雅砻江流域风光水多能互补运行的优化调度方式研究

Yalong River is rich in water, solar and wind energy, and the total planning installed wind and solar power capacity is about 60 million kilowatts. It is of strategic significant to push the Chinese energy structure into a clean and low-carbon growth. Using the peak and frequency modulation of the cascade reservoirs with annual regulation performance, the Yalong River Basin can achieve the hydro-solar-wind multi-energy joint optimization operation considering the multi-dimensional uncertainties and competitive electricity market. The study will begin from the hydro-solar-wind multi-resources forecasting and their uncertainties analysis, thus constructing the multi-constraint and multidimensional benefit evaluation index for hydro-solar-wind multi-energy joint operation. Then Long-term and short-term hydro-solar-wind multi-energy joint optimization operation model will be built under the consideration of multi-scale and multi-dimensional uncertainties, respectively. Finally, a set of efficient solution technique will be proposed for the complex random constrained optimization problems to obtain the optimal multi-energy joint operating rule. Generally, the achievement in this study will not only improve and perfect the theory and methodology in multi-energy joint optimization operation, but also be of great practical significance for building a demonstration base for joint operation of hydro-solar-wind multi-energy in Yalong river basin.

雅砻江流域水能、风能和太阳能资源得天独厚，水电、风电和光电规划总装机容量达6000万千瓦，对我国能源结构清洁低碳发展具有战略意义。充分发挥具有年调节能力的雅砻江梯级水电站群对电力系统的调峰调频作用，研究多重不确定性和电力市场影响下流域风光水多能互补运行优化调度方式，是雅砻江清洁电力基地开发必须解决的关键难题。项目拟从流域风光水能资源预测及其不确定性分析入手，研究风光水互补运行系统的复杂耦合约束识别以及多维效益评价方法，建立考虑多重不确定性和电力市场影响的流域风光水中长期和短期优化调度模型，进而构建流域风光水多能多尺度序贯决策模式，并提出一套针对复杂随机约束优化问题的理论解析与高效求解技术，从而提炼出流域风光水多能互补运行的优化调度方式。项目成果将完善多重不确定性下多能源互补优化调度的理论与方法体系，并指导雅砻江流域风光水互补清洁能源示范基地的设计、建设和实际运行。

雅砻江流域水能、风能和太阳能资源得天独厚，水电、风电和光电规划总装机容量达6000万千瓦，对我国能源结构清洁低碳发展具有战略意义。围绕风光水能多尺度预测不确定性的耦合机制及其传递规律，提出了基于典型日筛选的风光水资源波动性及互补性定量评价方法，分析了不同典型日、不同电源比例下风光水联合出力的波动性和互补性，揭示了不同典型日风光水资源波动特性和互补程度的差异性，确定了可通过调整不同电源的发电比例来降低波动强度、提高互补程度；利用新一代高分辨率数值天气预报-WRF模式，构建了雅砻江流域风速、降水、太阳辐射等多气象要素的精细化短期预报模型，并分析了WRF模式输出变量的误差相关性；研究了受/送端电网负荷季节性、周期性以及电网潮流情况对风光水互补运行系统电力外送限制、机组开机方式的影响，构建了响应电网安全稳定运行需求的风光水互补运行系统安全运行约束域；充分考虑风光水电在不同时间尺度上经济性、稳定性差异及其互补特性，提出了同出口断面下风光水机组间出力上下限制、开机方式等多重约束的动态确立方法；建立了风光水多能互补系统容量优化配置模型，通过精准量化互补能源系统运行的风险和效益，优化了接入现有梯级水电站的风光规模和互补系统外送通道容量；考虑流域风光水中长期调度的余留蓄能动态控制，提出了基于预报数据驱动的风光水多能互补系统两阶段决策模型，以实现系统长期优化调度决策的生成和滚动更新；研究多重不确定性耦合下的风光水能短期效益与风险协同优化调度，重点探讨了电力市场背景下日前风光出力预测的不确定性对风光水多能互补系统风险和效益的综合影响；构建风光水多时间尺度协调互补调度模型，以实现精细化评价风光水多能互补发电效益，并提出了雅砻江流域风光水多能互补系统最优调度方式；解析了巨型系统复杂随机约束群耦合机制及优化问题结构化与半结构化特性，识别了高维决策变量的单调性与敏感性以及可行域动态演化机制，构建了“约束群解耦-参数降维-模型降维”三层降维技术；识别了高维解空间与多目标概率空间高效映射机制，提出了多目标概率空间响应曲面的数学描述方法，解析了多目标期望效益与风险的耦合交换关系。