一种应对可再生能源不确定性的火储协调规划方法

本发明涉及储能配置，更具体地，涉及一种应对可再生能源不确定性的火储协调规划方法。

背景技术：

1、由于可再生能源的波动往往幅度较大、形态多样且难以事先预测，仅靠调度策略和运行方式的调整难以应对可再生能源出力极端场景的冲击。因此，应在系统规划阶段对可再生能源出力的极端场景予以考虑，配置适量的灵活性资源来应对极端场景的冲击，当前较为成熟的是利用电化学储能等储能装置对电能进行时间上的平移，与可再生能源的波动形成对冲。火电机组作为可靠的调控电源也能为系统灵活性提供调节空间，但其受本身强迫出力的限制，火电机组的开机容量将影响到其所能提供的灵活性。传统上针对保供目标指定的火电机组开机容量提供的下调灵活性不足，难以适应极高比例系统中双向上的灵活性需求，无法应对可再生能源不确定性带来的源侧波动。在规划过程中同时考虑火电机组容量以及储能装置容量，进行火-储联合配置。

2、当前针对可再生能源不确定性的电源规划、储能装置开展了广泛研究，主要分为随机规划、鲁棒规划以及多场景方法等。随机规划主要以概率分布的形式描述可再生能源的波动性，文献[刘帅,王明强,丁天池,等.考虑净负荷最佳可接纳域的主动配电网电源规划[j].电网技术,2023,47(06):2239-2254.]以概率分布的形式描述净负荷的不确定性，根据可接纳域的概念将节点净负荷的不确定性纳入到优化范围。文献[zhe li,studentmember,ieee,et al.probability-interval-based optimal planning of integratedenergy system with uncertain wind power[z]:1-10.]通过概率区间在形式考虑风电不确定性的影响，并引入cvar成本进行评估。文献[黄淼,陈鑫,文旭,等.计及市场风险的含电动汽车风光互补微电网随机规划调度模型[j].电网技术,2020,44(08):2883-2890.]在电力市场的背景下考虑源、荷以及市场因素三种不确定性，采用内嵌蒙特卡洛随机模拟的启发式算法求解其中的概率约束。以随机变量的分布函数主导的随机规划方法其精确性在很大程度上受到分布模型的影响，而风、光等不确定性电源的波动形式尚未有较准确的建模。另外由历史数据或蒙特卡洛法生成的场景中提取分布函数破坏了可再生能源出力随机性在时序特征。

3、鲁棒优化方法是将风、光的不确定性建模为不确定集，考虑在最恶劣情况下的最优结果。文献[dundun liu,shenxi zhang,haozhong cheng,et al.accommodatinguncertain wind power investment and coal-fired unit retirement by robustenergy storage system planning[j].csee journal of power and energy systems,2020:1-10.]采用储能装置弥补风电未来投资不确定性以及火电机组退役对系统旋转备用造成的压力，建立了一种三层的储能鲁棒规划模型。文献[符杨,刘智彬,刘璐洁,等.基于主从博弈的海上风电接入系统鲁棒规划[j].电力系统自动化,2023,47(16):54-65.]在鲁棒优化中引入主从博弈的思想采用椭球不确定集处理海上风电系统的发电不确定性。文献[刘思夷,赵波,汪湘晋,等.基于benders分解的独立型微电网鲁棒优化容量配置模型[j].电力系统自动化,2017.]根据历史信息将预测值限定在一定范围内波动，该范围由系统不确定性强度限制。文献[葛玉友,尚策.寿命约束的储能规划[j].中国电机工程学报,2020,40(19):6150-6161.]在规划中考虑电化学储能装置的寿命约束，避免了规划工作中储能规划结果过于乐观的问题，但对不确定性的考虑仅限于负荷侧。鲁棒规划的方法在很大程度上保证了系统供电的安全性，但其基于最恶劣场景出发的优化思想也使规划结果偏保守，在经济性上做了较大牺牲。

4、此外，传统上场景分析法也被广泛应用在电力系统的不确定规划工作中。文献[许彦平,白婕,施浩波,等.基于凸包算法的极端运行方式提取方法[j].中国电力:1-9.]采用凸包算法提取出模拟运行中的极端场景，从多个维度刻画出可再生能源出力不确定性对系统生产运行造成的影响。文献[史昭娣,黄越辉,李湃,等.计及深度信念网络场景生成的风/光/储协同优化规划方法[j].电网技术,2023,47(04):1331-1342.]采用深度信念网络生成具有时序特征的新能源出力场景，其构建的风/光/储系统协同规划模型能够较好考虑到可再生能源在长时间上的时序特征。文献[王睿琪,薛熙臻,黄阮明,等.面向新能源波动平抑的储能多参数等价折算配置方法[j].电网技术:1-12.]从平抑可再生能源波动的角度分析了多种储能性能及成本参数的折算方法，为平抑风、光波动的储能配置与选型提供指导。文献[杨修宇,刘沛烨,孙勇,等.考虑灵活性需求演化规律的灵活性资源动态规划方法[j].电力建设,2023.]从日、年两个时间尺度分析了灵活性需求与可再生能源渗透率之间的关系，采用动态规划方法构建了多阶段灵活性资源优化配置模型，模型中兼顾了火电机组灵活性改造和电化学储能装置对系统灵活性的改善作用。文献[姜海洋,杜尔顺,金晨,等.高比例清洁能源并网的跨国互联电力系统多时间尺度储能容量优化规划[j].中国电机工程学报,2021,41(06):2101-2115.]通过多种不同时间尺度的储能资源应对可再生能源对系统运行的冲击，为未来实现100％清洁能源系统提供了思路。上述方法，大多以单一负荷匹配单一可再生能源。随着可再生能源渗透率逐步升高，电力系统将面临稳定负荷对应不确定电源的问题，负荷与可再生能源的“一对一”关系难以应对可再生能源的多重不确定性。

