基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度_汪春.pdf

新型电力系统DOI:10.15961/j.jsuese.202200787基于CVaR的高比例光伏区域综合能源系统优化调度汪春1,2，孙靖鸿3，徐青山1，戈婧宇3(1.东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096；2.中国电力科学研究院有限公司，江苏 南京 210003；3.河海大学 能源与电气学院，江苏 南京 211100)摘要：在“双碳”目标的驱动下，以光伏为代表的分布式能源正大规模接入配电系统与配气系统，二者间的耦合也更加紧密，为低碳可持续能源系统的构建带来了新的机遇，然而，由于分布式能源的随机性，其不可避免地造成了两个系统间潜在的运行风险。基于此，本文提出了一种高比例光伏渗透率下区域综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，在高光伏渗透率的前提下，建立了考虑储能设备的电气区域综合能源系统日前调度模型，利用二阶锥松弛将模型线性化。其次，基于CVaR风险评估模型的理论基础，建立并简化了损失函数。接着，在实时调度过程中考虑CVaR风险评估模型，建立了考虑CVaR风险评估的区域综合能源系统实时调度模型，以平衡不同风险态度下新能源不确定性导致的风险成本。最后，将上述两个模型合并，建立区域综合能源系统日前实时多时间尺度调度模型，分析区域电力系统与区域天然气系统之间的相互作用与能量流动。算例分析中，设计了不同的负荷强度方案对模型进行验证，分析了不同方案下系统购电量与不同设备运行参数的变化。结果表明，所提模型可以有效缓解因新能源随机波动带来的运行风险，同时考虑耦合设备的运行调控能够促进区域综合能源系统的耦合运行并取得良好的经济效益。关键词：分布式能源；储能；高比例光伏；多时间尺度；CVaR中图分类号：TM73文献标志码：A文章编号：2096-3246（2023）02-0097-10Optimal Scheduling Based on the CVaR Method for Regional Integrated Energy System withHigh Proportion PhotovoltaicWANG Chun1,2，SUN Jinghong3，XU Qingshan1，GE Jingyu3(1.School of Electrical Eng.,Southeast Univ.,Nanjing 210096,China;2.China Electric Power Research Inst.,Nanjing 210003,China;3.College of Energy and Electrical Eng.,Hohai Univ.,Nanjing 211100,China)Abstract:Driven by the goal of“double carbon”,the distributed energy sources represented by the photovoltaic(PV),is being integrated into thedistribution power system and the distribution gas system on a large scale.The coupling between the two systems also has become closer,whichbrings new opportunities for the construction of low-carbon sustainable energy systems.However,the stochastic nature of distributed energysources inevitably creates potential operational risks between the two systems.Based on this,this paper proposed a multi-timescale optimalscheduling model for regional integrated energy systems with high proportional PV penetration.Firstly,a day-ahead scheduling model of the elec-tricity-gas integrated regional energy system considering energy storage devices was established under the premise of high PV penetration.Themodel was linearized by using the second-order-cone relaxation.Secondly,based on the theoretical basis of the CVaR risk assessment model,theloss function was established and simplified.Thirdly,the CVaR risk assessment model was considered in the real-time scheduling process.Thereal-time scheduling model of the regional integrated energy system considering the CVaR risk assessment was established to balance the risk costcaused by the renewable energy uncertainty under different risk attitudes.Finally,the two aforementioned models were combined.Thus the re-收稿日期:2022 07 29基金项目:国家自然科学基金重点项目（51936003）作者简介:汪春（1983），男，教授级高级工程师，博士.