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💥1 概述
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考虑源荷两侧不确定性的含风电电力系统低碳调度研究
一、源荷双侧不确定性的定义与影响
- 源侧不确定性
- 风电与光伏出力波动：风电出力受风速影响，遵循Weibull分布；光伏出力与光照强度相关，服从Beta分布。这些波动导致可再生能源渗透率提升时，系统调峰压力显著增加，尤其是风电的反调峰特性（日间出力高、夜间低）与负荷峰谷叠加后形成“净负荷”曲线，进一步加剧调峰难度。
- 建模方法：通常采用概率分布模型（如正态分布、Weibull分布）或场景生成技术（Monte Carlo模拟、拉丁超立方抽样）描述不确定性。然而，传统方法在处理高维随机变量时存在“维数灾”问题，需引入稀疏多项式混沌展开（SPCE）或高斯过程回归（GPR）等代理模型。
- 荷侧不确定性
- 负荷波动与预测误差：负荷受季节性、昼夜变化及突发事件影响，且分布式电源（如电动汽车）的接入增加了不确定性。例如，电动汽车充电需求的时空差异可能导致局部电网过载。
- 影响维度：荷侧不确定性直接影响机组启停计划、备用容量配置及线路潮流分布，增加电压越限和频率失稳风险。
- 综合影响
- 经济性：不确定性导致传统机组频繁调峰，增加煤耗成本和碳排放，同时需预留更多备用容量，降低运行效率。
- 安全性：源荷波动加剧线路潮流不确定性，提升元件故障概率，极端场景下可能引发连锁故障。
- 稳定性：风电并网后，系统惯性降低，频率调节能力减弱，且功率电子设备的大规模接入可能引发次同步振荡。
二、风电并网对电力系统调度的挑战与应对
- 调峰压力与频率稳定性
- 反调峰特性：风电出力与负荷峰谷叠加后，净负荷曲线波动加剧，需依赖抽水蓄能、燃气机组等灵活资源平抑。
- 频率调节：风电机组缺乏同步发电机的转子惯性，导致系统频率响应速度下降。实验表明，风电并网后频率波动幅度增加20%-30%。
- 电压稳定性与无功支撑
- 无功调节不足：风电机组依赖电力电子设备并网，其无功输出能力有限，需配置STATCOM或SVG等动态无功补偿装置。
- 电压越限风险：风电出力突变可能导致节点电压瞬时波动，需通过优化潮流分布和动态电压控制策略缓解。
- 解决方案
- 预测技术：采用高精度风电功率预测模型（如ARIMA、LSTM），将预测误差纳入调度模型，提升鲁棒性。
- 储能协同：利用电池储能（BESS）或飞轮储能平抑短时波动，结合抽水蓄能应对日间调峰需求。
- 灵活调度：引入需求响应（DR），通过分时电价或激励措施引导负荷侧参与调峰，形成“源-网-荷-储”协同模式。
三、低碳调度的核心目标与方法
- 目标
- 碳减排：通过优化机组组合降低煤电占比，提升风电消纳率。研究表明，风电渗透率每提高10%，系统碳排放强度可下降8%-12%。
- 经济性平衡：在低碳目标下，需权衡减排成本与运行成本。例如，抽水蓄能机组利用率提升可能增加调度成本，但可降低碳排放强度。
- 关键技术
- 碳交易机制：基于阶梯碳价模型，将碳排放成本纳入目标函数，激励低碳机组优先调度。
- 需求侧响应：构建负荷侧碳势模型，通过电价信号引导用户错峰用电，降低高峰时段煤电依赖。
- 多能互补：整合风-光-储-热联合调度，利用电转气（P2G）技术将弃风电量转化为氢能，提升系统灵活性。
- 优化模型
- 双层调度模型：上层优化机组出力与备用容量，下层通过碳排放流理论计算节点碳势，实现源荷碳势耦合。
- 多目标优化：采用NSGA-II算法求解经济性与低碳性帕累托前沿，结合最大满意度法确定最优解。
四、调度优化模型与技术进展
- 鲁棒优化
- 两阶段模型：第一阶段确定机组启停计划，第二阶段针对最恶劣场景调整出力，兼顾经济性与鲁棒性。例如，基于CCG算法的配电网调度可降低弃风率15%以上。
- 保守性控制：通过概率不等式或模糊集理论缩小不确定性集合范围，减少过度保守的调度决策。