5、经研究发现，当前大多数研究集中于随机规划和鲁棒规划两个方面。其中随机规划需要取得随机变量的pdf或cdf函数，以此来表征随机变量的不确定性。然而当前尚未提出能够准确刻画可再生能源波动的分布模型，且以函数形式得出的预测结果难以融入到目前广泛采用的规划方法中。鲁棒规划通常考虑最恶劣情况下的最优结果，这导致鲁棒规划得出的结果往往趋于保守，过多灵活性资源的冗余配置，造成了资源的利用率较低。鲁棒规划中采取不确定集的方式对可再生能源的不确定性进行描述，其仅限定了一定的波动范围，并未对系统运行的极端场景进行具体刻画。

6、经过上述分析，现有技术中存在的问题如下：

7、(1)场景刻画模糊。随机规划中采用概率分布的形式描述可再生能源的波动，但当前多种分布模型并存，并未有一种模型能准确表征可再生能源的波动；鲁棒规划中依据可再生能源的波动范围建立不确定集，并未直接刻画极端场景。

8、(2)计算困难。随机规划方法采用的函数形式，难以融入常规采用的电力系统规划方法。鲁棒规划中大量的整数变量将极大程度上减慢求解速度。

9、(3)经济效益难以保证。鲁棒规划追求最恶劣状况下的最优解，这导致通过该方法得出的规划方案往往偏于保守，易造成资源的冗余配置导致资源浪费。

技术实现思路

1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种应对可再生能源不确定性的火储协调规划方法，以达到如下至少一个目的：

2、(1)解决场景刻画模糊的问题。本发明采用历史实测数据进行场景的刻画与筛选，将其分类为大概率发生的常规运行场景以及小概率发生的极端场景。并对极端场景进行了具体刻画，每一类极端场景都对应着系统实际运行过程中的灵活性需求，如可再生能源极端出力场景，系统极端爬坡场景等。

3、(2)解决计算困难的问题。本发明采用基于场景的规划方法能较好地与当前采用典型场景的系统规划方法相融合。采用熵权法确定的火电机组的开机容量具有较快的计算速度。

4、(3)解决经济效益难以保证的问题。本发明通过熵权法选取火电机组容量，旨在客观评价某一开机方案在各种场景下的综合表现，本发明所得方案能够全面应对多种不确定性场景，保证规划方案不至于偏向某一特定场景导致系统运行时经济性不佳。

5、本发明提供一种应对可再生能源不确定性的火储协调规划方法，所述方法包括：

6、基于历史数据，构建系统的运行场景集，所述运行场景集包括常规运行场景和极端场景，所述极端场景包括极端爬坡场景、可再生能源极高出力场景、可再生能源极低出力场景；

7、根据各场景中净负荷最大值，确定各场景对应的初始开机方案；

8、基于所述初始开机方案进行生产模拟，得出各初始开机方案对应的系统灵活性失衡情况，所述系统灵活性失衡情况通过灵活性指标进行评价，所述灵活性指标包括上调灵活性容量不足期望、下调灵活性容量不足期望、上调灵活性爬坡不足期望、下调灵活性爬坡不足期望、上调灵活性容量不足小时数期望、下调灵活性容量不足小时数期望、上调灵活性爬坡不足小时数期望以及下调灵活性爬坡不足小时数期望；

9、基于熵权法计算各灵活性指标的信息熵以及权重，得出各个初始开机方案的评分，根据各个初始开机方案的评分确定综合开机方案；

10、确定火电机组容量，根据综合开机方案配置对应的储能参数，所述储能参数包括储能容量和功率的初值；

11、根据确定的综合开机方案以及储能参数计算建设成本，响应于确定的综合开机方案以及储能参数进行生产模拟，计算系统的期望运行成本，以所述建设成本和系统的期望运行成本之和作为系统运行总成本；

12、确定最优成本，判断所述系统运行总成本是否低于所述最优成本：

13、在所述系统运行总成本不低于所述目标成本的情况下，更新储能参数以得到新的综合开机方案，根据更新后的储能参数以及新的综合开机方案更新系统运行总成本；

14、在所述系统运行总成本低于所述目标成本的情况下，以当前系统运行总成本所对应的综合开机方案及储能参数作为最优规划方案。

15、本发明至少具有以下有益效果：

16、1)本发明针对于在系统规划层面应付系统运行中面临的可再生能源发电不确定性以及小概率极端场景的问题，通过历史数据构建运行场景集，保障了所得场景的有效性，即场景集中均为有可能发生的现实场景。依据系统运行的面临的实际需求构建的极端场景，能够保证每类极端场景均能对应系统运行中在调节容量或调节速率方面的需求，能够准确刻画系统运行中可能遇到的极端场景冲击。

17、2)本发明采用熵权理论确定火电机组的综合开机方案，进行应对可再生能源不确定性的火储协调规划。熵权法作为完全客观的赋权方法能够适应波动较强的输入数据。并且，由于综合考虑了不同性质的灵活性需求指标，通过本发明方法得出的开机方案能够综合应对不同场景造成的冲击，全方面应对可再生能源发电不确定性对系统运行带来的挑战。