考虑风电不确定性的综合能源系统可用输电能力计算方法研究

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近年来,随着综合能源系统(Integrated energy system,IES)中电/气/热网络之间的耦合程度的加深,使得IES的运行工况更加复杂,对其安全性的评估也具有更大的挑战。可用输电能力(Available transmission capacity,ATC)作为传统电力系统中评估系统安全性和指导系统最优调度等方面的重要的指标,同样适用于综合能源系统。在此背景下,本文在传统电力系统的ATC研究基础上,考虑IES的所有基本运行约束(包括电压幅值约束,热稳定约束,气压约束,气体传输约束和温度约束),并将其概念、分析方法和应用策略扩展到IES中,实现了IES中ATC的评估。本文完成的工作内容如下:1)分析了IES中电/气/热网之间的能量转化关系,并建立了IES中电/气/热网及耦合元件(燃气轮机和热电联产机组)的静态数学模型,同时将IES天然气网中非线性且非凸的约束转化为旋转二阶锥形式。2)阐述了IES中ATC的相关概念以及研究策略,基于最优多能量流(Optimal energy flow,OEF)法建立了以区域间传输能力最大为目标函数的优化模型,用以评估IES中确定性ATC。该模型充分考虑了电/气/热网之间的相互联系对IES中ATC的影响,分析了气网及热网在ATC研究过程中的重要作用。以IES E5-G7-H6测试系统为例,应用所提确定性ATC评估方法计算出区域间的输电能力,验证所提方法的有效性。进一步通过IES E118-G96-H(6+32)测试系统证明了所提方法的在评估IES中区域间ATC的实用性。3)简述了计及风电不确定性在ATC研究中的重要影响,提出了一种基于区间优化的模型用以对含风电不确定性IES的ATC评估。根据区间的转化方法,将该区间ATC评估模型等效转化为乐观模型和悲观模型。由于乐观模型易于直接求解而悲观模型无法进行求解,需对悲观模型进一步的数学转化。首先,通过对偶理论将原悲观模型的max-min问题转化为max-max问题。其次,采用big-M法消除模型中的不确定因素,实现悲观模型的求解,进而确定出区间ATC的范围。最后,将所提方法应用到IES E5-G7-H6测试系统和IES E118-G96-H(6+32)测试系统上,相关结果验证了其有效性。
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