中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01 研究背景
新型電力系統(tǒng)中可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)給系統(tǒng)規(guī)劃工作帶來不確定性挑戰(zhàn)。從中長期視角來看，可再生能源的發(fā)展受政策變遷、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展、氣候變化的影響，呈現(xiàn)出多種演化路徑，具有發(fā)展不確定性。從短期視角來看，可再生能源出力受天氣影響明顯，具有運(yùn)行不確定性；現(xiàn)有規(guī)劃對(duì)可再生能源運(yùn)行不確定性研究較多卻忽略了發(fā)展不確定性。本文綜合考慮可再生能源發(fā)展不確定性與運(yùn)行不確定性，建立了多階段輸-儲(chǔ)協(xié)同分布魯棒規(guī)劃模型，所得規(guī)劃方案可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與魯棒性的平衡。
02 研究內(nèi)容
2.1 基于嵌套距離的概率分布模糊集構(gòu)建
可再生能源發(fā)展不確定性一般被近似為圖1所示H階段場景樹，場景樹中各個(gè)節(jié)點(diǎn)表示可再生能源裝機(jī)容量。
圖1 H階段場景樹
在不同的外界條件下，可再生能源裝機(jī)實(shí)現(xiàn)值與場景概率均可能發(fā)生變化。因此，本文基于場景樹構(gòu)建模糊集，模糊集中存在一個(gè)“最惡劣場景樹”，使得后續(xù)階段規(guī)劃方案成本最大。最惡劣場景樹指的是概率偏向于可再生能源發(fā)展較快或較慢的發(fā)展場景，導(dǎo)致系統(tǒng)總成本升高。以場景樹之間的嵌套距離作為約束條件構(gòu)建模糊集。嵌套距離用于衡量場景樹之間的距離，兩棵樹之間的r(r≥1)階嵌套距離Dr為以下線性規(guī)劃問題的最優(yōu)值。
2.2 多階段輸-儲(chǔ)協(xié)同分布魯棒規(guī)劃模型
可再生能源運(yùn)行不確定性采用典型出力場景進(jìn)行描述。規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)為最惡劣場景樹下輸電線路、儲(chǔ)能設(shè)備投資和系統(tǒng)運(yùn)行總成本最小，具體表達(dá)式請(qǐng)見原文式(5)。約束條件包含3個(gè)部分，如表1所示。
表1 規(guī)劃模型約束條件
2.3 規(guī)劃模型求解算法
為便于求解，將原問題分為主問題(MP)和子問題(SP)，并采用列與約束生成(C&CG)算法進(jìn)行求解。主問題為所有規(guī)劃階段的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，子問題為后續(xù)階段規(guī)劃成本最大。
03 算例分析
本文首先采用改進(jìn)的Garver-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析。
3.1 規(guī)劃結(jié)果分析
選擇魯棒因子ε=0.15，圖2所示為本文規(guī)劃方法與多階段隨機(jī)規(guī)劃方法所得結(jié)果。
圖2 Garver-6節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)多階段規(guī)劃結(jié)果
本文所提方法基于模糊集中最惡劣場景樹進(jìn)行決策，規(guī)劃結(jié)果綜合考慮后續(xù)可再生能源發(fā)展可能性?？稍偕茉囱b機(jī)占比增加時(shí)，儲(chǔ)能修建量并非簡單的線性增長，而是需要新建儲(chǔ)能與線路互相協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。為進(jìn) 一步分析本文所提方法的優(yōu)越性，多階段隨機(jī)規(guī)劃、多階段魯棒規(guī)劃與本文所提方法的第1階段規(guī)劃結(jié)果對(duì)比如表2所示。
表2 不同優(yōu)化方法所得第1階段規(guī)劃結(jié)果
第1階段的規(guī)劃結(jié)果對(duì)于電網(wǎng)近期規(guī)劃將起到重要指導(dǎo)作用。本文所提方法規(guī)劃決策考慮了未來發(fā)展不確定性的潛在影響，基于模糊集內(nèi)最惡劣場景樹進(jìn)行規(guī)劃決策，所得最優(yōu)輸-儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃方案兼顧中長期發(fā)展不確定性和短期運(yùn)行不確定性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與魯棒性的平衡，驗(yàn)證了所提方法的有效性。
3.2 不同魯棒因子對(duì)規(guī)劃結(jié)果的影響
設(shè)置不同的魯棒因子，得到最惡劣情況場景樹如圖3所示。
圖3 不同魯棒因子下最惡劣場景樹
隨著魯棒因子的增大，最惡劣場景樹逐漸簡化，集中在可再生能源裝機(jī)占比較低或較高的場景上。因?yàn)轸敯粢蜃釉酱螅總€(gè)發(fā)展場景的概率變化范圍也就越大，為了保證規(guī)劃方案的魯棒性，成本較大的發(fā)展場景會(huì)得到更大的概率值。
HRP-38標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)進(jìn)一步證明了規(guī)劃方法的有效性，在設(shè)置不同的規(guī)劃階段時(shí)，本文方法依然可行。
04 結(jié)語
本文提出了一種基于嵌套距離模糊集的電力系統(tǒng)多階段輸-儲(chǔ)協(xié)同分布魯棒規(guī)劃方法，得到以下結(jié)論：
1）相對(duì)于多階段隨機(jī)規(guī)劃方法與多階段魯棒規(guī)劃方法，本文方法所得規(guī)劃方案兼顧了中長期發(fā)展不確定性和可再生能源短期運(yùn)行不確定性，同時(shí)可以通過修改魯棒因子調(diào)整各個(gè)發(fā)展場景的概率，增強(qiáng)了模型對(duì)可再生能源不確定性的應(yīng)對(duì)能力，實(shí)現(xiàn)多階段規(guī)劃方案經(jīng)濟(jì)性與魯棒性的平衡。
2）在同一規(guī)劃階段不同的可再生能源裝機(jī)占比下，儲(chǔ)能規(guī)劃容量不是呈現(xiàn)簡單的線性關(guān)系，而是需要新建儲(chǔ)能與新建線路協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。
