而冒进的决策者更多的是追求不确定性可能带来的额外收益;
IGDT的鲁棒模型表示如下:
IGDT的机会模型表示如下:
式中:Bo为X取 时式(1)的目标函数值;Bc为鲁棒模型的预期成本;Bj为机会模型的预期成本;βc为鲁棒模型的偏差因子,代表预期成本高于Bo的偏差程度;βj为机会模型的偏差因子,代表预期成本低于Bo的偏差程度;
对于给定的d,maxB(X,d)和minB(X,d)是关于X的函数,若两者随X的变化能被明显性地确定,则它们的具体表达形式可以被直观地表示;
式(3)为鲁棒模型,它表示在该模型下求得的决策值d对于任意扰动 都能
保证预期成本不高于Bc;
式(4)为机会模型,它表示对于该模型下求得的决策值d,至少存在一个 使
得预期成本不高于Bo。
3.根据权利要求1所述的基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:在所述步骤2中,建立风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型,其具体过程如下:
风电-抽水蓄能联合机组最优经济效益的目标函数为:
maxF(8)
式中:F为风电上网经济效益;Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率;C(t,k)为第t小时第k时段的上网电价;Ci(t,k)为第t小时第k时段的抽水电价;T为一个周期即24小时;K为每小时内时段数即4个时段;
风蓄联合机组最优经济效益的约束条件:
(1)等式约束条件:
Xt+Yt=1  (13)
Pws(t,k)=Pws(t,k+1)  (15)
式中:Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率; 分别为风蓄联合机组在抽水状态和发电状态下第k,
k取1,2,3,4时段的并网功率;Xt=1时表示机组在第t小时为发电状态,Xt=0时机组在第t小时为抽水状态;Yt=0时表示机组在第t小时为发电状态,Yt=1时机组在第t小时为抽水状态;Pw(t,k)为第t小时第k时段风电机组预测功率;Pw.t为第t小时的风电机组总预测功率;Pg(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的发电功率;ηp为抽水蓄能机组的抽水效率;
式(15)表示风蓄联合机组满足风蓄联合机组的联合并网功率相对平滑;
(2)不等式约束条件:
①风蓄联合机组的并网功率在抽水状态和发电状态下约束:
式中: 表示机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最小值; 表示
机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最大值;Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值;
②抽水蓄能机组在抽水状态和发电状态下功率约束:
0≤Pg(t,k)≤Pg.max(t,k)  (18)
0≤Pp(t,k)≤Pp.max(t,k)  (19)
式中:Pp.max(t,k)和Pg.max(t,k)分别为抽水功率和发电功率上限;
③在电力市场环境下,对于并网的风电-抽水蓄能联合运行方式,除了要减小对系统的影响外,还需考虑自身的发电收益问题,考虑风电并网对电网稳定性的影响,设定风电-抽水蓄能联合机组并网功率约束:
Pmin(t,k)≤Pws(t,k)≤Pmax(t,k)  (20)
式中:Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值;
④风蓄联合机组抽水功率和发电功率互相约束:
式中:ηg为抽水蓄能机组的发电效率;
⑤风电机组预测功率并网约束:
Pd.min(t,k)≤Pw(t,k)≤Pd.max(t,k)  (22)
当XtPw(t,k)≥Pd.max(t,k)时,表示为:
XtPw(t,k)=Pd.max(t,k)  (23)
式中:Pd.min(t,k)、Pd.max(t,k)为第t小时第k时段风电机组装机容量的最小值和最大值;
⑥抽水蓄能机组启停次数约束:
发明的研究是利用某一小时内风电预测功率与一个周期的小时预测功率平均值的
对比来确定抽水蓄能机组的启停次数,即启停次数随着抽水蓄能机组抽水/发电状态的变化而变化,对抽水蓄能机组的启停次数约束,表示为:
式中:M为抽水蓄能机组的启停次数; 为抽水状态的个数; 为发电状态的个数。
4.根据权利要求1所述的基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:在所述步骤4中,建立确定型电气综合能源系统调度模型,其具体实现过程如下:
1)目标函数:
目标是电气综合能源系统的总运行成本C最小,包括火电机组发电成本、风蓄联合机组运行发电成本和气源出力成本;因此,目标函数如下式所示:
式中:t为调度时段;T为调度总周期;ΩGC、ΩN分别为燃机组、气源的集合;PGC,i,t为第i个燃煤机组在t时段的有功出力;ai,bi,ci为第i个燃煤机组的发电成本系数;gi为第i个气源的天然气购买成本系数;FN,i,t为第i个气源在t时段的输出气流量;Kc为风蓄联合机组的发电成本系数,Pws,t为第t小时风蓄联合机组并网功率;
2)约束条件:
电气综合能源系统优化调度的约束条件,包括:电力网络约束、天然气网络约束以及两者网络的耦合约束;
(1)电力网络约束:
电力网络约束采用常规约束,包括功率平衡约束、平衡节点约束、发电机组,即包括燃煤机组和燃气机组出力约束、节点电压约束、线路功率约束和发电机组爬坡约束,采用直角坐标形式,表达如下:
PG,i,t+Pws,t-PP2G,i,t-PL,i,t-Pi,t=0  (29)
QG,i,t-QL,i,t-Qi,t=0  (30)
tanθbal,t-fbal,t/ebal,t=0  (31)
PG,i,min≤PG,i,t≤PG,i,max  (32)
QG,i,min≤QG,i,t≤QG,i,max  (33)
2 2 2 2
Vi,min≤ei,t+fi,t≤Vi,max  (34)
0≤Pij,t2+Qij,t2≤S2ij,max  (35)
PG,i,t-PG,i,t-1≤RU,i  (36)
PG,i,t-1-PG,i,t≤RD,i  (37)
式中:Pi,t、Qi,t分别为t时刻节点i的有功、无功功率;PG,i,t为t时刻发电机组i的有功出力;QG,i,t为t时刻发电机组i的无功出力;PL,i,t为t时刻节点i的有功负荷;QL,i,t为t时刻节点i的无功负荷;PP2G,i,t为t时电转气装置i的有功出力;θbal,t为t时刻平衡节点电压相角;
ebal,t、fbal,t分别为t时刻平衡节点电压的实部虚部;PG,i,max、PG,i,min和QG,i,max、QG,i,min分别为发电机组i的有功出力上下限和无功出力上下限;ei,t、fi,t分别为t时刻节点i电压的实部和虚部;Vi,max、Vi,min分别为节点i电压幅值上下限;Pij,t、Qij,t分别为t时刻线路ij的有功、无功功率;Sij,max为线路ij视在功率的上限;RU,i、RD,i分别为发电机组i上、下爬坡的上限;
(2)天然气网络约束:
天然气网络主要包括:提供天然气的气源点,将天然气输送至负荷侧的管道和用于补充能量传输过程中压力损失的加压站;本发明研究多时段动态过程,还需要考虑具备存储功能的储气罐和管存;
①气源点:
气源点向天然气网络注入天然气,每个气源点供应流量的上下限约束表示如下:
QN,j,min≤QN,j,t≤QN,j,max  (38)
式中:QN,j,t为t时刻气源点j的天然气供应流量;QN,j,max、QN,j,min分别为气源点j的天然气供应流量上、下限;
②管道:
天然气管道流量方程与管道两端压力及管道诸多物理特性有关,并无通用的形式,特定情形下的气体流量通常用非线性方程描述,对于理想绝热输气管道,考虑天然气双向流动,
其流量方程可表示为:
式中: 表示t时刻流过管道ij的平均流量,其中Qinij,t、Qoutij,t分别
