计及风光不确定性的海岛电网多时间尺度低碳运行方法与流程

本发明涉及近海海岛电力系统运行优化，尤其是涉及一种计及风光不确定性的海岛电网多时间尺度低碳运行方法。

背景技术：

1、国际能源署光伏电力系统计划(iea-pvps)在最新的光伏应用趋势报告中指出，2023年，全球光伏新增容量显著增长，市场创下新增年度容量235.8吉瓦的新记录，中国对新增容量的贡献最大，占了45％。而全球风能理事会在《全球风能报告2023》指出，全球年新增风电装机容量达到78吉瓦，总装机容量增至906吉瓦，同比增长达9％，上述数据显示，可再生能源在全球能源供应中的比例持续增长。

2、近海海岛电力系统作为一种解决偏远地区电力供应问题的方案，依赖于风能和太阳能等可再生能源。然而，这些能源的产能波动带来了运行上的挑战，需要精确的预测和灵活的调度策略来确保电网的稳定和高效。在全球碳减排的大背景下，低碳优化运行成为近海海岛电力系统发展的必然趋势。

3、然而，当前的电网调度方案少有考虑能源出力的不确定性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计及风光不确定性的海岛电网多时间尺度低碳运行方法，以充分计及调度过程中可再生能源的出力不确定性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供了一种计及风光不确定性的海岛电网多时间尺度低碳运行方法，包括如下步骤：

4、针对岛屿的风力发电、光伏发电、混合电解水制氢、氢储能、锂电池储能、超级电容和海岛负荷进行建模，实现近海海岛电力系统模型的构建；

5、基于盒式约束和对摄动量的1-范数约束，实现所述风力发电、光伏发电和海岛负荷的不确定性的建模；

6、以最小化日前调度成本函数作为适应度函数，计算优化后的碱性电解槽功率、质子交换膜电解槽运行功率、储能设备运行功率和电网购电功率，实现日前阶段海岛电力系统在大时间尺度上的调度；

7、以最小化日内新能源与负荷波动函数作为适应度函数，计算优化后的碱性电解水制氢设备调整功率、质子交换膜电解槽调整功率、锂电池储能设备调整功率和超级电容充放电功率，实现日内阶段海岛电力系统在小时间尺度上的调度修正。

8、作为优选的技术方案，所述的风力发电、光伏发电和海岛负荷的不确定性建模为：

9、

10、其中，u为不确定集合；u为不确定变量矩阵；ppv,t为t时刻光伏发电出力实际值；为t时刻光伏发电出力预测值；bpv,t为t时段光伏发电出力取得边界值的二进制状态系数，取值为1时，取到该时段的边界值；为t时刻光伏发电出力最大波动量；pwt,t为t时刻风力发电出力实际值；为t时刻风力发电出力预测值；bwt,t为t时段风力发电出力取得边界值的二进制状态系数，取值为1时，取到该时段的边界值；为t时刻风力发电出力最大波动量；pload,t为t时刻负荷实际值；为t时刻负荷预测值；bload,t为t时段负荷取得边界值的二进制状态系数，取值为1时，取到该时段的边界值；为t时刻负荷最大波动量；γpv为光伏发电不确定性的调节参数；γwt为风力发电不确定性的调节参数；γload为负荷不确定性的调节参数。

11、作为优选的技术方案，所述的混合电解水制氢包括碱性电解槽和质子交换膜电解槽。

12、作为优选的技术方案，所述的碱性电解槽建模为：

13、

14、所述质子交换膜电解槽建模为：

15、

16、其中，为t时刻输入碱性电解槽功率下限；palk,t为t时刻输入功率，为t时刻输入功率上限；palk,t-1为t-1时刻输入功率；ηalk为碱性电解槽爬坡率；为t时刻输入质子交换膜电解槽功率下限；ppem,t为t时刻输入功率，为t时刻输入功率上限；ppem,t-1为t-1时刻输入功率；ηpem为质子交换膜电解槽爬坡率。

