基于魯棒優(yōu)化的含風(fēng)電電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)用研究

高蕾

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

關(guān)鍵詞：魯棒優(yōu)化；含風(fēng)電；電力系統(tǒng)；輸電網(wǎng)；規(guī)劃

1.引言

當(dāng)前隨著經(jīng)濟(jì)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，輸電網(wǎng)綜合技術(shù)的發(fā)展越來越多元化，而對于輸電網(wǎng)自身的擴(kuò)展規(guī)劃來說，必須要結(jié)合其現(xiàn)有的電源規(guī)劃和電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，并且按照現(xiàn)有輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確定電網(wǎng)輸送過程中的電能需要和適應(yīng)的電路建設(shè)方式，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)的電能輸送。

同時(shí)由于在輸電網(wǎng)規(guī)劃中涉及到的因素比較多，尤其是在大規(guī)模風(fēng)電場等整個(gè)電網(wǎng)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(jié)果有較大的影響，所以如果在輸電網(wǎng)規(guī)劃中沒有全面的考慮這些因素，就難以更加真實(shí)的反映實(shí)際情況。因此，研究不確定型輸電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃問題顯得尤為必要。而在輸電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃時(shí)必須要準(zhǔn)確描述不確定因素，建立準(zhǔn)確反映規(guī)劃中的數(shù)學(xué)模型，才能更好的解決問題。

2.含風(fēng)電的魯棒優(yōu)化規(guī)劃模型

含風(fēng)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(fù)荷隨機(jī)性，同時(shí)還有常規(guī)機(jī)組應(yīng)對新能源出力和負(fù)荷波動的調(diào)節(jié)能力，加入該種機(jī)組的調(diào)峰能力模型，使得常規(guī)機(jī)組具備反向調(diào)節(jié)新能源出力波動和正向跟蹤負(fù)荷預(yù)測誤差的能力，從而保證最終形成輸電網(wǎng)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(gè)含有不確定參數(shù)的優(yōu)化問題的建模方法，這種方法主要是解決內(nèi)部結(jié)構(gòu)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指約束條件或目標(biāo)函數(shù)中參數(shù)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(jī)規(guī)劃和靈敏度分析的一種非常好的補(bǔ)充和替換。也正是在此基礎(chǔ)上，魯棒優(yōu)化不是概率分布，而是來描述數(shù)據(jù)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(gè)

2.2盒式魯棒優(yōu)化模型

就魯棒優(yōu)化模型的關(guān)鍵點(diǎn)來看，其是對不確定集合的確定及在給定u的情況下對復(fù)雜Min-Max模型的簡化，其中“盒式”不確定集合的優(yōu)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)接入風(fēng)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(fēng)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(wǎng)“十三五”主網(wǎng)規(guī)劃，對甘肅330kV及以上電壓等級網(wǎng)架方案進(jìn)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(wǎng)“十三五”主網(wǎng)規(guī)劃的年綜合費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，在系統(tǒng)多負(fù)荷水平下綜合考慮系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用、無功補(bǔ)償費(fèi)用、電壓水平等因素，在保證電壓水平的同時(shí)保持系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于甘肅電網(wǎng)魯棒優(yōu)化含風(fēng)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(bǔ)償容量的配置情況

為了驗(yàn)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(wǎng)“十三五”主網(wǎng)規(guī)劃，對甘肅330kV及以上電壓等級網(wǎng)架方案進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃分析，將風(fēng)電場接入IEEE-24節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真。

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

在這個(gè)過程中，根據(jù)最終的結(jié)果下顯示，進(jìn)行模型整合優(yōu)化后的系統(tǒng)的電壓合格率出現(xiàn)了比較大的上升趨勢，而且該系統(tǒng)最大負(fù)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(fèi)用降低了8.885萬元，那么至此也表明了該系統(tǒng)的補(bǔ)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(fēng)電場輸電網(wǎng)規(guī)劃的應(yīng)用研究可以看出通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓、變壓器變比以及投入無功補(bǔ)償器組是可以在一定程度上的減小網(wǎng)損和優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)損值的。

3.3含風(fēng)電場接入點(diǎn)不同的結(jié)果比較

在這里，本文繼續(xù)選取該系統(tǒng)的9， 16， 30節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入風(fēng)電場進(jìn)行分析，可以看出在甘肅電網(wǎng)的系統(tǒng)在的9， 16， 30節(jié)點(diǎn)在優(yōu)化前的平均電壓為0.9694/pa，0.9626/pa，1.0152/pa.無功補(bǔ)償總?cè)萘繛?，網(wǎng)損為0.1523/mw，0.1423/mw，0.1725/mw.總的費(fèi)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(bǔ)償總?cè)萘繛?10，682，720；網(wǎng)損為0.1296/mw，0.1231/mw，0.0625/mw.總的費(fèi)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(diǎn)接入風(fēng)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(jié)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(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)損還有電網(wǎng)的總費(fèi)用，所以也正是驗(yàn)證了本文所述方法和模型的合理性，所以本文認(rèn)為該方法是可以被廣泛推廣的。

總結(jié)

本文基于魯棒優(yōu)化理論，以IEEE-24節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為測試算例進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示該方法和模型的合理性，可廣泛應(yīng)用于含風(fēng)電場的系統(tǒng)無功規(guī)劃優(yōu)化計(jì)算。通過分析本文認(rèn)為含大規(guī)模新能源并網(wǎng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃模型是當(dāng)前電力系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一，因此考慮大規(guī)模新能源并網(wǎng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃模型是含隨機(jī)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(shí)通過求解甘肅電網(wǎng)的含風(fēng)電場系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果可以得出可以很好的降低各個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)損還有電網(wǎng)的總費(fèi)用，所以也正是驗(yàn)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(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性。

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