为t时刻管道ij的首端天然气注入流量和末端天然气输出流量;Cij为与管道ij效率、温度、长度、内径、压缩因子等有关的常数;pi,t、pj,t分别为t时刻首末节点i、j的压力值;
天然气管道流量方程(39)仅适用于高压紊流的网络,节点压力值有上下限约束,表示如下:
pj,min≤pj,t≤pj,max  (40)
式中pj,min、pj,max分别为节点j压力值上、下限;
③管存:
由于天然气的可压缩性,管道首端天然气注入流量往往与末端天然气输出流量不同,首末端相差的天然气流量就短暂地存储在管道中,称之为管存,管存可缓冲天然气网络气负荷的波动,是保证天然气可靠供应的关键因素,管存与管道两端的平均压力和管道参数成正比,考虑多时段动态过程,可表示为:
式中:Lij,t为t时刻管道ij的管存;Mij为与管道ij长度、半径、温度及气体密度、压缩因子等有关的常数; 表示t时刻管道ij的平均压力;
④储气罐:
天然气网络中天然气的存储对于负荷可靠供应和网络安全稳定运行至关重要,在天然气网络发生故障或气负荷发生较大的波动时,储气罐可代替气源点向网络提供天然气,保障天然气负荷供应充足,天然气网络储气罐受到存储容量的限制和天然气注入、输出流量的限制,考虑多时段动态过程,其约束可表示为:
式中:SS,j,t为t时刻储气罐j的存储容量; 分别为t时刻储气罐j的天然气注入
流量和输出流量;SS,j,max、SS,j,min分别为储气罐j存储容量的上、下限; 分
别为储气罐j天然气注入流量和输出流量的上限;
压缩机
为了可靠传输天然气和补偿由于摩擦阻力造成的天然气网络的压力损失,天然气网络中需要配置一定数量的加压站,加压站最主要的部分是增加天然气压力的压缩机,假设压缩机消耗的能量来源于通过压缩机的天然气,可将其视为天然气网络的负荷,压缩机消耗的天然气流量与流过压缩机的流量及压缩比有关,可表示如下:
式中:Qcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的天然气流量;Hcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的能量;
βk为压缩机k的能量转换系数;Bk为与压缩机k效率、温度、天然气热值有关的常数;fcom,k,t为t时刻流过压缩机k的天然气流量;Zk为与压缩机k压缩因子和天然气热值有关的常数;
Rk,max、Rk,min分别为压缩机k压缩比的上、下限;
⑥流量平衡:
类似于电力网络中的节点功率平衡,根据流量守恒定律可得天然气网络中每个节点的流量平衡方程,表示为:
式中:i∈j表示所有与节点j相连的节点;QP2G,j,t为t时刻电转气j转换得到的天然气流量;QGT,j,t为t时刻燃气轮机j消耗的天然气流量;Qcom,j,t为t时刻压缩机j消耗的天然气流量;QL,j,t为t时刻节点j的天然气负荷;Qinij,t、Qoutij,t分别为t时刻管道ij的首端天然气注入流量和末端天然气输出流量; 分别为t时刻储气罐j的天然气注入流量和输出
流量;QN,j,t为t时刻气源点j的天然气供应流量;
(3)电力系统与天然气系统的耦合约束:
电气综合能源系统由电力网络和天然气网络耦合而成,本发明计及了电转气和燃气轮机两种耦合形式,本发明通过电转气和燃气轮机的能量转换效率及天然气热值,建立其线性模型:
①电转气:
式中: 为电转气j的转换效率;Hg为天然气热值,取39MJ/m3;
②燃气轮机:
式中: 为燃气轮机j的转换效率。
5.根据权利要求1所述的基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:在所述步骤6中,采用细菌群体趋药性算法对所述步骤3进行求解步骤为:
(1)当不考虑不确定性,即αw=0时,用预测值Pw(t,k)代替不确定参数 优化求
解确定性模型,即式(5)-(24),得到目标函数最优值F0,F0称为基础效益;
(2)设定成本偏差因子 确定两种模型期望目标值 和
(3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力情况的参数。
6.根据权利要求5所述的基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其特征在于:在所述步骤6中,采用细菌群体趋药性算法对所述步骤5的模型进行求解步骤为:
(1)当不考虑不确定性,即αL=0时,用预测值PL,t代替不确定参数 优化求解确定性模型,即式(28)-(50),得到目标函数最优值C0,C0为基础成本;
(2)设定成本偏差因子 确定决策者可接受的两种模型期望目标值

(3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组出力情况的参数。

说明书全文

基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法

技术领域

[0001] 本发明涉及能源领域,尤其涉及一种基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法。

背景技术

[0002] 由于传统化石燃料不可再生,提高可再生能源的利用率成为关键问题,而提高电系统可再生能源高比例渗透率的关键是增加能源消费测的运行灵活性,由此提出“综合
能源系统”这一概念。综合能源系统中电-气综合能源系统是重中之重,电力系统与天然气
系统是两个相互独立运营的能源系统。但由于燃气轮机具有快速启停特性和快速负荷调节
特性,导致天然气消耗量在世界范围内迅速增长。预计到2030年,燃气发电量增长230%,相应的燃气轮机的装机数量将快速增加,进一步加深电力系统与天然气系统的耦合程度。随
着二者之间耦合程度不断提高,其经济性与可靠性将互相影响,故传统基于单一能源系统
的独立分析方法已不适用于强耦合的电力-天然气能源系统,迫切需要从电-气综合能源系
度出发,寻求计及二者运行约束的协调优化运行方式。
[0003] 电-气综合能源系统在传统情况下仅仅依靠燃气轮机作为双网耦合通道,能量流动为单一方向;电转气(power-to-gas,P2G)装置的出现使得电、气双网的能量流动变为双
向,强化双网系统耦合,两者耦合通过燃气轮机(作为G2P设备)和P2G系统实现。燃气轮机由
天然气网络供气,既是气网的负荷,也是电网的电源;P2G设备既是电网的负荷,也是气网的气源。P2G技术可以实现能量从电力系统向氢气、天然气系统的转化并实现电能的间接大规
模、长时间存储,拓展了新能源消纳的思路。P2G合成的甲烷与普通天然气的性质相似,从而可注入天然气输送管道和存储网络中,降低天然气负荷需求的不确定性给管道运行带来的
险,减少化石能源的使用,有助于实现多能源系统相互融合。
[0004] 电-气综合能源系统运行时存在诸多不确定性因素,如负荷波动、新能源发电出力波动等。这些因素影响系统的正常稳定运行。风力是间歇性能源,风电出力具有波动性和随
机性,其并网运行给系统调度带来了新的挑战。因此,在制定电气综合能源系统调度策略
时,必须考虑风电出力和负荷的不确定性。
[0005] 近年来,随着我国越来越多的大中型风电场相继投入运行,储能装置已经成为风力发电系统的关键配套部件。其中,抽储能作为存储电能的一种方式,其通过建立抽水蓄
能电站已成为最成熟也是世界应用最普遍的物理储能方式。而抽水蓄能电站是一种储能容
量较大的设备,能够起到削峰填谷、系统备用等作用,在电网中的技术应用十分广泛。且抽
水蓄能电站具有容量大和调节快速的特点,可很好地与出力多变的风电场结合,不仅提高
含大规模风电接入电力系统运行的经济性和稳定性,而且可充分利用可再生能源。
[0006] 目前处理风电出力和负荷不确定性的方法主要有随机规划和鲁棒优化等。但是随机规划、鲁棒优化方法均存在一定的局限性,随机规划需要不确定参数的精确概率分布或
需要生成大量场景,计算量较大,鲁棒优化方法求得的可行解过于保守,经济性不佳。信息
间隙决策理论(Information gap decision theory,IGDT)是一种处理不确定性的新方法,
该方法能够较好的描述不确定信息,同时能够为不同风险偏好的决策者提供不同的调度策