17、作为优选的技术方案，所述的日前调度成本函数为：

18、c1＝calk+cpem+cbess+cbuy

19、

20、其中，c1为海岛电力系统日前调度运行成本，即日前调度成本函数；calk为碱性电解水制氢设备运行成本；cpem为质子交换膜电解水制氢设备运行成本；cbess为锂电池储能设备运行成本；cbuy为电网购电成本；calk为碱性电解水制氢设备运行成本系数；cpem为质子交换膜电解水制氢设备运行成本系数；cbess为锂电池储能设备运行成本系数；cbuy,t为t时刻购电单价；palk,t为t时刻碱性电解水制氢设备功率；ppem,t为t时刻质子交换膜电解水制氢设备运行功率；pbess,t为t时刻储能设备运行功率；pbuy,t为t时刻电网购电功率。

21、作为优选的技术方案，所述的新能源与负荷波动函数为：

22、c2＝δcp,l+csc,l+cwt,l+cpv,l

23、

24、其中，c2为海岛电力系统日内调度波动成本，即新能源与负荷波动函数；δcp,l为日内实时调度下部分设备功率调整总成本；δcsc,l为日内实时调度下购电调整成本；cwt,l为日内实时调度下弃风惩罚成本；cpv,l为日内实时调度下弃光惩罚成本；cp.l为功率改变单位成本；csc,l为超级电容单位使用成本；δpalk,l,t为日内实时调度下t时刻碱性电解槽调整功率；δppem,l,t为日内实时调度下t时刻质子交换膜电解槽调整功率；δpbess,l,t为日内实时调度下t时刻锂电池储能设备调整功率；δpsc,l,t为日内实时调度下t时刻购电调整功率；λwt为弃风单位惩罚成本；为日内实时调度下t时刻风电出力最大值；pwt,l,t为日内实时调度下t时刻风电实际调度功率；λpv为弃光单位惩罚成本；为日内实时调度下t时刻光伏出力最大值；ppv,l,t为日内实时调度下t时刻光伏实际调度功率。

25、作为优选的技术方案，所述的超级电容建模为：

26、

27、其中，ssc,t为t时刻超级电容储能容量；ssc,t-1为t-1时刻超级电容储能容量；ηsc,ch为t时刻超级电容充电效率；为t时刻超级电容充电功率；为t时刻超级电容放电功率；ηsc,dis为t时刻超级电容放电效率。

28、作为优选的技术方案，所述的运行方法还包括：

29、基于日内阶段的调度方案对日前阶段的调度方案进行修正，得到最终的运行方案。

30、作为优选的技术方案，所述的日前阶段和日内阶段中，使用粒子群算法实现优化。

31、作为优选的技术方案，所述的日前阶段以24小时为时间周期，1小时为单位时间尺度实现优化；所述的日内阶段以6小时为时间周期，15分钟为单位时间尺度实现优化。

32、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

33、(1)在优化调度的过程中充分计及风光不确定性：针对近海海岛传统日前优化运行精确度差的问题，本发明在风力发电和光伏发电的建模过程中，充分考虑日内风力、光伏发电和负荷预测数据的不确定性，改善了日前优化的准确性。

34、(2)具备较强抗波动能力：针对近海海岛场景下存在的电力波动大、波动频繁的问题，本发明一方面采用锂电池储能、氢储能和超级电容联合储能的方案，充分利用超级电容器的高功率密度和快速充放电能力，在风电快速波动及大功率负载接入导致电压暂降时，为电力系统提供瞬时功率支持，另一方面，通过在日内调度阶段中以最小化新能源与负荷波动为目标对日前计划进行调节，进一步提高了抗波动能力。

35、(3)降低碳排放：本发明通过采用多时间尺度调度策略，基于日前和日内多时间尺度滚动调度实现系统优化运行，进一步提升海岛经济效益和环境效益，通过优化储能、超级电容器和制氢设备的运行策略，最大化新能源消纳，推行海岛能源转型和低碳发展。

36、(4)提高近海海盗电力系统的能源利用效率：本发明通过制氢设备将过剩的可再生能源转换为氢能进行存储出售，通过调整制氢设备的运行功率，实现与电力系统需求的动态匹配，提升系统的能源利用效率。