研究方向:分布式发电；综合能源.E-mail：网络出版时间:2023 03 03 17:02:31 网络出版地址:https:/ http:/http:/ 第 55 卷 第 2 期工 程 科 学 与 技 术Vol.55 No.22023 年 3 月ADVANCED ENGINEERING SCIENCESMar.2023gional integrated energy system day-ahead-real-time multi-timescale scheduling model was established to analyze the interaction and energy flowbetween the regional power system and the regional gas system.The model was validated by different load intensity scenarios in the case analysis.The changes of system power purchase and different parameters of equipment operations under different scenarios were also analyzed.The res-ults show that the proposed model can effectively mitigate the operational risks caused by the random fluctuations of new energy sources.At thesame time,the operational regulation of the coupled equipment can promote the coupled operation of the regional integrated energy system andachieve good economic benefits.Key words:distributed energy sources;energy storage;high proportion photovoltaic;multi-timescale;conditional value at risk(CVaR)近年来，配电系统与配气系统不断快速发展，随着多能流耦合设备的渗透，两种不同能流的配网系统之间的耦合更加紧密，在这种发展趋势下，逐渐形成了配电系统与配气系统互联的区域综合能源系统1。“双碳”背景下，分布式光伏、储能大规模接入配网系统，区域综合能源系统通过建立各种电气和其他能流组件之间的联系，如可再生能源、储能元件和热电联产装置，为目前“双碳”发展提供灵活性支撑。然而，由于风电、光伏等可再生能源作为电网出力存在一定不确定性，不仅给电力系统带来不小程度的影响，同时子能源系统之间的深度耦合，间歇性新能源的不确定性也会通过耦合装置（如热电联产装置）传播到天然气系统，给天然气系统的安全运行带来挑战2。当前围绕区域综合能源系统多能协同开展了相关研究。邱革非等3针对源、荷不确定性问题，引入模糊隶属度参数方法，建立了电气互联综合能源模糊优化调度模型。赵曰浩等4针对天然气系统目前存在的流量波动性大等问题，考虑供气约束，并引入数据驱动的机会约束规划，建立了电气互联系统优化调度模型，保障了系统可靠经济运行。高晗等5针对风电出力的不确定性，建立了考虑电转气设备的电气互联系统协同优化调度模型，其结果验证了该模型的可靠性与经济性。Mao等6提出了一种多能源系统的双层协同运行策略，实现了负荷转移，并在“源荷”不平衡功率波动的情况下增强了能源需求的灵活性。Asl等7提出了一种用于区域综合能源系统协同运行的两级分布式能源调度框架，并研究了其对多区域能源系统优化运行的影响。陈胜等8针对目前能源系统转型趋势，综述了“双碳”背景下的多能流协同技术，并指出了转型所面临的核心挑战。针对计及新能源出力不确定性的区域综合能源系统协同调度问题，Lv等9建立了一种考虑综合需求响应的区域综合能源系统优化调度模型，增强了区域综合能源系统的灵活调节能力，减少了系统的能量损失，提高了系统的风电消纳能力。Yan等10建立了一种三级两阶段区域综合能源系统鲁棒优化模型，以适应极端天气引起的天然气和发电及输送系统的随机中断。Qi等11提出了一种多区域综合电力和天然气系统的分散决策策略，在机会约束规划框架下解决了与可变风力发电和太阳能发电扩散相关的不确定性以及负荷预测误差。Gao等12建立了一种电力/燃气/热能综合系统优化调度模型，该模型考虑了剩余风能与电转气设备的有效利用。曾贤强等13引入多元宇宙算法，利用区间线性规划建立了双层优化模型，以应对风光出力、光热电站带来的不确定性挑战。刘书琪等14提出了一种考虑储能的区域综合能源双层优化模型，为了保障系统安全经济运行，考虑了合理的负荷裕度。陈维荣等15为了解决可再生能源的弃风弃光问题，建立了一种两阶段区域综合能源系统优化模型，同时考虑电转气（power-to-gas，P2G）装置与需求响应方法，实现了新能源的高效消纳。白宏坤等16建立了包括蓄热锅炉在内的不同多能流设备，同时考虑电、气、热多负荷综合需求响应，实现了系统的经济运行与能源的高效利用。张涛等17利用区域综合能源系统柔性特征，建立了考虑运行成本、碳排放量、能源利用效率的多目标优化调度模型，并利用非支配排序遗传算法进行求解。崔杨等18建立了电动汽车与地源热泵协同模型，通过源侧引入地源热泵，荷侧考虑电动汽车，促进了风电的有效消纳。郭尊等19针对风电出力的恶劣场景，提出了区域综合能源系统两阶段