[发明专利]基于改进轻鲁棒优化模型的风电与火电机组组合方法

摘要

本发明涉及一种基于改进轻鲁棒优化模型的风电与火电机组组合方法，包括以下步骤1)建立基于改进轻鲁棒优化模型的机组组合模型ILR‑UC；2)推导ILR‑UC模型的MILP对应式，实现风电出力调度，并通过设备的过载程度约束和防止设备连续过载约束，实现了对设备短时过载能力的安全利用。与现有技术相比，本发明具有改善了解的保守性，相应求解过程计算效率高等优点。

主权项

一种基于改进轻鲁棒优化模型的风电与火电机组组合方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立基于改进轻鲁棒优化模型的机组组合模型ILR‑UC；2)推导ILR‑UC模型的MILP对应式，实现风电出力调度，并通过设备的过载程度约束和防止设备连续过载约束，实现了对设备短时过载能力的安全利用；该方法引入含有右侧不确定多项式的改进轻鲁棒优化模型ILR及其混合整数线性规划MILP对应式，应用于计及风电出力不确定性的UC问题的建模及求解，建立了ILR‑UC新模型及其MILP对应式；所述的建立基于改进轻鲁棒优化模型的机组组合模型ILR‑UC具体为：21)目标函数：minγ,o,δΣt=1TΣi=1NlWi,t(γi,t+oi,t)+Σt=1TΣi=1NgCFgi(ucgi,t,P‾giucgi,t+pgi,t)+CUgi(sugi,t,sdgi,t-τ)+CDgisdgi,t,∀τ∈TCgi---(1)]]>22)约束条件：∀t∈T:]]>Σi=1Ng(P‾giuci,t+pgi,t)+minξwat∈UtΣi=1Nw(Pwai,t+P^wai,tζwai,t-pwci,t)=(1-γdt)Σi=1NdPdi,t---(2)]]>Σi=1Ngrgi,t≥RtΣi=1NdPdi,t---(3)]]>∀t∈T,i∈Nw:]]>pwci,t≤Pwai,t+P^wai,tζwai,t,∀ζwat∈Ut---(4)]]>∀t∈T,i∈Ng:]]>ucgi,t-ucgi,t-1=sugi,t-sdgi,t---(5)]]>pgi,t+rgi,t≤(P‾gi-P‾gi)ucgi,t-(P‾gi-RSUgi)sugi,t,∀TUgi=1---(6)]]>pgi,t+rgi,t≤(P‾gi-P‾gi)ucgi,t-(P‾gi-RSDgi)sdgi,t+1,∀TUgi=1---(7)]]>pgi,t+rgi,t≤(P‾gi-P‾gi)ucgi,t-(P‾gi-RSUgi)sugi,t-(P‾gi-RSDgi)sdgi,t+1,∀TUgi>1---(8)]]>pgi,t-1-pgi,t≤RDgi---(9)]]>pgi,t+rgi,t-pgi,t-1≤RUgi---(10)]]>∀t∈[TUg,T],i∈Ng:]]>Στ=t-TUg+1tsugi,τ≤ucgi,t---(11)]]>∀t∈[TDg,T],i∈Ng:]]>Στ=t-TDg+1tsdgi,τ≤1-ucgi,t---(12)]]>∀t∈T,i∈Nl:]]>|Σj=1Ng(Kgi,jpgj,t)+Σj=1NwKwi,j(Pwaj,t+P^waj,tζwaj,t-pwcj,t)-Σj=1Nd(Kdi,jLdj,t)|P‾li≤1+γi,t,∀ζwat∈Ut---(13)]]>γli,t≤H‾li---(14)]]>oi,t+oi,t‑1≤1  (15)γi,t≤oi,t  (16)其中变量：pgi,t,rgi,t,pwci,t,sugi,t,sugi,t,γpt,γli,t≥0ucgi,t,oi,t∈{0,1}---(17)]]>不确定集合：ζwat=[ζwa1,t,...,ζwaNw,t]∈Ut={ζ∈RNw:||ζ||∞≤1,||ζ||1≤Γwt}---(18)]]>以上各式中，式(1)为目标函数，包括两个部分，第一部分为设备的过载程度约束松弛变量的惩罚项，表示了轻鲁棒模型所牺牲的鲁棒性，其中，T为UC问题考虑的总小时数，Ng为火电机组总数，Nl为支路总数，γi,t为支路过载程度的加权，oi,t表示该支路是否过载，Wi,t为各支路权重；第二部分为运行总成本，在忽略风电成本的情况下，总成本即为火电机组的成本，由发电成本、启机成本、停机成本三项组成，和为发电成本函数和启机成本函数，通过线性化拟合，停机成本用常数表示，为火电机组i的最小运行出力，为第t小时火电机组i的运行状态，为第t小时火电机组i的启机变量，为第t小时火电机组i的停机变量，为火电机组i在第t小时前推τ个小时的停机变量，为第t小时火电机组i的增量出力，为火电机组锅炉完全冷却所需小时；式(2)为功率平衡约束，为了使发电功率具有鲁棒性，左侧接纳风电取了下限，其中火电机组出力为最小出力和增量出力之和，接纳的风电出力表示为可用风功率期望值和弃风功率之差，为负荷，本约束中uci,t、和为决策变量，为不确定参数，对应向量服从不确定集式(18)，Nd为负荷总数，Nw为风电场总数，为风功率波动幅值，Ut为预算不确定集，为切负荷比例；式(3)为系统备用容量约束，保证系统备用容量不低于当前负荷的给定比例Rt，为单台机组备用容量，属于决策变量；式(4)为弃风功率约束，表示弃风功率不能超过可用风功率而又由预测期望值和波动两部分组成，后者为波动幅值与波动比例系数之积；式(5)为单台机组运行状态变量之间的逻辑约束，表示当机组出现并网动作时，启机变量为1，当机组出现解列动作时，停机变量为1，其余情况启停机变量均为0，其中和分别为机组i在第t和第t‑1时刻的运行状态，启机变量，为停机变量；式(6)～(8)为机组增量出力及其备用容量约束，表示机组的增量出力和备用容量之和在运行状态时不超过可调出力范围在启停机时分别不超过最大涨降出力限制和其中式(6)和式(7)适用于最小启动时间为1小时的机组，式(8)适用于最小启动时间大于1小时的机组，和分别为机组i的最大出力和最小出力；式(9)和(10)为机组的爬坡约束，表示机组的增加出力及备用容量的速度不超过降低出力的速度不超过其中为机组最大上升速度，为机组最大下降速度；式(11)和(12)为机组最小启停时间约束，表示机组在并网后一段时间内不能立即解列，在解列后一段时间内不能立即并网，其中TDg和TUg分别为火电机组最小启动时间和最小运行时间；式(13)～(16)表示以直流潮流形式表示的支路潮流轻鲁棒约束，其中式(13)表示支路潮流的松弛约束，其中支路潮流即为设备，其中非负变量γi,t为第t小时支路i的过载比例；式(14)表示1小时内允许的安全过载上限；同时还引入0‑1辅助变量oi,t，使之满足式(15)，以避免连续过载；再通过式(16)建立oi,t变量的二值逻辑关系，配合目标函数中的惩罚项oi,t，以保证当设备过载时，即γi,t＞0，oi,t一定为1，不过载时，即γi,t＝0，oi,t一定为0，其中为1小时内支路i允许的最大过载率，为火电机组对支路i潮流贡献的系数，为负荷对支路i潮流贡献的系数，为风电场对支路i潮流贡献的系数，为支路i的最大传输功率，为负荷值；式(17)为各变量定义域，其中和本应为0‑1变量，但由于逻辑约束式(5)的存在，即使设为非负实数变量，也会获得整数解；式(18)为不确定参数所服从的预算不确定集，其中|ζ|∞≤1表示各风电波动比例均在区间[‑1,1]之间取值，表示所有风电波动比例之和不超过预算值为Nw维行向量；以上ILR‑UC模型中，计划弃风功率和过载程度γi,t相当于ILR模型中的松弛变量γi，式(4)、(14)～(16)相当于ILR模型中的约束集Ω，用于对弃风和过载进行限制，由于弃风行为本身不会降低电网安全性，弃风量并没有加入目标函数加以惩罚，只有过载变量加入目标函数进行惩罚，使之尽可能的小。