本發(fā)明涉及近海海島電力系統(tǒng)運行優(yōu)化，尤其是涉及一種計及風光不確定性的海島電網(wǎng)多時間尺度低碳運行方法。

背景技術(shù)：

1、國際能源署光伏電力系統(tǒng)計劃(iea-pvps)在最新的光伏應(yīng)用趨勢報告中指出，2023年，全球光伏新增容量顯著增長，市場創(chuàng)下新增年度容量235.8吉瓦的新記錄，中國對新增容量的貢獻最大，占了45％。而全球風能理事會在《全球風能報告2023》指出，全球年新增風電裝機容量達到78吉瓦，總裝機容量增至906吉瓦，同比增長達9％，上述數(shù)據(jù)顯示，可再生能源在全球能源供應(yīng)中的比例持續(xù)增長。

2、近海海島電力系統(tǒng)作為一種解決偏遠地區(qū)電力供應(yīng)問題的方案，依賴于風能和太陽能等可再生能源。然而，這些能源的產(chǎn)能波動帶來了運行上的挑戰(zhàn)，需要精確的預(yù)測和靈活的調(diào)度策略來確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和高效。在全球碳減排的大背景下，低碳優(yōu)化運行成為近海海島電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

3、然而，當前的電網(wǎng)調(diào)度方案少有考慮能源出力的不確定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種計及風光不確定性的海島電網(wǎng)多時間尺度低碳運行方法，以充分計及調(diào)度過程中可再生能源的出力不確定性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供了一種計及風光不確定性的海島電網(wǎng)多時間尺度低碳運行方法，包括如下步驟：

4、針對島嶼的風力發(fā)電、光伏發(fā)電、混合電解水制氫、氫儲能、鋰電池儲能、超級電容和海島負荷進行建模，實現(xiàn)近海海島電力系統(tǒng)模型的構(gòu)建；

5、基于盒式約束和對攝動量的1-范數(shù)約束，實現(xiàn)所述風力發(fā)電、光伏發(fā)電和海島負荷的不確定性的建模；

6、以最小化日前調(diào)度成本函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，計算優(yōu)化后的堿性電解槽功率、質(zhì)子交換膜電解槽運行功率、儲能設(shè)備運行功率和電網(wǎng)購電功率，實現(xiàn)日前階段海島電力系統(tǒng)在大時間尺度上的調(diào)度；

7、以最小化日內(nèi)新能源與負荷波動函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，計算優(yōu)化后的堿性電解水制氫設(shè)備調(diào)整功率、質(zhì)子交換膜電解槽調(diào)整功率、鋰電池儲能設(shè)備調(diào)整功率和超級電容充放電功率，實現(xiàn)日內(nèi)階段海島電力系統(tǒng)在小時間尺度上的調(diào)度修正。

8、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的風力發(fā)電、光伏發(fā)電和海島負荷的不確定性建模為：

9、

10、其中，u為不確定集合；u為不確定變量矩陣；ppv,t為t時刻光伏發(fā)電出力實際值；為t時刻光伏發(fā)電出力預(yù)測值；bpv,t為t時段光伏發(fā)電出力取得邊界值的二進制狀態(tài)系數(shù)，取值為1時，取到該時段的邊界值；為t時刻光伏發(fā)電出力最大波動量；pwt,t為t時刻風力發(fā)電出力實際值；為t時刻風力發(fā)電出力預(yù)測值；bwt,t為t時段風力發(fā)電出力取得邊界值的二進制狀態(tài)系數(shù)，取值為1時，取到該時段的邊界值；為t時刻風力發(fā)電出力最大波動量；pload,t為t時刻負荷實際值；為t時刻負荷預(yù)測值；bload,t為t時段負荷取得邊界值的二進制狀態(tài)系數(shù)，取值為1時，取到該時段的邊界值；為t時刻負荷最大波動量；γpv為光伏發(fā)電不確定性的調(diào)節(jié)參數(shù)；γwt為風力發(fā)電不確定性的調(diào)節(jié)參數(shù)；γload為負荷不確定性的調(diào)節(jié)參數(shù)。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的混合電解水制氫包括堿性電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽。

12、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的堿性電解槽建模為：

13、

14、所述質(zhì)子交換膜電解槽建模為：

15、

16、其中，為t時刻輸入堿性電解槽功率下限；palk,t為t時刻輸入功率，為t時刻輸入功率上限；palk,t-1為t-1時刻輸入功率；ηalk為堿性電解槽爬坡率；為t時刻輸入質(zhì)子交換膜電解槽功率下限；ppem,t為t時刻輸入功率，為t時刻輸入功率上限；ppem,t-1為t-1時刻輸入功率；ηpem為質(zhì)子交換膜電解槽爬坡率。

