含高比例间歇性能源的交直流混合微网双重不确定优化运行

与传统电网相比，微网具有供电可靠性高、环境友好等优点，能有效弥补集中式发电、高压大功率传输存在的不足，是未来负荷和分布式电源的主要接入方式。在多种形式的微网中，交直流混合微网因兼具交流微网和直流微网的优势，是一种具有广阔前景的微网结构，如图1所示。随着间歇性能源接入规模的增加，微网对电力系统带来的影响日益增大。制定准确的日前调度计划并上报大电网调度部门，运行中尽量减少因间歇性能源出力波动引起的不平衡功率发生，是降低高比例间歇性能源给大电网稳定运行带来扰动的有效措施。

电动汽车作为一种节能、“零排放”的新能源汽车，能够有效减少温室气体排放，减轻环境污染，是现阶段交通低碳化发展的重要实现途径之一。电动汽车以其节能减排的优势，成为了汽车发展的新形式，在世界范围内快速发展。然而，风电、光伏等间歇性可再生能源的大规模引入，以及电动汽车等新型负荷的不断渗透，给电力系统的静态电压稳定产生了深刻的影响。电动汽车通过基于电力电子接口的充电桩并网充电，能够以充电和放电的形式参与系统的优化调控，为智能电网环境下系统静态电压稳定性的提高提供了一种优选预防控制手段。

1 针对含高比例间歇性能源的不确定性该如何优化?

传统的微网优化运行方法通常将间歇性能源出力当作一种取值为负的负荷进行优化调度。然而在含高比例间歇性能源的交直流混合微网中，忽略其不确定性会导致运行的稳定与安全。针对间歇性能源的不确定性常见的优化方法有鲁棒优化、随机优化和模糊优化。其中，鲁棒优化、随机优化和模糊优化从不同角度对不确定性进行分析，将风险与收益进行平衡。然而复杂决策系统通常是多种不确定因素的集合体，从多个不确定性角度分析将更加客观。

2 如何保证含高密度间歇性能源的交直流混合微网稳定运行?

通过建立计及模糊、随机双重不确定性的日前优化模型与不平衡功率实时调整模型，在日前确定初步调度方案，在实时阶段根据风光出力的偏差量确定日期调度方案的修正值，从而产生具有较高准确性的微电网调度指令，保证微网的稳定运行。在日前调度阶段，首先计及间歇性能源的双重不确定性、以综合运行成本最小为目标，建立计及模糊性和随机性的优化模型。然后，在日内实时调度阶段，为降低不确定影响，对风光出力偏差进行二次调度，即建立以运行成本增量最小为目标的优化模型。最后，调度指令即为日前优化值与实时调整值之和。

3 何为双重不确定性?如何构建双重不确定优化模型?

现有的不确定优化运行研究大多仅考虑间歇性能源出力的随机性，难以避免风机、光伏实际出力与预测值之间误差较为明显，日前调度方案与实际最优方案偏差较大等问题。光伏、风电等间歇性能源出力预测通常是基于气象预测的，而气象站对天气现象的预测本身具有一定的模糊性，例如多云、小雨等，因此将基于气象预测的间歇性能源出力当作模糊随机变量建立调度模型将更加合理。

本文将交直流混合微网中光伏及风力发电功率处理为模糊随机模型，其中风、光发电预测为基于风速、光照强度预测及概率分布的随机变量，随机变量与实际出力之间的误差处理为模糊变量。基于双重不确定理论，建立了以最小化运行成本为目标的模糊随机期望值模型，其中运行成本包括交流区运行成本和直流区运行成本。同时，为提高优化调度的时效性，以消纳可再生能源预测偏差带来的不平衡功率，建立了实时调整模型，以此修正日前调度方案，达到多时间尺度配合降低不确定性的目的。

4 双重不确定模型如何求解?

由于优化模型为包含不确定变量，常规算法难以直接求解。为此，本文提出模糊随机交替方向乘子法求解优化模型，其中交替方向乘子法(ADMM)算法因具有分布式计算的特点，可用来处理大规模优化问题，在电力系统优化计算中具有明显优势。本文提出的优化算法主要包括三个步骤：1)通过大量模糊模拟和随机模拟产生不确定变量的修正值;2)将修正值代入优化模型，将不确定模型转化为确定性模型;3)采用ADMM算法迭代计算，由于优化目标由交流区成本和直流区成本两部分组成，且约束条件包含等式约束，适宜采用ADMM算法。

本文采用双重不确定模型与实时调整模型对仿真算例进行调度，其中双重不确定模型用于日前调度，实时调整模型将日前调度方案与风光实际出力的偏差进行实时调整，保证实时调度的经济性。

5 双重不确定模型及算法的优化效果

为验证双重不确定优化模型及算法的有效性，依托相关示范工程数据，对一个包含光伏、风机、储能、柴油发电机的并网型微网进行仿真验证，同时与确定性模型以及仅考虑单一随机不确定性的两种优化方法进行对比。储能设备以及柴油发电机的日前调度及实时调整功率如图2和图3所示。其中，连续曲线为日前优化模型调度方案，柱形线为实时调整功率值。可见，在日前优化调度中采用模糊随机优化模型后，日内的实时调整值普遍较低，优于确定性模型和随机优化模型。因此，通过模糊随机双重不确定模型，可以降低交直流混合微网间歇性能源带来的波动。

作者介绍

李鹏：博士，华北电力大学电气与电子工程学院教授，博士生导师。主要研究方向为分布式发电、微网技术、电能质量分析及控制、电力电子技术应用等。

韩鹏飞：华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生。主要研究方向为含新能源的主动配电网优化运行。

何帅：华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生。主要研究方向为分布式发电与微网技术。

王枭枭：华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生。主要研究方向为分布式发电与微网技术。