略,克服了计算量大以及保守决策的问题,为处理不确定性因素提供了新思路。目前IGDT在
电力系统的机组组合优化、无功及电压优化等方面也有一定的应用。但是在电气综合能源
系统经济调度方面应用较少,研究IGDT在该方面的应用对于处理经济调度中不确定因素有
重要意义。
[0007] 综上所述,有必要发明基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,先对风电和抽水蓄能机组联合优化,保证风蓄联合机组最大经济效益,再联合火电机组及天
然气网络建立电气综合能源系统调度模型。既增加了风电的上网功率、减小了其并网的波
动性和间歇性,又增加了电气综合能源系统的经济效益、同时有效处理了风电出力和负荷
不确定性,使整个系统的运行较协调前平稳了很多。

发明内容

[0008] 本发明目的在于提供一种基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,该方法具有简便、考虑因素全面、以及实用性高的特点。为实现上述目的,本发明是通过以
下技术方案实现的,其内容包括如下步骤:
[0009] 步骤1、建立信息间隙决策理论(IGDT)模型;
[0010] 步骤2、建立风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型;
[0011] 步骤3、根据信息间隙决策理论模型和风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型,考虑风电出力不确定性,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型,
具体过程如下:
[0012] 首先,建立风电出力不确定集模型:
[0013]
[0014] 式中:Pw(t,k)为风电场出力预测值; 为风电场出力实际值;αw为波动幅度,其值与预测误差直接相关。
[0015] 当不考虑不确定性,即αw=0时,上述风蓄联合机组调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的经济效益,称为基础效益,记为F0。
[0016] 然后,根据风电出力不确定集模型,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型,具体表示如下:
[0017] 建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
[0018] 目标函数为:maxαw;
[0019] 约束条件为: 以及所述步骤2中风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型的所有约束条件。
[0020] 其中,F0为基础效益;αw为波动幅度;F为风电上网经济效益; 为鲁棒模型经济效益偏差参数; 为风电场出力实际值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;
[0021] 建立机会寻求策略下的IGDT调度机会模型:
[0022] 目标函数为:minαw;
[0023] 约束条件为: 以及所述步骤2中风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型的所有约束条件。
[0024] 其中,αw为波动幅度; 为机会模型经济效益偏差参数; 为风电场出力实际值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;
[0025] 步骤4、建立确定型电气综合能源系统调度模型;
[0026] 步骤5、根据信息间隙决策理论模型和确定型电气综合能源系统调度模型,考虑负荷的不确定性,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型,具体过程如下:
[0027] 首先,建立负荷需求不确定集模型:
[0028]
[0029] 式中:U(αL,PL,t)为负荷需求不确定集;PL,t为负荷的预测值; 为负荷的实际值;αL为波动幅度,其值与预测误差直接相关。
[0030] 当不考虑不确定性,即αL,=0时,上述电气综合能源系统调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的调度成本,称为基础成本,记为C0。
[0031] 然后,根据负荷需求不确定集模型,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型,具体如下:
[0032] 建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
[0033] 目标函数为:maxαL;
[0034] 约束条件为: 以及所述步骤4中确定型电气综合能源系统调度模型的所有约束条件。
[0035] 其中,αL为波动幅度,C为电气综合能源系统的总运行成本, 为鲁棒模型调度成本偏差参数;
[0036] 建立机会寻求策略下的IGDT调度机会模型:
[0037] 目标函数为:minαL;
[0038] 约束条件为: 以及所述步骤4中确定型电气综合能源系统调度模型的所有约束条件。
[0039] 其中, 为机会模型调度成本偏差参数;
[0040] 步骤6、结合细菌群体趋药性算法对所述步骤3和步骤5的模型进行求解,获得相关参数,所述参数具体包括:基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型的两种模型的
风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力情况,基于信息间隙决策理论的电
气综合能源系统调度模型的两种模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组出力情况;
[0041] 步骤7、将所述步骤6求解得到的所述参数发送给能源调度中心,能源调度中心根据所述参数对能源系统进行调度。
[0042] 优选的,在所述步骤1中,建立信息间隙决策理论模型,其具体过程如下:
[0043] IGDT是一种针对含不确定参数模型的数学优化方法,利用IGDT优化的模型如下:
[0044]
[0045] 式中:X为不确定参数;d为决策变量;B(X,d)为目标函数;H(X,d)、G(X,d)为等式和不等式约束。
[0046] 不确定参数X围绕预测值X的波动可描述如下:
[0047]
[0048] 式中: 表示不确定参数的预测值,α表示不确定参数的波动幅度,α≥0;表示不确定参数X偏离预测值的范围不超过
[0049] 在不确定环境中,保守的决策者为了保证某一最低预期目标的实现,通常将不确定参数的不利扰动最大化,而冒进的决策者更多的是追求不确定性可能带来的额外收益。
[0050] IGDT的鲁棒模型表示如下:
[0051]
[0052] IGDT的机会模型表示如下:
[0053]
[0054] 式中:Bo为X取 时式(1)的目标函数值;Bc为鲁棒模型的预期成本;Bj为机会模型的预期成本;βc为鲁棒模型的偏差因子,代表预期成本高于Bo的偏差程度;βj为机会模型的偏差因子,代表预期成本低于Bo的偏差程度;
[0055] 对于给定的d,maxB(X,d)和minB(X,d)是关于X的函数,若两者随X的变化能被明显性地确定,则它们的具体表达形式可以被直观地表示。
[0056] 式(3)为鲁棒模型(robustness model,RM),它表示在该模型下求得的决策值d对于任意扰动 都能保证预期成本不高于Bc。
[0057] 式(4)为机会模型(opportuneness model,OM),它表示对于该模型下求得的决策值d,至少存在一个 使得预期成本不高于Bo。
[0058] 优选的,在所述步骤2中,建立风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型,其具体过程如下:
[0059] 风电-抽水蓄能联合机组最优经济效益的目标函数为:
[0060] maxF  (8)
[0061]
