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摘要
日前发输电计划优化是电力系统调度运行长期以来的关键问题。无论在传统的一体化模式还是市场化模式之下,优化的调度计划都能够为系统节约大量的运行成本。相比单区域系统的调度,多区域系统的问题因其具有更大的规模、更复杂的约束、更严格的决策模式限制,而更具有挑战性。伴随着我国的电力市场化改革,研究多区域电力系统的省区间电力交换计划优化问题在当前显得更为关键。另一方面,风电、光伏等间歇性可再生能源发电在近十年来获得了快速的发展,但其随机性和波动性给电力系统的调度运行带来了很大挑战。如何在保证消纳可再生能源发电的基础上,提高系统运行的经济性和可靠性,是当前十分重要的研究课题。本文重点研究含高比例可再生能源的多区域电力系统的日前调度问题,主要研究内容及取得的研究成果概述如下:首先,基于两层协调模式和新型鲁棒不确定集,提出了多区域电力系统的鲁棒机组组合模型。利用各区域净负荷的方差,构造用于描述多区域系统总体不确定性的不确定集,并证明了该不确定集能够提供比传统预算集合更精确的概率置信度。为了用非集中式的的方法求解该模型,构建了上层的鲁棒凸优化模型,用于确定联络线功率计划和每个区域的发电区间。借助由发电区间指定的不确定性需求,每个区域系统的调度机构可以独立求解解耦的鲁棒机组组合问题。提出了改进的外逼近算法求解两阶段鲁棒优化中出现的双线性规划问题,该算法可以获得更高质量的解。通过两区域系统的仿真计算验证了新型不确定集的有效性,并验证了所提的两层协调方法能够在非集中式决策框架下得到经济的机组组合方案。其次,为了考虑风电随机量的时空关联性,克服传统鲁棒优化的保守性问题,研究了数据驱动和基于两阶段分布鲁棒优化的机组组合模型。假设风电概率分布的期望、协方差信息可以借助统计学习方法,从历史数据中估计得到,然后用随机量的这些矩信息构建了概率分布的模糊集。提出了含一阶、二阶矩约束的两阶段分布鲁棒机组组合模型,并将模型转化成了确定性的混合整数半正定规划问题。提出了一个两步骤的求解算法,即先用割平面算法求解松弛的混合整数半正定规划,然后通过可行性检查和顶点生成法,不断收紧松弛的混合整数半正定规划。同时,还提出了使用半正定松弛获得可行性检查的双凸规划问题的下界。实验表明所提的模型能够在不调节任何参数的情况下,获得比确定性模型和两阶段鲁棒机组组合模型更好的经济性和可靠性。再次,提出了基于值函数的多区域机组组合问题分解协调算法,避免了使用基于拉格朗日函数的分解算法时存在收敛性和次优性的问题。算法要求每个区域通过有限计算生成一个由联络线功率交换计划的仿射组合表示的机组组合最优值函数。然后,多区域系统的协调机构利用每个区域的值函数确定最优的联络线功率。考虑到区域间的联合调度将使每个区域偏离原有的发电成本,本文还研究了基于值函数和合作博弈Shapley值的收益分配方案。在两区域和三区域系统对所提的求解算法进行测试,验证了值函数方法对求解非集中式多区域机组组合问题的有效性。同时,将所提的区域间收益分配方案和基于传统节点边际电价的方案进行对比。最后,为解决南方异步互联系统的日前发输电计划优化问题,提出了协调送受端的两阶段优化模型。模型的第一阶段以最小化受端系统净负荷方差为目标,生成可缓解受端系统调峰压力的跨区域输电计划;第二阶段以最小化输电网损为目标,将输电计划分配至各回高压直流输电线路,并协调配合送端的直调电厂发电、网省交流通道等。模型考虑了高压直流输电功率的离散特征,使得功率曲线切实可行。为了描述直流输电系统的损耗,采用历史数据拟合二次网损函数。最后,利用电力公司的实际数据进行测试,并与实际计划对比,证明模型能够生成优化且可行的日前发输电计划。
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