一种计及振动区的梯级水-光互补系统鲁棒日前调度方法

本发明涉及电力系统新能源，且特别是有关于一种计及振动区的梯级水-光互补系统鲁棒日前调度方法。

背景技术：

1、近年来，光伏发电的占比越来越高，然而其发电的间歇性和随机性给电网的安全运行带来极大挑战。由于水电具有可调水库库容、出力调整灵活等优点，水光互补发电成为一种有效的新能源综合开发利用的新形式，具有可提高光伏消纳能力，降低受端电网调节负担的优点。充分利用河流落差建设梯级水电，可进一步提高水资源利用率，实现电力系统的低碳运行。

2、值得注意的是，在实际运行阶段，梯级水电需要调整出力策略以补偿光伏出力的随机波动，然而其调节能力受到梯级水力耦合以及出力不连续振动区等限制。因此，需要制定合理的梯级水电日前调度计划，包括启停决策以及由振动区分隔而成的运行区决策，以避免调整策略的调度结果违反上述限制。当前的梯级水-光日前优化调度方法较少考虑实际运行阶段的调整策略，及其带来的互补发电系统运行风险，往往无法保证水电系统拥有充分的调节空间。

3、针对实际运行阶段光伏出力的不确定性，若采用机会约束规划方法，则过分依赖于分布信息，不符合工程实际；若采用离散场景随机优化方法，则无法保证样本外的调度效果，由于互补发电系统内除水电外缺少其他形式的调节电源，该方法无法确保调度结果的鲁棒性，不利于增强互补发电系统抵御光伏出力波动风险的能力。

4、因此，需要一种新的基于鲁棒优化的梯级水电-光伏互补系统日前调度方法解决上述问题，提供鲁棒性最优的水电日前启停以及运行区计划，保证互补发电系统的外送功率在光伏随机波动下仍能够追踪发电计划曲线。

技术实现思路

1、本发明针对水-光互补发电系统中光伏在实际运行阶段的出力不确定性，考虑梯级水电出力存在的不连续振动区，采用两阶段鲁棒优化方法，制定鲁棒性最优的水电日前启停以及运行区计划，可充分挖掘水电系统的调节能力，保证互补发电系统的外送功率在光伏随机波动下仍能够追踪发电计划曲线。

2、为达到上述目的，本发明技术方案是：

3、一种计及振动区的梯级水-光互补系统鲁棒日前调度方法，包括，

4、步骤s1：构建含抽水蓄能的梯级水-光互补发电系统调度模型；

5、步骤s2：将水电启停约束、出力振动区约束、发电特性约束线性化，得到可高效求解的混合整数线性规划模型；

6、步骤s3：采用不确定集合描述光伏出力的不确定性，建立两阶段鲁棒优化调度模型；

7、步骤s4：将优化模型分解为主子问题，并采用强对偶理论将max-min双层子问题转化为可求解的单层问题；

8、步骤s5：采用列和约束生成c&cg算法迭代求解，得到梯级水电启停和运行区优化调度结果。

9、上述含抽水蓄能的梯级水-光互补发电系统调度模型包括：

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23、其中，下标i表示第i个水电站，下标t表示t时刻，t-1表示上一时刻，δt表示时间间隔；vi,t表示水库库容，ii,t表示入库径流，表示第i个水电的总下泄流量，δij表示第i和j个水电站之间的水流时滞；表示发电流量，表示抽水流量；zi,t表示坝前水位，fi,zu()表示坝前水位-库容关系函数；表示尾水位，fi,zd()表示尾水位-流量关系函数；表示净水头；表示水电出力，fi,phq()表示出力-水头-流量关系函数；表示抽水功率，表示抽水工况的功率-水头-流量关系函数；和表示水库库容上下限；和表示发电流量上下限；和表示抽水流量上下限；ui,t表示水电启停状态，ui,t＝0代表停机，ui,t＝1代表运行；和表示发电功率上下限；表示水电抽水状态，代表停机，代表运行在抽水工况；和表示抽水功率上下限；下标k表示第k个振动区，和表示第k个振动区上下限。

24、上述步骤s2中将水电启停约束线性化具体包括：

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28、

29、

30、其中，和为水电发电工况的启动和停机操作指示变量，代表当前时刻由停机转变为启动状态，代表不发生启动操作，代表当前时刻由启动转变为停机状态，代表不发生停机操作；和为水电抽水工况的启动和停机操作指示变量，代表当前时刻由停机转变为抽水状态，代表不发生启动操作，代表当前时刻由抽水转变为停机状态，代表不发生停机操作。

31、上述步骤s2中将出力振动区约束线性化具体包括：

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37、其中，bi,t,k表示水电出力在第k个运行区的运行状态，bi,t,k＝0代表不处于第k个运行区，bi,t,k＝1代表处于第k个运行区；和表示水电出力进入和离开第k个运行区，代表未出现出力进入第k个运行区的操作，代表出力进入第k个运行区，代表未出现出力离开第k个运行区的操作，代表出力离开第k个运行区；表示当前时刻水电出力是否跨越振动区，代表出力没有跨越振动区，代表出力跨越了振动区。