[0062] 式中:F为风电上网经济效益;Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率;C(t,k)为第t小时第k时段的上网
电价;Ci(t,k)为第t小时第k时段的抽水电价;T为一个周期即24小时;K为每小时内时段数
即4个时段。
[0063] 风蓄联合机组最优经济效益的约束条件:
[0064] (1)等式约束条件:
[0065]
[0066]
[0067]
[0068] Xt+Yt=1  (13)
[0069]
[0070] Pws(t,k)=Pws(t,k+1)  (15)
[0071] 式中: 分别为风蓄联合机组在抽水状态和发电状态下第k,k取1,2,3,4时段的并网功率;Xt=1时表示机组在第t小时为发电状态,Xt=0时机组在第t小时为抽水状
态;Yt=0时表示机组在第t小时为发电状态,Yt=1时机组在第t小时为抽水状态;Pw(t,k)为第t小时第k时段风电机组预测功率;Pw.t为第t小时的风电机组总预测功率;Pg(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的发电功率;ηp为抽水蓄能机组的抽水效率;
[0072] 式(15)表示风蓄联合机组满足风蓄联合机组的联合并网功率相对平滑。
[0073] (2)不等式约束条件:
[0074] ①风蓄联合机组的并网功率在抽水状态和发电状态下约束:
[0075]
[0076]
[0077] 式中: 表示机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最小值;表示机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最大值;Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值。
[0078] ②抽水蓄能机组在抽水状态和发电状态下功率约束:
[0079] 0≤Pg(t,k)≤Pg.max(t,k)  (18)
[0080] 0≤Pp(t,k)≤Pp.max(t,k)  (19)
[0081] 式中:Pp.max(t,k)和Pg.max(t,k)分别为抽水功率和发电功率上限。
[0082] ③在电力市场环境下,对于并网的风电-抽水蓄能联合运行方式,除了要减小对系统的影响外,还需考虑自身的发电收益问题,考虑风电并网对电网稳定性的影响,设定风
电-抽水蓄能联合机组并网功率约束:
[0083] Pmin(t,k)≤Pws(t,k)≤Pmax(t,k)  (20)
[0084] 式中:Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值。
[0085] ④风蓄联合机组抽水功率和发申功率互相约束:
[0086]
[0087] 式中:ηg为抽水蓄能机组的发电效率。
[0088] ⑤风电机组预测功率并网约束:
[0089] Pd.min(t,k)≤Pw(t,k)≤Pd.max(t,k)  (22)
[0090] 当XtPw(t,k)≥Pd.max(t,k)时,表示为:
[0091] XtPw(t,k)=Pd.max(t,k)  (23)
[0092] 式中:Pd.min(t,k)、Pd.max(t,k)为第t小时第k时段风电机组装机容量的最小值和最大值。
[0093] ⑥抽水蓄能机组启停次数约束:
[0094] 本发明的研究是利用某一小时内风电预测功率与一个周期的小时预测功率平均值的对比来确定抽水蓄能机组的启停次数,即启停次数随着抽水蓄能机组抽水/发电状态
的变化而变化,对抽水蓄能机组的启停次数约束,表示为:
[0095]
[0096] 式中:M为抽水蓄能机组的启停次数; 为抽水状态的个数; 为发电状态的个数。
[0097] 优选的,在所述步骤4中,建立确定型电气综合能源系统调度模型,其具体实现过程如下:
[0098] 1)目标函数:
[0099] 目标是电气综合能源系统的总运行成本C最小,包括火电机组发电成本、风蓄联合机组运行发电成本和气源出力成本。因此,目标函数如下式所示:
[0100]
[0101] 式中:t为调度时段;T为调度总周期;ΩGC、ΩN分别为燃机组、气源的集合;PGC,i,t为第i个燃煤机组在t时段的有功出力;ai,bi,ci为第i个燃煤机组的发电成本系数;gi为第i个气源的天然气购买成本系数;FN,i,t为第i个气源在t时段的输出气流量;Kc为风蓄联合机组的发电成本系数,Pws,t为第t小时风蓄联合机组并网功率。
[0102] 2)约束条件:
[0103] 电气综合能源系统优化调度的约束条件,包括:电力网络约束、天然气网络约束以及两者网络的耦合约束。
[0104] (1)电力网络约束:
[0105] 电力网络约束采用常规约束,包括功率平衡约束、平衡节点相角约束、发电机组,即包括燃煤机组和燃气机组出力约束、节点电压约束、线路功率约束和发电机组爬坡约束,
采用直角坐标形式,表达如下:
[0106] PG,i,t+Pws,t-PP2G,i,t-PL,i,t-Pi,t=0  (29)
[0107] QG,i,t-QL,i,t-Qi,t=0  (30)
[0108] tanθbal.t-fbal,t/ebal,t=0  (31)
[0109] PG,i,min≤PG,i,t≤PG,i,max  (32)
[0110] QG,i,min≤QG,i,t≤QG,i,max  (33)
[0111] V2i,min≤ei,t2+fi,t2≤V2i,max  (34)
[0112] 0≤Pij,t2+Qij,t2≤S2ij,max  (35)
[0113] PG,i,t-PG,i,t-1≤RU,i  (36)
[0114] PG,j,t-1-PG,i,t≤RD,i  (37)
[0115] 式中:Pi,t、Qi,t分别为t时刻节点i的有功、无功功率;PG,i,t为t时刻发电机组i的有功出力;QG,i,t为t时刻发电机组i的无功出力;PL,i,t为t时刻节点i的有功负荷;QL,i,t为t时刻节点i的无功负荷;PP2G,i,t为t时电转气装置i的有功出力;θbal,t为t时刻平衡节点电压相角;ebal,t、fbal,t分别为t时刻平衡节点电压的实部虚部;PG,i,max、PG,i,min和QG,i,max、QG,i,min分别为发电机组i的有功出力上下限和无功出力上下限;ei,t、fi,t分别为t时刻节点i电压的实部和虚部;Vi,max、Vi,min分别为节点i电压幅值上下限;Pij,t、Qij,t分别为t时刻线路ij的有功、无功功率;Sij,max为线路ij视在功率的上限;RU,i、RD,i分别为发电机组i上、下爬坡的上限。
[0116] (2)天然气网络约束:
[0117] 天然气网络主要包括:提供天然气的气源点,将天然气输送至负荷侧的管道和用于补充能量传输过程中压力损失的加压站。本发明研究多时段动态过程,还需要考虑具备
存储功能的储气罐和管存(linepack)。
[0118] ①气源点:
[0119] 气源点向天然气网络注入天然气,每个气源点供应流量的上下限约束表示如下:
[0120] QN,j,min≤QN,j,t≤QN,j,max  (38)
[0121] 式中:QN,j,t为t时刻气源点j的天然气供应流量;QN,j,max、QN,j,min分别为气源点j的天然气供应流量上、下限。
[0122] ②管道:
[0123] 天然气管道流量方程与管道两端压力及管道诸多物理特性有关,并无通用的形式,特定情形下的气体流量通常用非线性方程描述。对于理想绝热输气管道,考虑天然气双
向流动,
[0124] 其流量方程可表示为:
[0125] 式中: 表示t时刻流过管道ij的平均流量,其中Qinij,t、Qoutij,t分别为t时刻管道ij的首端天然气注入流量和末端天然气输出流量;Cij为与管道ij效率、温
度、长度、内径、压缩因子等有关的常数;pi,t、pj,t分别为t时刻首末节点i、j的压力值。
[0126] 天然气管道流量方程(39)仅适用于高压紊流的网络,节点压力值有上下限约束,表示如下:
[0127] pj,min≤pj,t≤pj,max  (40)
[0128] 式中pj,min、pj,max分别为节点j压力值上、下限。
