碳中和背景下電網(wǎng)靈活性調(diào)度

廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局 楊遠(yuǎn)鋒

當(dāng)前我國(guó)能源體系仍然以煤炭等非可再生化石能源為主，非可再生能源的消耗和生態(tài)環(huán)境被破壞的問題日趨嚴(yán)重[1]。在我國(guó)提出2030、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”的雙碳目標(biāo)[2]后，因風(fēng)電、光伏發(fā)電出力在電網(wǎng)中的隨機(jī)性和不確定性特征[3]，為促進(jìn)低碳排放，提高可再生能源的利用率，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)以風(fēng)電、光伏發(fā)電等的綜合能源(Integrated Energy System，IES)展開了研究[4]。

采用隨機(jī)優(yōu)化和魯棒優(yōu)化的調(diào)度方法能提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)性[5]。基于SP 理論構(gòu)建的多時(shí)間尺度優(yōu)化模型通過調(diào)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)度的方法難以提高決策魯棒性[6]，而引入仿射運(yùn)算的RO 方法降低決策的保守度有限[7]。因此，文中提出一種DRO 調(diào)度方法，用以提高決策魯棒性和保守度，并通過算例進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)框架及模型求解

1.1 確定性調(diào)度的框架構(gòu)建

對(duì)于確定性電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度模型由輻射狀配電網(wǎng)模型、調(diào)控設(shè)備模型、多類型源儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)優(yōu)化調(diào)度模型組成，而調(diào)控設(shè)備模型包含OLTC 模型、并聯(lián)電容器模型、PV 模型、WT 模型、ESS 模型，其框架如圖1所示[8]。因風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源處理在電網(wǎng)中的不確定性，根據(jù)難以獲取的概率密度不確定性刻畫的SP 魯棒性低，RO 方法的高魯棒性、高保守性特點(diǎn)對(duì)于決策的經(jīng)濟(jì)性差[6]。為此提出了綜合SP 和RO 的DRO 調(diào)度方法。

圖1 對(duì)于確定性電網(wǎng)的調(diào)度模型

1.2 DRO 調(diào)度模型

文獻(xiàn)[8]通過引入置信度的概念，給出范數(shù)置信度系數(shù)對(duì)不確定變量的分布范圍進(jìn)行限制，其表達(dá)式如式（1）所示，式中：θ 表示置信度；α 表示范數(shù)置信度系數(shù)；K 表示實(shí)際場(chǎng)景數(shù)；L 表示K個(gè)場(chǎng)景數(shù)下聚類所得離散場(chǎng)景數(shù)，在該離散場(chǎng)景中不確定變量初始概率分布f0可通過置信度進(jìn)行表達(dá)，如式（2）所示。

制置信度系的值越大，魯棒性就越強(qiáng)，保守度也就越高，反之亦然。通過置信度可獲得不確定變量分布的集合。基于上述概念，考慮下述約束條件：決策變量不等式約束；風(fēng)電、光伏發(fā)電動(dòng)作以及電網(wǎng)安全性約束；變量等式約束；潮流分布和設(shè)備動(dòng)作特性約束；不確定性變量的離散約束；二階錐約束，可通過矩陣方式對(duì)DRO 調(diào)度進(jìn)行表達(dá)，目標(biāo)函數(shù)如式（3）所示，式中x 表示第一階段變量；ys表示第二階段決策變量；Ys第二階段變量可行域；Ψ 表示不確定變量的分布集合；fs表示第s 個(gè)離散場(chǎng)景的概率；T 表示時(shí)刻。最后通過運(yùn)用C&CG 算法對(duì)其進(jìn)行求解，其流程如圖2所示。

圖2 DRO 調(diào)度目標(biāo)函數(shù)求解流程

2 算例分析

通過在仿真系統(tǒng)上測(cè)試，對(duì)DRO 調(diào)度模型和算法的準(zhǔn)確性及有效性進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)配置OLTC、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、并聯(lián)電抗器、儲(chǔ)能裝置等設(shè)備，系統(tǒng)各設(shè)備參數(shù)為：電壓12.6V、有功功率3802kW、無功功率2695kVar、光伏發(fā)電600kVA、風(fēng)力發(fā)電1200kVA、并聯(lián)電容器600kVar、儲(chǔ)能裝置容量1200kWh，儲(chǔ)能裝置充/放電系數(shù)為0.95/1.25。

基于文中所述DRO 調(diào)度模型，每1h 控制OLTC、并聯(lián)電抗器、儲(chǔ)能裝置的調(diào)度決策進(jìn)行求解，在白天低谷時(shí)段，光伏發(fā)電發(fā)出大量有功功率時(shí)，可通過調(diào)節(jié)OLTC 調(diào)節(jié)電壓幅值，儲(chǔ)能裝置可從網(wǎng)上吸收過剩電能進(jìn)行儲(chǔ)存；在夜晚低谷時(shí)段，儲(chǔ)能裝置放電為電網(wǎng)提供有功功率，通過改變潮流流動(dòng)減少電網(wǎng)線損。在白天低谷時(shí)段，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為電網(wǎng)提供支撐，儲(chǔ)能裝置吸收有功功率，在夜間峰谷時(shí)段，風(fēng)力發(fā)電向電網(wǎng)輸入大量無功調(diào)節(jié)電壓，光伏發(fā)電有功功率的削弱在儲(chǔ)能裝置充放電條件下得到緩解，儲(chǔ)能裝置有利于清潔能源的消納，降低了棄風(fēng)的現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

綜上，文中提出的DRO 調(diào)度方法，對(duì)光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能裝置構(gòu)建的新型電力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的有功損耗和光伏發(fā)電有功功率的削減，對(duì)于系統(tǒng)存在的隨機(jī)性和不確定性可靈活性調(diào)度儲(chǔ)能裝置，在提高風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的利用率同時(shí)，也保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。