38、上述步骤s2中将发电特性约束线性化具体包括：

39、

40、

41、

42、其中，下标m表示第m个离散水头区间；di,t,m表示水头是否处于第m个离散区间，di,t,m＝0代表不处于第m个水头区间，di,t,m＝1代表处于第m个水头区间，hm表示水头离散区间的分隔点；表示发电工况下第m个水头区间内出力特性曲线的代表曲线；表示抽水工况下第m个水头区间内出力特性曲线的代表曲线。

43、上述步骤s3中采用不确定集合描述光伏出力的不确定性，建立两阶段鲁棒优化调度模型具体包括：

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47、

48、其中，不确定集合中表示第s个光伏电站的出力，表示第s个光伏电站的光伏预测出力，和表示第s个光伏电站的光伏出力可能出现的上最大偏差和下最大偏差，且时表示取得光伏出力的上最大偏差，且时表示取得光伏出力的下最大偏差，且时表示光伏出力等于预测值；集合表示变量和所属的不确定集合；g+和g-为向量表示形式；γs表示鲁棒控制系数；表示发电计划，表示互补发电系统外送功率与发电计划之间的不平衡功率，包括发电不足功率和发电盈余功率

49、其中，目标函数为：

50、

51、表示跨越振动区成本系数，和表示启停成本系数，表示发电流量成本系数，mimb表示为功率不平衡惩罚系数，ppv为的向量表示形式；

52、ξmp表示第一阶段决策变量，表达式如下：

53、

54、ξsp表示第二阶段决策变量，表达式如下：

55、

56、上述步骤s4中将优化模型分解为主子问题包括：

57、将两阶段鲁棒优化原问题整理为紧凑形式：

58、

59、其中，op为原问题，c和b代表将原问题整理为紧凑形式后的目标函数系数，上标t表示向量转置；y代表集合ξmp中的第一阶段决策变量，ay≥d代表约束条件中只与y有关的第一阶段约束，其中a和d分别代表整理为紧凑形式后的第一阶段约束的系数矩阵和右端项系数向量；x代表集合ξsp中的第二阶段决策变量，φ(y，ppv)代表与y，x，ppv有关的第二阶段约束，其中e、g、d、f和h、v分别代表第二阶段约束的系数矩阵和右端项系数向量；

60、将原问题op分解为主子问题：

61、

62、s.t.ay≥d

63、

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67、

68、

69、dx≥v-fppv(→ω)，

70、其中，mp为分解的主问题，sp为子问题；l表示当前迭代的次数，上标r为索引符号，表示第r次迭代的最恶劣场景；η为子问题目标函数的预估值；表示最恶劣的光伏出力场景；π和ω分别为约束对应的对偶变量。

71、上述步骤s4中采用强对偶理论将max-min双层子问题转化为可求解的单层问题具体包括：

72、

73、s.t.gtπ+dtω≤b,π≥0,ω≥0,(λ+,λ-)∈λ(g+,g-,ω)

74、

75、其中，λ为变量，m为常数，和为变量和的向量表示形式，λ+和λ-为变量和的向量表示形式。

76、上述步骤s5具体包括：

77、步骤s51：初始化，获得水库初始水位、光伏出力预测及波动范围、互补系统发电计划曲线；令下界lb为-∞，上界ub为+∞，当前迭代次数l为0，开始迭代；

78、步骤s52：最小化日前调度总目标函数求解主问题mp；

79、步骤s53：获得第一阶段决策变量的最优解，并更新下界更新梯级水电启停、运行区计划，其中，y*和η*代表由求解主问题mp而确定下来的y和η；

80、步骤s54：根据主问题最优解y*l+1，在最恶劣光伏出力场景下最小化实际运行阶段目标函数采用强对偶理论将双层max-min问题转化为单层，求解子问题sp；

81、步骤s55：获得最恶劣光伏出力场景并更新上界ub＝min{ub,cty*l+1+q(y*l+1)}；

82、步骤s56：判断收敛条件；

83、步骤s57：若ub-lb<ε，则收敛，其中，ε表示收敛间隙；采用c&cg算法收敛，则可得到梯级水电启停和运行区优化调度结果；

84、步骤s58：否则，l＝l+1，继续迭代求解主子问题。

85、有益效果，本发明与现有技术相比，在梯级水-光互补系统日前调度问题中，考虑了实际运行阶段水电的调整策略以补偿光伏出力的随机波动。本发明提供的两阶段鲁棒优化调度模型基于不确定集合的形式考虑光伏随机出力，可以充分发挥梯级水电的调节能力，保证互补发电系统的外送功率在最恶劣的光伏出力场景下仍能够较好地追踪发电计划曲线，增强互补发电系统抵御光伏出力波动风险的能力。本发明能够为制定鲁棒性最优的水电启停和运行区计划提供参考。

86、为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。