[0129] ③管存:
[0130] 由于天然气的可压缩性,管道首端天然气注入流量往往与末端天然气输出流量不同,首末端相差的天然气流量就短暂地存储在管道中,称之为管存。管存可缓冲天然气网络
气负荷的波动,是保证天然气可靠供应的关键因素。管存与管道两端的平均压力和管道参
数成正比,考虑多时段动态过程,可表示为:
[0131]
[0132]
[0133] 式中:Lin,t为t时刻管道ij的管存;Mij为与管道ij长度、半径、温度及气体密度、压缩因子等有关的常数; 表示t时刻管道ij的平均压力。
[0134] ④储气罐:
[0135] 天然气网络中天然气的存储对于负荷可靠供应和网络安全稳定运行至关重要。在天然气网络发生故障或气负荷发生较大的波动时,储气罐可代替气源点向网络提供天然
气,保障天然气负荷供应充足。天然气网络储气罐受到存储容量的限制和天然气注入、输出
流量的限制,考虑多时段动态过程,其约束可表示为:
[0136]
[0137]
[0138]
[0139] 式中:SS,j,t为t时刻储气罐j的存储容量; 分别为t时刻储气罐j的天然气注入流量和输出流量;SS,j,max、SS,j,min分别为储气罐j存储容量的上、下限;
分别为储气罐j天然气注入流量和输出流量的上限。
[0140] ⑤压缩机
[0141] 为了可靠传输天然气和补偿由于摩擦阻力造成的天然气网络的压力损失,天然气网络中需要配置一定数量的加压站。加压站最主要的部分是增加天然气压力的压缩机。假
设压缩机消耗的能量来源于通过压缩机的天然气,可将其视为天然气网络的负荷。压缩机
消耗的天然气流量与流过压缩机的流量及压缩比有关,可表示如下:
[0142]
[0143]
[0144] 式中:Qcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的天然气流量;Hcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的能量;βk为压缩机k的能量转换系数;Bk为与压缩机k效率、温度、天然气热值有关的常数;fcom,k,t为t时刻流过压缩机k的天然气流量;Zk为与压缩机k压缩因子和天然气热值有关的常数;Rk,max、Rk,min分别为压缩机k压缩比的上、下限。
[0145] ⑥流量平衡:
[0146] 类似于电力网络中的节点功率平衡,根据流量守恒定律可得天然气网络中每个节点的流量平衡方程,表示为:
[0147]
[0148] 式中:i∈j表示所有与节点j相连的节点;QP2G,j,t为t时刻电转气j转换得到的天然气流量;QGT,j,t为t时刻燃气轮机j消耗的天然气流量;Qcom,j,t为t时刻压缩机j消耗的天然气流量;QL,j,t为t时刻节点j的天然气负荷。
[0149] (3)电力系统与天然气系统的耦合约束:
[0150] 电气综合能源系统由电力网络和天然气网络耦合而成,本发明计及了电转气和燃气轮机两种耦合形式。本发明通过电转气和燃气轮机的能量转换效率及天然气热值,建立
其线性模型:
[0151] ①电转气:
[0152]
[0153] 式中: 为电转气j的转换效率;Hg为天然气热值,取39MJ/m3。
[0154] ②燃气轮机:
[0155]
[0156] 式中: 为燃气轮机j的转换效率。
[0157] 优选的,在所述步骤6中,采用细菌群体趋药性算法对所述步骤3进行求解步骤为:
[0158] (1)当不考虑不确定性,即αw=0时,用预测值Pw(t,k)代替不确定参数 优化求解确定性模型,即式(5)-(24),得到目标函数最优值F0,将其设置为基准值;
[0159] (2)设定成本偏差因子 确定两种模型期望目标值 和
[0160] (3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力情况的参数。
[0161] 优选的,在所述步骤6中,采用细菌群体趋药性算法对所述步骤5的模型进行求解步骤为:
[0162] (1)当不考虑不确定性,即αL=0时,用预测值PL,t代替不确定参数 优化求解确定性模型,即式(28)-(50),得到目标函数最优值C0,将其设置为基准值;
[0163] (2)设定成本偏差因子 确定决策者可接受的两种模型期望目标值和
[0164] (3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组出力情况的参数。
[0165] 由于采用上述技术方案,与现有技术相比,具有以下有益效果:
[0166] 本发明提出的调度策略相比现有技术更加简捷方便、实用性高,而且可以更有效地减少风电的间歇性和波动性、提高风电消纳量和增加电气综合能源系统经济效益,并且
IGDT调度模型能够较好的描述不确定信息,同时能够为不同风险偏好的决策者提供不同的
调度策略,克服了计算量大以及保守决策的问题,为处理不确定性因素提供了新思路。本发
明提出的用细菌群体趋药性算法对模型求解,使求解过程寻优精度高且收敛速度快。
附图说明
[0167] 图1是本发明方法系统结构图;以及
[0168] 图2是本发明方法的总体流程图

具体实施方式

[0169] 本发明方法是在考虑具有随机性、间歇性的风电等新能源大规模接入电网情况下提出的一种基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,其方法内容包括如下步
骤:
[0170] 步骤1、建立信息间隙决策理论(IGDT)模型;
[0171] 步骤2、建立风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型;
[0172] 步骤3、根据信息间隙决策理论模型和风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型,考虑风电出力不确定性,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型;
[0173] 步骤4、建立确定型电气综合能源系统调度模型;
[0174] 步骤5、根据信息间隙决策理论模型和确定型电气综合能源系统调度模型,考虑负荷的不确定性,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型;
[0175] 步骤6、结合细菌群体趋药性算法对步骤3和步骤5的模型进行求解;
[0176] 步骤7、将步骤6求解得到两种调度模型的不确定半径、成本和发电机组出力情况,调度决策者根据调度目标发送不确定半径、成本和发电机组出力情况到能源调度中心,能
源调度中心根据实际调度目标和不确定半径、成本和发电机组出力情况对能源系统进行调
度,使得能源调度结果满足调度目标。
[0177] 下面结合图1和图2,详细说明本发明的基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度方法,本发明具体步骤如下:
[0178] 步骤1,建立信息间隙决策理论(IGDT)模型;
[0179] IGDT是一种针对含不确定参数模型的数学优化方法,其作用是在满足预设目标的前提下,研究不确定参数所造成的可能影响。根据预设目标的好坏,其影响可分为消极和积
极两个方面,相应的模型称为鲁棒(即:风险回避)模型和机会(即:风险投机)模型。它们分
别对应了决策者在面对风险时所采取的两种截然相反的价值取向:鲁棒模型认为不确定参
数的存在将对目标期望产生负面影响;机会模型则认为不确定参数将朝着有利的方向发
展,进而有助于目标的实现。
[0180] 利用IGDT优化的模型如下:
[0181]
[0182] 式中:X为不确定参数;d为决策变量;B(X,d)为目标函数;H(X,d)、G(X,d)为等式和不等式约束。
[0183] 在IGDT理论中,不确定参数X围绕预测值X的波动可描述如下:
[0184]
[0185] 式中: 表示不确定参数的预测值,α表示不确定参数的波动幅度,α≥0;表示不确定参数X偏离预测值的范围不超过
[0186] 在不确定环境中,保守的决策者为了保证某一最低预期目标的实现,通常将不确定参数的不利扰动最大化,而冒进的决策者更多的是追求不确定性可能带来的额外收益。
