考虑全场景可行性及非预期条件的多节点可再生能源电站容量规划及最优消纳研究

In our country, many wind/photovoltaic power plants have been constructed while curtailment of the renewable energy is becoming increasingly serious in recent years. Based on a detailed analysis of the state-of-the-art of the research status all over the world, we have found two different while closely related important reasons for curtailment of renewable energy: the inappropriate method for planning of renewable energy power plants and the inappropriate method for short-term power systems’ generation scheduling. They are all resulted from the inappropriate formulations and solution methods for a series of stochastic mixed integer programming problems related with planning and scheduling of renewable energy power plants. In fact, all-scenario-feasibility and nonanticipativity of the decisions are not considered or well addressed in the current formulations and methods. In this project, a method for obtaining the optimal accommodation of renewable energy in short-term power systems’ generation scheduling will be established and a method for optimal sizing of multi renewable energy power plants with consideration of all-scenario-feasibility and nonanticipativity will also be proposed.

我国可再生新能源电站建设存在严重的“边建边弃”现象，基于对国内外相关领域研究现状的分析，我们发现导致大规模弃风、弃光的主要技术原因涉及两个既有区别又有密切联系的方面：可再生能源电站及电网建设规划层面的不合理(未考虑关键的实际运行约束，导致估算的可经济消纳量与实际运行时的可经济消纳量可能有较大偏差)、电力系统运行调度层面的不合理(未考虑随机规划中的全场景可行性和非预期条件)。而这两方面的不合理，都是由于在规划及调度运行阶段存在一组复杂的随机混合整数规划问题没有恰当建模和求解，特别是其中的全场景可行性、非预期约束条件未得到正确考虑。本项目将建立能满足全场景可行性和非预期条件的含多节点可再生新能源电站的新能源电力最优消纳方法，并进而提出多节点可再生新能源电站容量规划新方法。

随着能源安全、环境安全等问题的日益凸现，大力发展可再生新能源已成为许多国家推进能源转型的核心内容和重要途径。但是在建设新能源电站过程中，存在严重的“边建边弃”现象，该问题主要由两个技术原因导致：一是可再生能源电站及电网建设规划过程中未考虑关键的实际运行约束，导致估算的可经济消纳量与实际不相符；二是在考虑电力系统运行调度过程中未考虑随机规划中的全场景可行性和非预期条件，建模的系统调度约束与实际运行过程不相符，从而导致估算偏差。这两个主要技术问题的本质难点均是如何在规划及调度运行阶段恰当建模和求解一组复杂的随机混合整数规划问题。. 一方面，目前对于新能源消纳能力评估及电站容量规划的研究侧重于基于可再生能源系统本身物理特性和规律，较少考虑电网层面的消纳能力，电网日常调度运行层面的全场景可行性及非预期性尚未被恰当考虑。另一方面，目前对于含多节点可再生新能源电站的电力系统经济调度的研究还存在不足，未能恰当考虑含随机因素的电力系统调度多阶段过程。. 本项目致力于研究考虑全场景可行性及非预期条件的多节点可再生能源电站容量规划及最优消纳方法，以克服现有方法的缺陷。主要研究内容包括：随机量可变不确定集模型、不确定集预算约束的处理方法、关键场景和非预期条件的构造技术、考虑实际运行约束的可再生新能源电站容量规划方法与快速求解算法等。经过四年的研究，取得了若干重要成果。目前已发表的成果主要包括：建立了弃风、弃光、不确定负荷等在调度模型中的可变不确定集的准确数学模型；提出了高维不确定集下为确保全场景可行性的关键场景的构造方法以及可变不确定集下的强非预期条件构造方法；建立了保证实际运行时全场景可行性及非预期条件的可再生新能源电站容量规划方法；提出了长时间尺度下小时级调度问题的快速求解算法。以上成果圆满完成了项目计划中的各项任务，部分成果已得到应用。