基于魯棒優(yōu)化的含風電電力系統(tǒng)輸電網規(guī)劃應用研究

高蕾

摘要：隨著全球經濟的發(fā)展，對能源的需求增加，新能源并網裝機容量也不斷增加，尤其是在含風電電力系統(tǒng)輸電網規(guī)劃應用過程。為此本文在這里引入魯棒優(yōu)化方法對隨機變量進行處理，并且將模型中含隨機變量的不等式約束進行魯棒對等轉換，實現隨機規(guī)劃模型向確定性模型的轉換，此外用為驗證本文提出的輸電網規(guī)劃模型以及求解方法的有效性，以修正的IEEE-24節(jié)點系統(tǒng)為測試算例進行仿真分析，結果顯示該方法和模型的合理性，是可以廣泛應用于含風電場的系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化計算的。

關鍵詞：魯棒優(yōu)化；含風電；電力系統(tǒng)；輸電網；規(guī)劃

1.引言

當前隨著經濟和互聯(lián)網技術的發(fā)展，輸電網綜合技術的發(fā)展越來越多元化，而對于輸電網自身的擴展規(guī)劃來說，必須要結合其現有的電源規(guī)劃和電網負荷預測數據，并且按照現有輸電網結構，確定電網輸送過程中的電能需要和適應的電路建設方式，以滿足電力系統(tǒng)安全經濟的電能輸送。

同時由于在輸電網規(guī)劃中涉及到的因素比較多，尤其是在大規(guī)模風電場等整個電網規(guī)劃中可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的影響使得其對規(guī)劃結果有較大的影響，所以如果在輸電網規(guī)劃中沒有全面的考慮這些因素，就難以更加真實的反映實際情況。因此，研究不確定型輸電網擴展規(guī)劃問題顯得尤為必要。而在輸電網擴展規(guī)劃時必須要準確描述不確定因素，建立準確反映規(guī)劃中的數學模型，才能更好的解決問題。

2.含風電的魯棒優(yōu)化規(guī)劃模型

含風電的魯棒優(yōu)化規(guī)劃模型的建立必須要考慮新能源出力和負荷隨機性，同時還有常規(guī)機組應對新能源出力和負荷波動的調節(jié)能力，加入該種機組的調峰能力模型，使得常規(guī)機組具備反向調節(jié)新能源出力波動和正向跟蹤負荷預測誤差的能力，從而保證最終形成輸電網規(guī)劃優(yōu)化模型。

2.1魯棒優(yōu)化模型

魯棒優(yōu)化是一個含有不確定參數的優(yōu)化問題的建模方法，這種方法主要是解決內部結構（內部結構是指約束條件或目標函數中參數的不確定性）和外部環(huán)境不確定性，在很大程度上，其是隨機規(guī)劃和靈敏度分析的一種非常好的補充和替換。也正是在此基礎上，魯棒優(yōu)化不是概率分布，而是來描述數據不確定性的，本文在其約束條件的魯棒優(yōu)化模型為：

在上述公式中，x為決策變量，ζ為不確定的量，u就是一個

2.2盒式魯棒優(yōu)化模型

就魯棒優(yōu)化模型的關鍵點來看，其是對不確定集合的確定及在給定u的情況下對復雜Min-Max模型的簡化，其中“盒式”不確定集合的優(yōu)點是使得模型線性化，求解簡單。通過上述的分析之后，本文在這里只是單純的考慮從一個節(jié)點接入風電場的情況，ζ為擾動量，其擾動范圍屬于盒式集合，即：

2.3基于魯棒優(yōu)化含風電場系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化模型

通過上述的分析，本文基于甘肅電網“十三五”主網規(guī)劃，對甘肅330kV及以上電壓等級網架方案進行優(yōu)化規(guī)劃分析，在模型分析的過程中，本文以甘肅電網“十三五”主網規(guī)劃的年綜合費用最小為目標函數，在系統(tǒng)多負荷水平下綜合考慮系統(tǒng)網損費用、無功補償費用、電壓水平等因素，在保證電壓水平的同時保持系統(tǒng)有較好的經濟性。關于甘肅電網魯棒優(yōu)化含風電場系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化模型為：

3.案例系統(tǒng)仿真分析

3.1補償容量的配置情況

為了驗證所建模型和算法的有效性和合理性，本文本基于甘肅電網“十三五”主網規(guī)劃，對甘肅330kV及以上電壓等級網架方案進行優(yōu)化規(guī)劃分析，將風電場接入IEEE-24節(jié)點系統(tǒng)進行數值仿真。

3.2IEEE-24節(jié)點系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化

在這個過程中，根據最終的結果下顯示，進行模型整合優(yōu)化后的系統(tǒng)的電壓合格率出現了比較大的上升趨勢，而且該系統(tǒng)最大負荷下的電壓水平也是有所提高，但是其整體的電路損耗卻是減少了大約0.025MW，使得其最終的費用降低了8.885萬元，那么至此也表明了該系統(tǒng)的補償效果明顯。所以通過上述的分析可以看出大規(guī)模的含風電場輸電網規(guī)劃的應用研究可以看出通過調節(jié)發(fā)電機電壓、變壓器變比以及投入無功補償器組是可以在一定程度上的減小網損和優(yōu)化系統(tǒng)網損值的。

3.3含風電場接入點不同的結果比較

在這里，本文繼續(xù)選取該系統(tǒng)的9， 16， 30節(jié)點進行接入風電場進行分析，可以看出在甘肅電網的系統(tǒng)在的9， 16， 30節(jié)點在優(yōu)化前的平均電壓為0.9694/pa，0.9626/pa，1.0152/pa.無功補償總容量為0，網損為0.1523/mw，0.1423/mw，0.1725/mw.總的費用為35.321/萬元，32.632/萬元，36.123/萬元；優(yōu)化后平均電壓為1.0123/pa，1.0023/pa，1.0132/pa.無功補償總容量為710，682，720；網損為0.1296/mw，0.1231/mw，0.0625/mw.總的費用為26.426/萬元，23.005/萬元，26.852/萬元；由此可以看出不同的節(jié)點接入風電場后對系統(tǒng)的無功分配和電壓的影響不同，但是最終的結果則是顯示使用魯棒優(yōu)化方法和模型，都是可以很好的降低各個節(jié)點的網損還有電網的總費用，所以也正是驗證了本文所述方法和模型的合理性，所以本文認為該方法是可以被廣泛推廣的。

總結

本文基于魯棒優(yōu)化理論，以IEEE-24節(jié)點系統(tǒng)為測試算例進行仿真分析，結果顯示該方法和模型的合理性，可廣泛應用于含風電場的系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化計算。通過分析本文認為含大規(guī)模新能源并網的輸電網規(guī)劃模型是當前電力系統(tǒng)規(guī)劃領域中的熱點和難點問題之一，因此考慮大規(guī)模新能源并網的輸電網規(guī)劃模型是含隨機變量的非線性模型既具有魯棒性又能節(jié)約成本的求解方法，同時通過求解甘肅電網的含風電場系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化結果可以得出可以很好的降低各個節(jié)點的網損還有電網的總費用，所以也正是驗證了本文所述方法和模型的合理性，證明了該方法良好的經濟性和適應性。

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