[0187] IGDT的鲁棒模型表示如下:
[0188]
[0189] IGDT的机会模型表示如下:
[0190]
[0191] 式中:Bo为X取 时式(1)的目标函数值;Bc为鲁棒模型的预期成本;Bj为机会模型的预期成本;βc为鲁棒模型的偏差因子,代表预期成本高于Bo的偏差程度;βj为机会模型的偏差因子,代表预期成本低于Bo的偏差程度;
[0192] 对于给定的d,maxB(X,d)和minB(X,d)是关于X的函数,若两者随X的变化能被显性地确定,则它们的具体表达形式可以被直观地表示。
[0193] 式(3)为鲁棒模型(robustness model,RM),它表示在该模型下求得的决策值d对于任意扰动 都能保证预期成本不高于Bc。
[0194] 式(4)为机会模型(opportuneness model,OM),它表示对于该模型下求得的决策值d,至少存在一个 使得预期成本不高于Bo。
[0195] 步骤2,建立风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型;
[0196] (2-1)风力发电机组预测出力建模:
[0197] 风速为服从Weibull分布的随机变量,风电机组的功率特性曲线一般由风机制造商提供,也可通过实测得到。在计算中,单台风电机的发电功率PIF与风速关系v可近似用分
段函数表示为:
[0198]
[0199] 式中:vr,PWr分别表示是风机在第t小时第k时段的额定风速、额定功率;vin为切入风速;vout为切出风速
[0200] 风电机组的总发电功率Pw(t,k)表示为:
[0201] Pw(t,k)=efNw(t,k)PIF(t,k)  (6)
[0202] 0≤PIF(t,k)≤PWR(t,k)  (7)
[0203] 式中:PIF(t,k),Pw(t,k)分别为第t小时第k时段单台风机和总的风电机组发电功率(MW);e,f分别为风机的传动效率和发电效率(%);NW(t,k)为第t小时第k时段风电场中
正常运行的风机台数;PWR(t,k)为第t小时第k时段单台风机的额定功率(MW)。
[0204] (2-2)风电机组与抽水蓄能机组的协调方式:
[0205] 本发明将风电机组和抽水蓄能机组协调后建立风蓄联合机组,风蓄联合机组具体协调方式如下:风电-抽水蓄能机组联合后的最优经济效益运行模型以一天24小时为预测
周期,每小时又分四个时段,共96个协调时段,并设定当某一小时内风电预测功率大于等于
风电预测功率平均值时,则该小时被定义为抽水状态,此状态下的四个时段为抽水蓄能机
组的抽水时段或抽水零时段,抽水零时段机组仍工作,但抽水功率为零。当某一小时内风电
预测功率小于风电预测功率平均值时,则该小时被定义为发电状态,此状态下的的四个时
段为抽水蓄能机组的发电时段或发电零时段,发电零时段机组仍工作,但发电功率为零,该
状态下风力发电较少,此时将水从水库放出发电。
[0206] (2-3)风电-抽水蓄能联合机组最优经济效益的目标函数:
[0207] 在风电机组和抽水蓄能机组联合后,将风蓄联合机组看成一个整体,即抽水蓄能机组的抽水功率仅由风电机组提供,利用功率值与相应的单位量的成积来表达系统内的风
电场的上网经济和抽水蓄能机组抽水花费。通过优化风蓄联合机组上网功率和抽水蓄能机
组的抽水/发电功率,最大程度地利用风能
[0208] 风蓄联合机组最优经济效益调度的数学模型如下:
[0209] maxF  (8)
[0210]
[0211] 式中:F为风电上网经济效益;Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率;C(t,k)为第t小时第k时段的上网
电价;Ci(t,k)为第t小时第k时段的抽水电价;T为一个周期即24小时;K为每小时内时段数
即4个时段。
[0212] (2-4)风蓄联合机组最优经济效益的约束条件:
[0213] (2.4.1)等式约束条件:
[0214]
[0215]
[0216]
[0217] Xt+Yt=1  (13)
[0218]
[0219] Pws(t,k)=Pws(t,k+1)  (15)
[0220] 式中:Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率; 分别为风蓄联合机组在抽水状态和发电状态下
第k(k取1,2,3,4)时段的并网功率;Xt=1时表示机组在第t小时为发电状态,Xt=0时机组在第t小时为抽水状态;Yt=0时表示机组在第t小时为发电状态,Yt=1时机组在第t小时为抽
水状态;Pw(t,k)为第t小时第k时段风电机组预测功率;Pw.t为第t小时的风电机组总预测功率;Pg(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的发电功率;ηp为抽水蓄能机组的抽水效率;
[0221] 式(15)表示风蓄联合机组满足风蓄联合机组的联合并网功率相对平滑。
[0222] (2.4.2)不等式约束条件:
[0223] ①风蓄联合机组的并网功率在抽水状态和发电状态下约束:
[0224]
[0225]
[0226] 式中: 表示机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最小值;表示机组在第t小时第k时段风电机组预测功率最大值;Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值。
[0227] ②抽水蓄能机组在抽水状态和发电状态下功率约束:
[0228] 0≤Pg(t,k)≤Pg.max(t,k)  (18)
[0229] 0≤Pp(t,k)≤Pp.max(t,k)  (19)
[0230] 式中:Pp.max(t,k)和Pg.max(t,k)分别为抽水功率和发电功率上限;Pp(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的抽水功率;Pg(t,k)为抽水蓄能机组在第t小时第k时段的发电功率。
[0231] ③在电力市场环境下,对于并网的风电-抽水蓄能联合运行方式,除了要减小对系统的影响外,还需考虑自身的发电收益问题,考虑风电并网对电网稳定性的影响,设定风
电-抽水蓄能联合机组并网功率约束:
[0232] Pmin(t,k)≤Pws(t,k)≤Pmax(t,k)  (20)
[0233] 式中:Pmin(t,k)、Pmax(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率的最小值和最大值;Pws(t,k)为第t小时第k时段风蓄联合机组并网功率。
[0234] ④风蓄联合机组抽水功率和发电功率互相约束:
[0235]
[0236] 式中:ηg为抽水蓄能机组的发电效率。
[0237] ⑤风电机组预测功率并网约束:
[0238] Pd.min(t,k)≤Pw(t,k)≤Pd.max(t,k)  (22)
[0239] 当XtPw(t,k)≥Pd.max(t,k)时,表示为,
[0240] XtPw(t,k)=Pd.max(t,k)  (23)
[0241] 式中:Pd.min(t,k)、Pd.max(t,k)为第t小时第k时段风电机组装机容量的最小值和最大值;Pw(t,k)为第t小时第k时段风电机组预测功率。
[0242] ⑥抽水蓄能机组启停次数约束:
[0243] 本发明的研究是利用某一小时内风电预测功率与一个周期的小时预测功率平均值的对比来确定抽水蓄能机组的启停次数。即启停次数随着抽水蓄能机组抽水/发电状态
的变化而变化,对抽水蓄能机组的启停次数约束,表示为:
[0244]
[0245] 式中:M为抽水蓄能机组的启停次数; 为抽水状态的个数; 为发电状态的个数。
[0246] 步骤3,考虑风电出力不确定性,建立基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型;
[0247] 在不确定性环境下,风电出力在实际中具有严重不确定性。应用IGDT建立计及不确定性的调度模型。
[0248] (3-1)不确定集模型:
[0249] 风电出力不确定集模型如下:
[0250]
