基于鲁棒优化的含风电电力系统输电网规划应用研究

高蕾

摘要：随着全球经济的发展，对能源的需求增加，新能源并网装机容量也不断增加，尤其是在含风电电力系统输电网规划应用过程。为此本文在这里引入鲁棒优化方法对随机变量进行处理，并且将模型中含随机变量的不等式约束进行鲁棒对等转换，实现随机规划模型向确定性模型的转换，此外用为验证本文提出的输电网规划模型以及求解方法的有效性，以修正的IEEE-24节点系统为测试算例进行仿真分析，结果显示该方法和模型的合理性，是可以广泛应用于含风电场的系统规划优化计算的。

关键词：鲁棒优化；含风电；电力系统；输电网；规划

1.引言

当前随着经济和互联网技术的发展，输电网综合技术的发展越来越多元化，而对于输电网自身的扩展规划来说，必须要结合其现有的电源规划和电网负荷预测数据，并且按照现有输电网结构，确定电网输送过程中的电能需要和适应的电路建设方式，以满足电力系统安全经济的电能输送。

同时由于在输电网规划中涉及到的因素比较多，尤其是在大规模风电场等整个电网规划中可再生能源发电系统的影响使得其对规划结果有较大的影响，所以如果在输电网规划中没有全面的考虑这些因素，就难以更加真实的反映实际情况。因此，研究不确定型输电网扩展规划问题显得尤为必要。而在输电网扩展规划时必须要准确描述不确定因素，建立准确反映规划中的数学模型，才能更好的解决问题。

2.含风电的鲁棒优化规划模型

含风电的鲁棒优化规划模型的建立必须要考虑新能源出力和负荷随机性，同时还有常规机组应对新能源出力和负荷波动的调节能力，加入该种机组的调峰能力模型，使得常规机组具备反向调节新能源出力波动和正向跟踪负荷预测误差的能力，从而保证最终形成输电网规划优化模型。

2.1鲁棒优化模型

鲁棒优化是一个含有不确定参数的优化问题的建模方法，这种方法主要是解决内部结构（内部结构是指约束条件或目标函数中参数的不确定性）和外部环境不确定性，在很大程度上，其是随机规划和灵敏度分析的一种非常好的补充和替换。也正是在此基础上，鲁棒优化不是概率分布，而是来描述数据不确定性的，本文在其约束条件的鲁棒优化模型为：

在上述公式中，x为决策变量，ζ为不确定的量，u就是一个

2.2盒式鲁棒优化模型

就鲁棒优化模型的关键点来看，其是对不确定集合的确定及在给定u的情况下对复杂Min-Max模型的简化，其中“盒式”不确定集合的优点是使得模型线性化，求解简单。通过上述的分析之后，本文在这里只是单纯的考虑从一个节点接入风电场的情况，ζ为扰动量，其扰动范围属于盒式集合，即：

2.3基于鲁棒优化含风电场系统规划优化模型

通过上述的分析，本文基于甘肃电网“十三五”主网规划，对甘肃330kV及以上电压等级网架方案进行优化规划分析，在模型分析的过程中，本文以甘肃电网“十三五”主网规划的年综合费用最小为目标函数，在系统多负荷水平下综合考虑系统网损费用、无功补偿费用、电压水平等因素，在保证电压水平的同时保持系统有较好的经济性。关于甘肃电网鲁棒优化含风电场系统规划优化模型为：

3.案例系統仿真分析

3.1补偿容量的配置情况

为了验证所建模型和算法的有效性和合理性，本文本基于甘肃电网“十三五”主网规划，对甘肃330kV及以上电压等级网架方案进行优化规划分析，将风电场接入IEEE-24节点系统进行数值仿真。

3.2IEEE-24节点系统规划优化

在这个过程中，根据最终的结果下显示，进行模型整合优化后的系统的电压合格率出现了比较大的上升趋势，而且该系统最大负荷下的电压水平也是有所提高，但是其整体的电路损耗却是减少了大约0.025MW，使得其最终的费用降低了8.885万元，那么至此也表明了该系统的补偿效果明显。所以通过上述的分析可以看出大规模的含风电场输电网规划的应用研究可以看出通过调节发电机电压、变压器变比以及投入无功补偿器组是可以在一定程度上的减小网损和优化系统网损值的。

3.3含风电场接入点不同的结果比较

在这里，本文继续选取该系统的9， 16， 30节点进行接入风电场进行分析，可以看出在甘肃电网的系统在的9， 16， 30节点在优化前的平均电压为0.9694/pa，0.9626/pa，1.0152/pa.无功补偿总容量为0，网损为0.1523/mw，0.1423/mw，0.1725/mw.总的费用为35.321/万元，32.632/万元，36.123/万元；优化后平均电压为1.0123/pa，1.0023/pa，1.0132/pa.无功补偿总容量为710，682，720；网损为0.1296/mw，0.1231/mw，0.0625/mw.总的费用为26.426/万元，23.005/万元，26.852/万元；由此可以看出不同的节点接入风电场后对系统的无功分配和电压的影响不同，但是最终的结果则是显示使用鲁棒优化方法和模型，都是可以很好的降低各个节点的网损还有电网的总费用，所以也正是验证了本文所述方法和模型的合理性，所以本文认为该方法是可以被广泛推广的。

总结

本文基于鲁棒优化理论，以IEEE-24节点系统为测试算例进行仿真分析，结果显示该方法和模型的合理性，可广泛应用于含风电场的系统无功规划优化计算。通过分析本文认为含大规模新能源并网的输电网规划模型是当前电力系统规划领域中的热点和难点问题之一，因此考虑大规模新能源并网的输电网规划模型是含随机变量的非线性模型既具有鲁棒性又能节约成本的求解方法，同时通过求解甘肃电网的含风电场系统规划优化结果可以得出可以很好的降低各个节点的网损还有电网的总费用，所以也正是验证了本文所述方法和模型的合理性，证明了该方法良好的经济性和适应性。

参考文献：

[1]盛四清，杨少波，陈安.基于区间规划的含风电场电力系统优化调度[J].陕西电力，2015，（02）：53-58.

[2]李仁杰.基于鲁棒优化的含风电场系统无功规划优化[J].电气技术，2013，（05）：27-30+44.

[3]李仁杰.基于鲁棒优化的含风电场电力系统无功优化规划[D].长沙理工大学，2013.

[4]王品.含风电场的电力系统无功优化方法研究[D].华北电力大学，2013.

[5]沈洲，杨伟，仲海波，滕百案. 基于机会约束规划和随机模拟技术的含风电场电力系统多目标优化调度[J].电力学报，2013，（01）：44-49+53.

[6]龙军，莫群芳，曾建.基于随机规划的含风电场的电力系统节能优化调度策略[J].电网技术，2011，（09）：133-138.

[7]孟显.基于改进差分进化算法的含风电场的电力系统无功优化[D].河北农业大学，2011.

[8]孟显，王艳君，安艳丽，白杰.基于改进差分进化算法的含风电场的电力系统无功优化[J].沈阳农业大学学报，2010，（04）：506-508.