[發(fā)明專利]一種基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910022409.6
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109638886B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛風(fēng)華;丁佇;王曉彥;徐微微;王洪寅;高蘇州;武晨晨
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/00
• 代理公司: 南京品智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32310
• 代理人: 奚曉寧;楊陳慶

1.一種基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）生成風(fēng)電不確定性樣本；

通過實際風(fēng)速歷史數(shù)據(jù)，并基于風(fēng)速與風(fēng)機(jī)出力關(guān)系，得到風(fēng)機(jī)可能出力的歷史數(shù)據(jù)，通過對風(fēng)機(jī)可能出力的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，得到有代表性的隨機(jī)概率樣本；

2）建立風(fēng)險中立型風(fēng)電企業(yè)日前出力計劃優(yōu)化模型；

其決策目標(biāo)是確定最優(yōu)的日前風(fēng)電出力計劃以最大化自己的期望利潤，風(fēng)電企業(yè)利潤為上網(wǎng)風(fēng)電收益與偏差電量懲罰的差值；

3）建立基于CVaR的日前出力申報優(yōu)化決策模型；

在步驟2）建立的風(fēng)險中立型風(fēng)電企業(yè)日前出力計劃優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，考慮發(fā)電企業(yè)對風(fēng)險的規(guī)避，從而確定風(fēng)電機(jī)組的日前出力申報；

步驟（2）建立風(fēng)險中立型風(fēng)電企業(yè)日前出力計劃優(yōu)化模型的具體方法，包括：

2-1）針對步驟（1）得到的不確定性樣本，首先建立風(fēng)險中型風(fēng)電企業(yè)日前出力計劃優(yōu)化模型，對風(fēng)電企業(yè)次日出力不確定情況下的利潤期望目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，且假設(shè)風(fēng)電機(jī)組上網(wǎng)時采用固定的風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價；風(fēng)電企業(yè)的容量規(guī)模很小，對電力系統(tǒng)的影響可忽略不計；風(fēng)電企業(yè)的運行維護(hù)成本為0；

2-2）設(shè)置風(fēng)險中立型風(fēng)電企業(yè)日前出力計劃優(yōu)化模型目標(biāo)函數(shù)；

對于風(fēng)險中型的風(fēng)電企業(yè)，其決策目標(biāo)是確定最優(yōu)的日前風(fēng)電出力計劃以最大化自己的期望利潤，風(fēng)電企業(yè)利潤為上網(wǎng)風(fēng)電收益與偏差電量懲罰的差值；

2-3）設(shè)定約束條件；

2-4）模型簡化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)為下式，

；

式中，為風(fēng)險中立型風(fēng)電企業(yè)日前申報策略所能獲得的總利潤，單位為元；為風(fēng)電機(jī)次日t時刻的日前申報出力值，單位為MW；為隨機(jī)變量，；為第k個樣本在次日第t時刻的正向偏差，單位為MW；為第k個樣本在次日第t時刻的負(fù)向偏差，單位為MW；為每時段時長，單位為h；為風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價，單位為元/MWh；、分別為正負(fù)偏差懲罰單位費用，單位為元/MWh；N為場景數(shù)，，N取20；為每時段的時長，單位為h；t取24；表示風(fēng)電出力價格，取值視當(dāng)日實際成交價格而定。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟2-2）的目標(biāo)函數(shù)中，正向偏差和負(fù)向偏差兩者都為正數(shù)，且二者至少有一個為0，從而得到如下表示，

（3）

（4）

式中，表示任意t時段；

對于（3）（4）式，需將其轉(zhuǎn)化成線性約束條件如下，

（5）

（6）

（7）

除此之外，所述約束條件還包括申報出力約束和風(fēng)電機(jī)組爬坡約束，

（8）

（9）

（10）

式中，是t時刻風(fēng)電出力最大限制，單位為MW；和表示風(fēng)電機(jī)組在t時段允許的最大有功功率上升量和下降量的限值，表示風(fēng)電機(jī)組的爬坡約束，單位為MW。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟2-3）的約束條件中，由于式（7）的三個變量存在線性關(guān)系，約束一致性存在問題，因此根據(jù)式（7）對模型進(jìn)行簡化，簡化后的模型如下，

（11）

（12）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CVaR的風(fēng)電日前出力申報優(yōu)化方法，其特征在于，建立基于CVaR的日前出力申報優(yōu)化決策模型的方法包括如下步驟：

3-1）設(shè)表示一個與決策向量X相關(guān)的損失函數(shù)，，其中是的一個子集，表示決策變量X的可行集；是一個隨機(jī)向量，表示不確定因素；其中，m、n分別表示對應(yīng)決策變量和隨機(jī)變量集的維度；

假定隨機(jī)向量Y的聯(lián)合概率密度為，對于固定的X，關(guān)于Y的不超過某一損失水平的概率為：

（13）

對于任意X，為決策向量X下的損失累積分布函數(shù)，關(guān)于非減和右連續(xù)；

3-2）構(gòu)建考慮風(fēng)電出力不確定性的風(fēng)電企業(yè)日前申報策略優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)；

（14）

（15）

上式中，和即為置信水平下的VaR和CVaR，CVaR的含義指超過一定損失的條件均值，在相同的置信水平下，CVaRVaR,這樣最小化CVaR也就是最小化VaR，由于中含有難以直接求解，用來替代，則：

（16）

（17）

一般情況下最優(yōu)CVaR是表示最小的置信度下CVaR損失值，如果將求最優(yōu)CVaR損失值問題轉(zhuǎn)化為求置信度下CVaR利益值問題，模型要進(jìn)行相應(yīng)的變換；將損失函數(shù)轉(zhuǎn)換為風(fēng)電企業(yè)日前申報策略利潤函數(shù)，設(shè)置置信度為，同時，設(shè)置風(fēng)電企業(yè)日前申報策略的利潤門檻值，取隨機(jī)向量的N個樣本值，構(gòu)建出考慮風(fēng)電出力不確定性的風(fēng)電企業(yè)日前申報策略優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，即

（18）

其中，代表樣本k發(fā)生的概率；

3-3）為簡化上述公式（18）的表達(dá)，引入虛擬變量，N取值為20，得到考慮風(fēng)電出力不確定下的風(fēng)電企業(yè)申報決策CVaR利潤隨機(jī)優(yōu)化模型如下，

（19）

（20）

其中，為風(fēng)電企業(yè)日前申報策略的利潤門檻值，高于利潤門檻值則進(jìn)入高風(fēng)險利潤部分，即可獲得最大利潤減門檻值為風(fēng)電企業(yè)認(rèn)為風(fēng)險較大的利潤部分，也即風(fēng)電企業(yè)通常得不到的利潤部分，企業(yè)不能依賴這部分利潤實現(xiàn)長期盈利，設(shè)置的高低代表風(fēng)電企業(yè)對高風(fēng)險利潤部分的態(tài)度，同時越接近1代表風(fēng)電企業(yè)越厭惡風(fēng)險；在上述的CVaR利潤優(yōu)化模型中，當(dāng)門檻值超過任意樣本最大可能利潤、且時，CVaR模型變?yōu)轱L(fēng)險中立利潤期望模型。