[0251] 式中:Pw(t,k)为风电场出力预测值; 为风电场出力实际值;αw为波动幅度,其值与预测误差直接相关。
[0252] 当不考虑不确定性,即αw=0时,上述风蓄联合机组调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的经济效益,称为基础效益,记为F0。
[0253] (3-2)IGDT调度模型:
[0254] 考虑不确定性为决策意向偏保守的调度决策者制定风险规避策略下的IGDT调度模型,为决策意向偏投机的调度决策者制定机会寻求策略下的IGDT调度模型。在满足预期
经济效益偏差情况下研究对应的不确定性、经济效益以及机组出力计划。为了叙述方便,本
发明将风险规避策略求得的最大不确定性水平和机会寻求策略求得的最小不确定性水平
统称为不确定度。
[0255] 3.2.1风险规避策略:
[0256] 该策略目的是在决策经济效益不超过预期值的情况下寻求对应的不确定度,其值越大,规避风险的能力越大,但相应的经济效益越低。调度决策者以更少的经济效益为代价
获得规避风险的能力,体现IGDT的鲁棒性。本发明设置鲁棒模型经济效益偏差参数为
用 表示决策者的预期成本。建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
[0257]
[0258] 其中,αw为波动幅度;F为风电上网经济效益; 为鲁棒模型经济效益偏差参数;为风电场出力实际值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;F0为基础效益。
[0259] 3.2.2机会寻求策略:
[0260] 机会寻求策略寻求使经济效益能有所增加的最小不确定性,其值越大,面临的风险越大,对应的经济效益越大。调度决策者在更大的风险中寻求增加经济效益的机会,体现
IGDT的机会性。同理,本发明设置机会模型经济效益偏差参数 得到机会寻求策略下的
IGDT调度机会模型,表示为:
[0261]
[0262] 其中,αw为波动幅度;F为风电上网经济效益; 为机会模型经济效益偏差参数;为风电场出力实际值;U(αw,Pw(t,k)为风电出力不确定集;F0为基础效益。
[0263] 步骤4,建立确定型电气综合能源系统调度模型;
[0264] 电气能源系统包含电力系统侧和天然气系统侧,并以燃气轮机机组和P2G装置为耦合元件,形成电气能源双向转化的闭合流动方式。
[0265] (4-1)目标函数:
[0266] 目标是电气综合能源系统的总运行成本C最小,包括火电机组发电成本、风蓄联合机组运行发电成本和气源出力成本。因此,目标函数如下式所示:
[0267]
[0268] 式中:C为电气综合能源系统的总运行成本;t为调度时段;T为调度总周期;ΩGC、ΩN分别为燃煤机组、气源的集合;PGC,i,t为第i个燃煤机组在t时段的有功出力;ai,bi,ci为第i个燃煤机组的发电成本系数;gi为第i个气源的天然气购买成本系数;FN,i,t为第i个气源在t时段的输出气流量;Kc为风蓄联合机组的发电成本系数,Pws,t为第t小时风蓄联合机组并网功率。
[0269] (4-2)约束条件:
[0270] 电气综合能源系统优化调度的约束条件包括电力网络约束、天然气网络约束以及两者网络的耦合约束。
[0271] (4.2.1)电力网络约束:
[0272] 电力网络约束采用常规约束,包括功率平衡约束、平衡节点相角约束、发电机组即燃煤机组和燃气机组出力约束、节点电压约束、线路功率约束和发电机组爬坡约束,采用直
角坐标形式,表达如下:
[0273] PG,i,t+Pws,t-PP2G,i,t-PL,i,t-Pi,t=0  (29)
[0274] QG,i,t-QL,i,t-Qi,t=0  (30)
[0275] tanθbal,t-fbal,t/ebal,t=0  (31)
[0276] PG,i,min≤PG,i,t≤PG,i,max  (32)
[0277] QG,i,min≤QG,i,t≤QG,i,max  (33)
[0278] V2i,min≤ei,t2+fi,t2≤V2i,max  (34)
[0279] 0≤Pij,t2+Qij,t2≤S2ij,max  (35)
[0280] PG,i,t-PG,i,t-1≤RU,i  (36)
[0281] PG,i,t-1-PG,i,t≤RD,i  (37)
[0282] 式中:Pi,t、Qi,t分别为t时刻节点i的有功、无功功率;PG,i,t为t时刻发电机组i的有功出力;PG,i,t-1为t-1时刻发电机组i的有功出力;QG,i,t为t时刻发电机组i的无功出力;PL,i,t为t时刻节点i的有功负荷;QL,i,t为t时刻节点i的无功负荷;PP2G,i,t为t时电转气装置i的有功出力;θbal,t为t时刻平衡节点电压相角;ebal,t、fbal,t分别为t时刻平衡节点电压的实部和虚部;PG,i,max、PG,i,min和QG,i,max、QG,i,min分别为发电机组i的有功出力上下限和无功出力上下限;ei,t、fi,t分别为t时刻节点i电压的实部和虚部;Vi,max、Vi,min分别为节点i电压幅值上下限;Pij,t、Qij,t分别为t时刻线路ij的有功、无功功率;Sij,max为线路ij视在功率的上限;RU,i、RD,i分别为发电机组i上、下爬坡的上限。
[0283] (4.2.2)天然气网络约束:
[0284] 天然气网络主要包括提供天然气的气源点,将天然气输送至负荷侧的管道和用于补充能量传输过程中压力损失的加压站。本发明研究多时段动态过程,还需要考虑具备存
储功能的储气罐和管存(linepack)。
[0285] ①气源点:
[0286] 气源点向天然气网络注入天然气,每个气源点供应流量的上下限约束表示如下:
[0287] QN,j,min≤QN,j,t≤QN,j,max  (38)
[0288] 式中:QN,j,t为t时刻气源点j的天然气供应流量;QN,j,max、QN,j,min分别为气源点j的天然气供应流量上、下限。
[0289] ②管道:
[0290] 天然气管道流量方程与管道两端压力及管道诸多物理特性有关,并无通用的形式,特定情形下的气体流量通常用非线性方程描述。对于理想绝热输气管道,考虑天然气双
向流动,
[0291] 其流量方程可表示为:
[0292] 式中: 表示t时刻流过管道ij的平均流量,其中Qinij,t、Qoutij,t分别为t时刻管道ij的首端天然气注入流量和末端天然气输出流量;Cij为常数,Cij具体数
值与管道ij效率、温度、长度、内径、压缩因子等有关;pi,t、pj,t分别为t时刻首末节点i、j的压力值。
[0293] 天然气管道流量方程(39)仅适用于高压紊流的网络,节点压力值有上下限约束,表示如下:
[0294] pj,min≤pj,t≤pj,max  (40)
[0295] 式中pj,min、pj,max分别为节点j压力值上、下限。
[0296] ③管存:
[0297] 由于天然气的可压缩性,管道首端天然气注入流量往往与末端天然气输出流量不同,首末端相差的天然气流量就短暂地存储在管道中,称之为管存。管存可缓冲天然气网络
气负荷的波动,是保证天然气可靠供应的关键因素。管存与管道两端的平均压力和管道参
数成正比,考虑多时段动态过程,可表示为:
[0298]
[0299]
[0300] 式中:Lij,t为t时刻管道ij的管存;Lij,t-1为t-1时刻管道ij的管存;Mij为常数,Mij具体数值与管道ij长度、半径、温度及气体密度、压缩因子等有关; 表示t时刻管道ij的平均压力。
[0301] ④储气罐:
[0302] 天然气网络中天然气的存储对于负荷可靠供应和网络安全稳定运行至关重要。在天然气网络发生故障或气负荷发生较大的波动时,储气罐可代替气源点向网络提供天然
气,保障天然气负荷供应充足。天然气网络储气罐受到存储容量的限制和天然气注入、输出
流量的限制,考虑多时段动态过程,其约束可表示为:
[0303]
[0304]
[0305]
[0306] 式中:SS,j,t为t时刻储气罐j的存储容量;SS,j,t-1为t-1时刻储气罐j的存储容量;分别为t时刻储气罐j的天然气注入流量和输出流量;SS,j,max、SS,j,min分别为储气