17、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的日前調(diào)度成本函數(shù)為：

18、c1＝calk+cpem+cbess+cbuy

19、

20、其中，c1為海島電力系統(tǒng)日前調(diào)度運行成本，即日前調(diào)度成本函數(shù)；calk為堿性電解水制氫設(shè)備運行成本；cpem為質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備運行成本；cbess為鋰電池儲能設(shè)備運行成本；cbuy為電網(wǎng)購電成本；calk為堿性電解水制氫設(shè)備運行成本系數(shù)；cpem為質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備運行成本系數(shù)；cbess為鋰電池儲能設(shè)備運行成本系數(shù)；cbuy,t為t時刻購電單價；palk,t為t時刻堿性電解水制氫設(shè)備功率；ppem,t為t時刻質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備運行功率；pbess,t為t時刻儲能設(shè)備運行功率；pbuy,t為t時刻電網(wǎng)購電功率。

21、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的新能源與負荷波動函數(shù)為：

22、c2＝δcp,l+csc,l+cwt,l+cpv,l

23、

24、其中，c2為海島電力系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)度波動成本，即新能源與負荷波動函數(shù)；δcp,l為日內(nèi)實時調(diào)度下部分設(shè)備功率調(diào)整總成本；δcsc,l為日內(nèi)實時調(diào)度下購電調(diào)整成本；cwt,l為日內(nèi)實時調(diào)度下棄風懲罰成本；cpv,l為日內(nèi)實時調(diào)度下棄光懲罰成本；cp.l為功率改變單位成本；csc,l為超級電容單位使用成本；δpalk,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻堿性電解槽調(diào)整功率；δppem,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻質(zhì)子交換膜電解槽調(diào)整功率；δpbess,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻鋰電池儲能設(shè)備調(diào)整功率；δpsc,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻購電調(diào)整功率；λwt為棄風單位懲罰成本；為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻風電出力最大值；pwt,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻風電實際調(diào)度功率；λpv為棄光單位懲罰成本；為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻光伏出力最大值；ppv,l,t為日內(nèi)實時調(diào)度下t時刻光伏實際調(diào)度功率。

25、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的超級電容建模為：

26、

27、其中，ssc,t為t時刻超級電容儲能容量；ssc,t-1為t-1時刻超級電容儲能容量；ηsc,ch為t時刻超級電容充電效率；為t時刻超級電容充電功率；為t時刻超級電容放電功率；ηsc,dis為t時刻超級電容放電效率。

28、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的運行方法還包括：

29、基于日內(nèi)階段的調(diào)度方案對日前階段的調(diào)度方案進行修正，得到最終的運行方案。

30、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的日前階段和日內(nèi)階段中，使用粒子群算法實現(xiàn)優(yōu)化。

31、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的日前階段以24小時為時間周期，1小時為單位時間尺度實現(xiàn)優(yōu)化；所述的日內(nèi)階段以6小時為時間周期，15分鐘為單位時間尺度實現(xiàn)優(yōu)化。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果之一：

33、(1)在優(yōu)化調(diào)度的過程中充分計及風光不確定性：針對近海海島傳統(tǒng)日前優(yōu)化運行精確度差的問題，本發(fā)明在風力發(fā)電和光伏發(fā)電的建模過程中，充分考慮日內(nèi)風力、光伏發(fā)電和負荷預(yù)測數(shù)據(jù)的不確定性，改善了日前優(yōu)化的準確性。

34、(2)具備較強抗波動能力：針對近海海島場景下存在的電力波動大、波動頻繁的問題，本發(fā)明一方面采用鋰電池儲能、氫儲能和超級電容聯(lián)合儲能的方案，充分利用超級電容器的高功率密度和快速充放電能力，在風電快速波動及大功率負載接入導致電壓暫降時，為電力系統(tǒng)提供瞬時功率支持，另一方面，通過在日內(nèi)調(diào)度階段中以最小化新能源與負荷波動為目標對日前計劃進行調(diào)節(jié)，進一步提高了抗波動能力。

35、(3)降低碳排放：本發(fā)明通過采用多時間尺度調(diào)度策略，基于日前和日內(nèi)多時間尺度滾動調(diào)度實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運行，進一步提升海島經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，通過優(yōu)化儲能、超級電容器和制氫設(shè)備的運行策略，最大化新能源消納，推行海島能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展。

36、(4)提高近海海盜電力系統(tǒng)的能源利用效率：本發(fā)明通過制氫設(shè)備將過剩的可再生能源轉(zhuǎn)換為氫能進行存儲出售，通過調(diào)整制氫設(shè)備的運行功率，實現(xiàn)與電力系統(tǒng)需求的動態(tài)匹配，提升系統(tǒng)的能源利用效率。