- 随机优化
- 场景生成：采用Copula函数描述风-光-荷相关性，生成兼顾时序与空间特征的典型场景。
- 风险度量：引入CVaR（条件风险价值）约束，量化极端场景下的经济损失，提升调度方案的容灾能力。
- 人工智能应用
- 深度强化学习：构建混合时间尺度调度框架，通过Q-learning优化多能源协同策略，相比传统方法降低运行成本13.5%。
- 生成对抗网络（GAN） ：用于生成高保真风光出力场景，解决历史数据不足问题。
五、未来研究方向
- 多能互补系统：探索氢储能、核能等与风电的协同机制，提升系统低碳性与可靠性。
- 高维不确定性建模：发展基于张量分解的降维技术，解决“维数灾”问题。
- 市场机制设计：结合绿证交易与辅助服务市场，激励负荷侧参与调峰。
- 数字孪生技术：构建虚实交互的调度仿真平台，实现实时优化与风险预警。
总结
含风电电力系统的低碳调度需在源荷双侧不确定性建模、多时间尺度优化、市场机制设计等方面协同创新。通过鲁棒优化与随机规划的结合，辅以人工智能技术，可有效平衡经济性与低碳性目标，推动电力系统向高比例可再生能源转型。未来研究应进一步关注多能流耦合、数据驱动建模及政策-技术协同优化，为实现“双碳”目标提供支撑。
📚2 运行结果
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两条曲线完全重合，说明采用非线性化约束得到的结果没有问题
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部分代码：
%% 决策变量PG = sdpvar(ngen, Horizon);%火电PH = sdpvar(1, Horizon);%水电x_P_ch = sdpvar(1, Horizon);%充电x_P_dis = sdpvar(1, Horizon);%放电x_P_w = sdpvar(1, Horizon);%风电x_P_v = sdpvar(1, Horizon);%水电x_u_ch = binvar(1, Horizon);%充电状态x_u_dis = binvar(1, Horizon);%放电状态OnOff = binvar(ngen,Horizon);%火电机组状态lin = sdpvar(1, Horizon);%目标3中间变量%P的平方线性化参数gn=5;x_pf=sdpvar(ngen, Horizon);gw1=sdpvar(gn+1,Horizon);gw2=sdpvar(gn+1,Horizon);gw3=sdpvar(gn+1,Horizon);gw4=sdpvar(gn+1,Horizon);gw5=sdpvar(gn+1,Horizon);gw6=sdpvar(gn+1,Horizon);gz1=binvar(gn, Horizon);gz2=binvar(gn, Horizon);gz3=binvar(gn, Horizon);gz4=binvar(gn, Horizon);gz5=binvar(gn, Horizon);%模型构建%% 约束条件生成cons = [];%火电机组 cons_gen = getConsGen1(PG,Pgmax,Pgmin,rud, Horizon,OnOff,On_min,Off_min); cons = [cons, cons_gen];%水电机组cons = [cons, repmat(Phmin,1,Horizon)<=PH<=repmat(Phmax,1,Horizon)];%储能约束 cons_ees = getConsEES(x_P_ch, x_P_dis, x_u_ch, x_u_dis, EESmax, EESmin, capmax, Horizon,theta); cons = [cons, cons_ees];%新能源出力约束cons = [cons,0 <= x_P_w <=pw, 0 <= x_P_v <=pv];
🎉3 参考文献
文章中一些内容引自网