罐j存储容量的上、下限; 分别为储气罐j天然气注入流量和输出流量的上
限。
[0307] ⑤压缩机:
[0308] 为了可靠传输天然气和补偿由于摩擦阻力造成的天然气网络的压力损失,天然气网络中需要配置一定数量的加压站。加压站最主要的部分是增加天然气压力的压缩机。假
设压缩机消耗的能量来源于通过压缩机的天然气,可将其视为天然气网络的负荷。压缩机
消耗的天然气流量与流过压缩机的流量及压缩比有关,可表示如下:
[0309]
[0310]
[0311] 式中:Qcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的天然气流量;Hcom,k,t为t时刻压缩机k消耗的能量;βk为压缩机k的能量转换系数;Bk为与压缩机k效率、温度、天然气热值有关的常数;fcom,k,t为t时刻流过压缩机k的天然气流量;Zk为与压缩机k压缩因子和天然气热值有关的常数;Rk,max、Rk,min分别为压缩机k压缩比的上、下限;pi,t、pj,t分别为t时刻首末节点i、j的压力值。
[0312] ⑥流量平衡:
[0313] 类似于电力网络中的节点功率平衡,根据流量守恒定律可得天然气网络中每个节点的流量平衡方程:
[0314]
[0315] 式中:i∈j表示所有与节点j相连的节点;QN,j,t为t时刻气源点j的天然气供应流量;QP2G,j,t为t时刻电转气j转换得到的天然气流量;QGT,j,t为t时刻燃气轮机j消耗的天然气in
流量;Qcom,j,t为t时刻压缩机j消耗的天然气流量;QL,j,t为t时刻节点j的天然气负荷;Q ij,t、Qoutij,t分别为t时刻管道ij的首端天然气注入流量和末端天然气输出流量; 分
别为t时刻储气罐j的天然气注入流量和输出流量;
[0316] (4.2.3)电力系统与天然气系统的耦合约束:
[0317] 电气综合能源系统由电力网络和天然气网络耦合而成,本发明计及了电转气和燃气轮机两种耦合形式。本发明通过电转气和燃气轮机的能量转换效率及天然气热值,建立
其线性模型,具体表示为:
[0318] ①电转气:
[0319]
[0320] 式中:QP2G,j,t为t时刻电转气j转换得到的天然气流量; 为电转气j的转换效率;PP2G,j,t为t时电转气装置j的有功出力;Hg为天然气热值,取39MJ/m3。
[0321] ②燃气轮机:
[0322]
[0323] 式中: 为燃气轮机j的转换效率;QGT,j,t为t时刻燃气轮机j消耗的天然气流量;PGT,j,t为t时刻燃气轮机j的有功出力。
[0324] 步骤5,考虑负荷的不确定性,建立基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型;
[0325] 在确定型调度模型中,认为负荷需求的预测是准确的,发电侧和负荷侧按照预测协调运行。但是在新的不确定性环境下,负荷需求在实际中具有严重不确定性。
[0326] (5-1)不确定集模型:
[0327] 负荷需求的不确定集模型如下:
[0328]
[0329] 式中:PL,t为负荷的预测值; 为负荷的实际值;αL为波动幅度,其值与预测误差直接相关。
[0330] 当不考虑不确定性,即αL=0时,步骤4调度模型为确定型调度模型,可计算出此时的调度成本,称为基础成本,记为C0。
[0331] (5-2)IGDT调度模型:
[0332] 考虑不确定性为决策意向偏保守的调度决策者制定风险规避策略下的IGDT调度模型,为决策意向偏投机的调度决策者制定机会寻求策略下的IGDT调度模型。在满足预期
成本偏差情况下研究对应的不确定性、调度成本以及机组出力计划。
[0333] 5.2.1风险规避策略:
[0334] 该策略目的是在决策成本不超过预期值的情况下寻求对应的不确定度,其值越大,规避风险的能力越大,但相应的调度成本越大。调度决策者以更多的调度成本为代价获
得规避风险的能力,体现IGDT的鲁棒性。本发明设置鲁棒模型调度成本偏差参数为 用
表示预期成本。建立风险规避策略下的IGDT调度鲁棒模型:
[0335]
[0336] 其中,αL为波动幅度,C为电气综合能源系统的总运行成本, 为鲁棒模型调度成本偏差参数; 为负荷的实际值;C0为基础成本。
[0337] 5.2.2机会寻求策略:
[0338] 机会寻求策略寻求使调度成本能有所降低的最小不确定性,其值越大,面临的风险越大,对应的成本越小。调度决策者在更大的风险中寻求降低成本的机会,体现IGDT的机
会性。同理,本发明设置机会模型调度成本偏差参数 得到机会寻求策略下的IGDT调度
机会模型:
[0339]
[0340] 其中,αL为波动幅度,C为电气综合能源系统的总运行成本, 为机会模型调度成本偏差参数; 为负荷的实际值;C0为基础成本。
[0341] 步骤6,结合细菌群体趋药性算法对步骤3和步骤5的模型进行求解,获得相关参数;
[0342] 6-1细菌群体趋药性算法:
[0343] 细菌群体趋药性(bacterial colony chemotaxis,BCC)算法是现有技术,作为一种基于生物行为的优化方法,其实现思想与其他群体优化方法有较大不同。在其他群体优
化中,个体脱离周围群体影响时只能进行完全随机的搜索,而BCC算法中的单个细菌也有一
定的寻优能力;各细菌趋化的移动方向和时间都是按照概率分布取值,因此BCC算法具备突
破局部最值限制的性能。
[0344] 6-2结合现有细菌群体趋药性算法对步骤3中基于IGDT的风蓄联合机组调度模型求解步骤为:
[0345] (6.2.1)用预测值Pw(t,k)代替不确定参数 优化求解确定性模型,即式(5)-(24),得到目标函数最优值F0,将其设置为基准值;
[0346] (6.2.2)人为制定成本偏差因子 确定两种模型期望目标值和
[0347] (6.2.3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力情况的参数。
[0348] 6-3结合细菌群体趋药性算法对步骤5中基于IGDT的电气综合能源系统经济调度模型求解步骤为:
[0349] (6.3.1)用预测值PL,t代替不确定参数 优化求解确定性模型,即式(28)-(50),得到目标函数最优值C0,将其设置为基准值;
[0350] (6.3.2)人为制定成本偏差因子 确定决策者可接受的两种模型期望目标值 和
[0351] (6.3.3)采用细菌群体趋药性算法分别计算鲁棒模型和机会模型,得到两种模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组出力情况的参数。
[0352] 步骤7,将步骤6求解得到的参数发送给能源调度中心,能源调度中心根据参数对能源系统进行调度。
[0353] (7-1)利用细菌群体趋药性算法求解基于信息间隙决策理论的风蓄联合机组调度模型,分别获得鲁棒模型和机会模型的风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组
出力Pws,t。将风电出力不确定半径αw、经济效益F和风蓄联合机组出力Pws,t应用到电气综合能源系统调度系统中。
[0354] (7-2)利用细菌群体趋药性算法求解基于信息间隙决策理论的电气综合能源系统调度模型,分别得到鲁棒模型和机会模型的负荷不确定半径αL、成本C和发电机组的出力
PG,i,t。将负荷不确定半径αL、成本C和发电机组的出力PG,i,t也应用到电气综合能源系统调度系统中。
[0355] 电气综合能源系统调度中心根据不同的风险偏好做出不同的调度策略,保证电气综合能源系统平稳、经济的运行。
[0356] 最后应说明的是:以上的各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依
然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等
同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的
范围。
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