消纳大规模风电的互联电网多维协同优化调度方法研究

《消纳大规模风电的互联电网多维协同优化调度方法研究》针对我国电力系统在发展大规模风电过程中所遇到的瓶颈问题，从电网调度控制层面出发，以促进大规模风电消纳为核心目标，从时间、空间和对象维度对大规模风电接入条件下的互联电网优化调度理论和方法开展了系统的研究，构建以多维协同为核心的互联电网优化调度方法体系。

 

《消纳大规模风电的互联电网多维协同优化调度方法研究》以促进大规模风电消纳为核心目标，从时间、空间和对象维度对大规模风电接入条件下的互联电网优化调度理论和方法开展了系统的研究，构建以多维协同为核心的互联电网优化调度方法体系。在时间维度协调方面，研究了适应风电消纳的时间维度协同优化调度方法。在空间维度协调方面，研究了促进区域互济的空间维度协同优化调度方法。在对象维度协调方面，研究了提升运行灵活性的热-电联合优化调度方法。

作者在2011年和2016年于清华大学分别获得工学学士和工学博士学位，获清华大学研究生“学术新秀”荣誉称号（全校10名）；2016年至今在华南理工大学电力学院工作，被破格聘任为副教授；获中国电机工程学会“青年人才托举工程”项目资助。长期从事电力网络分析、大规模可再生能源并网消纳、电力系统优化运行等方面的研究工作。从攻读博士学位开始研究消纳大规模可再生能源的互联电网优化调度理论与方法，其博士论文《消纳大规模风电的互联电网多维协同优化调度方法研究》被评为清华大学优秀博士学位论文。深入开展了电力系统随机优化调度研究工作，提出了鲁棒区间经济调度方法体系，包括鲁棒区间经济调度模式、模型以及保守度调整方法，相关工作已经发表在电气工程领域的国内外期刊上。

第1章引言

1.1研究背景与研究意义

1.1.1国内外风电发展概况

1.1.2大规模风电接入对电力系统的影响

1.1.3我国大规模风电消纳存在的问题

1.1.4研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1确定性电力系统有功调度

1.2.2考虑风电不确定性的电力系统有功调度

1.2.3多区域互联电力系统协调有功调度

1.2.4热电耦合系统联合运行

1.3研究思路与主要工作

1.3.1研究思路

1.3.2主要工作

第2章适应风电消纳的时间维度协同优化调度方法

2.1引言

2.1.1风电消纳对滚动调度的新要求

2.1.2风电消纳对实时调度的新要求

2.1.3本章内容安排

2.2适应风电消纳的在线滚动调度高效可靠算法

2.2.1滚动调度数学模型

2.2.2滚动调度高效算法

2.2.3不可行传输断面约束辨识方法

2.2.4扩展Lagrange松弛对偶求解框架

2.3计及大规模风电随机性的鲁棒区间实时调度方法

2.3.1鲁棒区间实时调度模式

2.3.2自适应鲁棒实时调度模型

2.4算例分析

2.4.1Lagrange松弛高效算法性能测试

2.4.2不可行传输断面约束辨识算法性能测试

2.4.3鲁棒区间实时调度方法效果测试

2.5小结

第3章促进区域互济的空间维度协同优化调度方法

3.1引言

3.1.1多区域电网协调调度的必要性

3.1.2定联络线计划调度方法的局限性

3.1.3内容安排

3.2多区域电网协调调度模式

3.2.1同步协调调度模式

3.2.2异步协调调度模式

3.3多区域电网全局经济调度方法

3.3.1多区域电网全局经济调度模型

3.3.2基于改进广义Benders分解的分布式求解方法

3.3.3改进广义Benders分解的收敛性证明

3.4鲁棒联络线计划协调方法

3.4.1联络线计划发电调度在线滚动协调框架

3.4.2考虑风电不确定性的鲁棒联络线计划协调模型

3.5算例分析

3.5.1多区域电网全局经济调度方法性能测试

3.5.2鲁棒联络线计划协调方法性能测试

3.5.3协调周期对多区域电网协调调度的影响

3.6小结

第4章提升运行灵活性的热电联合优化调度方法

4.1引言

4.1.1热电联合调度的必要性

4.1.2内容安排

4.2集中供热系统模型

4.2.1集中供热系统组成

4.2.2热力站模型

4.2.3换热站模型

4.2.4供热网络模型

4.2.5节点方法的直观解释

4.3热电联合优化调度数学模型

4.3.1决策变量

4.3.2目标函数

4.3.3约束条件

4.3.4模型讨论

4.4迭代求解方法

4.5算例分析

4.5.1简单热电联合系统算例

4.5.2实际系统算例

4.6小结

第5章结论与展望

5.1主要成果与创新点

5.2理论方法体系

5.3整体应用设计

5.4研究工作展望

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果

附录A风电场弃风惩罚因子

附录B采用不同分解算法的数学模型规模信息

致谢

导师序言
现代电网有两个主要特征： 一是多区域电网广域互联，实现区域能源负荷之间的互补优化，达到系统安全经济运行的目的； 二是大规模可再生能源并网，形成含高比例可再生能源的电力系统，推动能源生产与供应的可持续转型。以风力发电为代表的可再生能源发电并网带来的挑战是系统需要增加额外的调频、调峰和调压容量来应对其波动性和不确定性，以保证电网的安全运行，但这也限制了可再生能源发电的发展。针对这个瓶颈问题，本书从电网运行调控层面开展了系统深入的研究，实现了从确定性调度到考虑不确定性的鲁棒调度，从粗放的分散调度到精益的多区域协调调度，从电网优化调度到热电联合优化调度的发展。本书提出的模型和算法大部分已在工程现场得到应用和验证，具有很高的学术价值和工程意义。
在调度决策模型方面，本书提出了自适应鲁棒区间调度模型，该模型很好地考虑了风电不确定性的影响，可以保证风电恶劣场景下电网的安全性，同时通过嵌入自动发电控制策略实现对风电波动性的自适应调度，在保证安全性的条件下促进风电消纳。进一步地，针对在线调度决策模型计算的复杂性，提出了在线滚动调度高效可靠算法，包括基于拟牛顿法乘子修正的Lagrange松弛算法，以及基于弱对偶定理的在线滚动调度不可行断面约束辨识方法，以满足风电消纳对在线滚动调度算法提出的快速性和可靠性要求。
在多区域联合优化调度方面，构建了多区域同步协调调度和异步协调调度模式。在同步协调调度模式下，提出了基于改进广义Benders分解的多区域电网全局经济调度方法，在保证区域电网数据私密性和决策独立性的条件下实现全局经济调度的分解协调决策。该方法具有结果准确、收敛性好、计算快速的特点，可通过旋转备用容量的跨区共享实现风电的空间平滑效应。在异步协调调度模式下，提出了考虑风电不确定性的联络线计划鲁棒协调模型，并采用约束列生成算法实现联络线计划协调的分解协调决策。该方法可以提高联络线潮流计划对风电变化的适应性，提高多区域互联电网的风电消纳能力及运行的安全性和经济性。
在热电联合优化调度方面，提出了计及集中供热管网储热特性的热电联合优化调度模型，以及有效的迭代求解算法。该方法能够松弛“以热定电”模式下的热电强制约关系，通过利用集中供热管网的储热能力，增强供热机组运行的灵活性，从而提高热电联合系统消纳风电的能力。
本书介绍的内容具有较扎实的理论基础，提出的创新性方法可以直接指导工程实际，因此本书是一本兼具理论性和实用性的学术专著。
张伯明
清华大学电机工程与应用电子技术系