计及风电和需求响应不确定性的输电阻塞管理问题研究

发布时间：2020-04-24 17:19

【摘要】：目前,在深刻的电力体制改革和日益开放的电力市场背景下,由于供需双方可以平等的使用输电网络,自由竞价,电能输送通道中的功率流动随意性增大,发生输电阻塞的可能性大幅增加,输电阻塞问题日益突出。而随着我国风电产业的快速发展,大规模风电并网后,其出力的随机性对含风电场的电力系统输电阻塞管理提出了新的挑战。因此,合理地制定含风电场的电力系统应对输电阻塞的日前调度预案具有十分重要的现实意义。常规的输电阻塞一般通过网络重构、调整FACTs设备或重新调度发电机出力等措施来缓解,而随着智能电网,通信技术等的快速发展,有效利用需求侧响应资源成为解决输电阻塞问题的一种新的途径。本文深入研究了需求侧响应参与日前输电阻塞管理这一问题,并特别关注了风电和需求侧响应的不确定性对输电阻塞管理的影响。论文从需求侧响应的最优合同接入点、不同类型需求侧响应策略的设计、考虑风电和需求侧响应不确定性的日前输电阻塞管理的模型和求解方法等几个方面展开研究,研究成果表明本文所提出的计及风电和需求侧响应不确定性影响的输电阻塞管理方法,可以有效应对电力系统中不确定性可能带来的输电阻塞状况,减轻发电机重新调度资源的负担,同时保障电力系统的安全和经济运行以及电力市场的公平性和经济性。针对需求侧响应项目在何处实施能实现最优的输电阻塞管理效果这一问题,本文提出一种新的需求侧响应项目实施的最佳位置决策方法。构建双层随机动态可用输电能力优化计算模型,选取不同的短时风电波动场景计及风电出力的不确定性,下层优化函数为日前的随机动态经济调度,上层则为使发电区域的发电出力值最大,利用KKT条件将双层模型转化为均衡约束的单层优化问题进行求解,可一次性计算各个时段的随机ATC值,进而得到受电侧负荷节点的可用供电能力(LSC)和节点电价两个评价指标在多个时段的值及其波动情况。单个和多个需求响应项目实施的算例结果表明,所提模型及评价指标具有优越性,能为有效地决策需求侧响应实施的最优备选节点提供合理的数据支撑。针对需求响应(DR)项目参与日前输电阻塞管理的最优合同电量问题,首先构建了含需求响应的两阶段日前随机最优调度模型,求解得到系统运营商(ISO)期望的最优需求响应量,考虑分时电价型DR和激励型DR分两步实施,给出了每个合同DR的负荷削减和负荷转移量计算方法。在此基础上,进一步提出了一种考虑多方利益博弈的分时电价型和激励型需求响应价格和激励机制设计方法,构建一个考虑负荷聚合商和用户多方利益的多目标优化模型来设计分时电价型DR的价格机制;建立负荷聚合商付给用户补偿费用最少且DR合同量最接近ISO期望DR响应量的多目标优化模型来设计激励型DR的激励机制。并分别采用多目标优化算法进行求解,算例计算结果表明,本文所提DR价格和激励机制能够合理、有效的引导用户参与需求侧响应,使DR实际值接近调度理想值,增强电力市场环境下系统运营商、负荷聚合商和用户间的信息传递,有助于实现多方的利益共赢。针对风电、负荷和需求响应的不确定性对输电阻塞管理的影响问题,本文提出了一种新的基于随机机会约束的电力系统输电阻塞管理模型,构造了输电线路不发生阻塞、负荷供电可靠、风电高利用率三个机会约束,适用于非管制电力市场环境下的日前经济调度。基于风电、负荷以及需求侧响应的不确定性服从正态分布的假设,整合随机变量的概率分布函数,利用二分法将机会约束优化问题转化为等价的确定性优化问题,利用原耦内点法求解阻塞管理模型得到最优调度方案。进一步,对输电阻塞管理模型基于直流最优潮流,无法考虑输电网络损耗以及得到的调度方案可能不能完全满足机会约束的情况进行改进,在模型中引入交流潮流迭代来计及输电损耗,并且采用多时段的概率潮流计算及输电线路阻塞风险值指标对所提模型求得的调度方案是否满足机会约束加以校验。算例计算结果和分析表明所提输电阻塞管理模型能够有效应对系统中不确定性因素的影响,使日前调度方案具有较强的适用性。针对风电、负荷和需求响应预测误差概率分布函数可能不确定的问题,引入一种数学领域的分布鲁棒优化方法,将上述输电阻塞管理模型转化为半定规划方便进行求解,该方法可以使风电、负荷和需求响应预测误差在任意可能分布下,输电阻塞管理模型均适用。进一步的,本文将动态线路容量的概念引入输电阻塞管理中来,对动态热稳定值(DLR)的制定以及外部环境等各种参数造成的其不确定性对输电阻塞管理的影响展开研究,提出了新的保障输电线路不发生阻塞机会约束(TDLCP),通过分布鲁棒联合优化法将模型转化为混合半定规划问题,并利用优化工具箱YALMIP和MOSEK进行求解。算例结果表明所提优化方法可使输电阻塞管理模型具有更强的适用性。
【图文】：

期望值,理想值

中科技大学博士学位论文DR项目后，由两阶段需求侧响应模型的第一阶段优化函数经济调度，以场景1为例，4节点的DR最优合同电量如图3-3所R和IBDR的共同作用，分两步分别求取，得到基于TOU的PD的 ( , )i,PtTOU d t t、 ( , ')i,PtTOU d t t、'( ', )i,PtTOU d t t如图3-4所示；得到IB基于IBDR的需求响应下的 ( , )i,PtIB d t t、 ( , ')i,PtIB d t t、'( , 'i,PtIB d t t)、 ( , ')i,PtTOU d t t、'( ', )i,PtTOU d t t累加到各个时段的值如下表所示，但费用最少的原则，并不能完全等于,( )i opIB d t期望理想值，因此段优化的IBDR实际合同量与IBDR理想值之间的差异。

分量,理想值,期望值,费用

)t、 ( , ')i,PtTOU d t t、'( ', )i,PtTOU d t t累加到各个时段的值如下表所示，，但费用最少的原则，并不能完全等于,( )i opIB d t期望理想值，因此段优化的IBDR实际合同量与IBDR理想值之间的差异。图 3-3 TOU DR 和 IBDR 期望值
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM73

【参考文献】