Bi-level Stochastic Scheduling Method for Power System with Wind Power Considering Adaptive Transmission Reserve

Yu HUANG; Qingshan XU; Yuanxing XIA; Dong YUE; Chunxia DOU

doi:10.7500/AEPS20210126008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Bi-level Stochastic Scheduling Method for Power System with Wind Power Considering Adaptive Transmission Reserve

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Bi-level Stochastic Scheduling Method for Power System with Wind Power Considering Adaptive Transmission Reserve
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 20, Pages: 29-37(2021)
- 作者机构：
  
  1.南京邮电大学先进技术研究院，江苏省南京市 210023
  2.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2017YFA0700300);National Natural Science Foundation of China(51877044)
- DOI：10.7500/AEPS20210126008
  CLC：
- Received：26 January 2021，
  
  Revised：2021-06-15，
  
  Published Online：13 September 2021，
  
  Published：25 October 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
黄煜,徐青山,夏元兴等.考虑自适应传输备用的含风电电力系统双层随机调度方法[J].电力系统自动化,2021,45(20):29-37.

HUANG Yu,XU Qingshan,XIA Yuanxing,et al.Bi-level Stochastic Scheduling Method for Power System with Wind Power Considering Adaptive Transmission Reserve[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(20):29-37.
黄煜,徐青山,夏元兴等.考虑自适应传输备用的含风电电力系统双层随机调度方法[J].电力系统自动化,2021,45(20):29-37. DOI： 10.7500/AEPS20210126008.

HUANG Yu,XU Qingshan,XIA Yuanxing,et al.Bi-level Stochastic Scheduling Method for Power System with Wind Power Considering Adaptive Transmission Reserve[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(20):29-37. DOI： 10.7500/AEPS20210126008.

摘要

大规模风电接入增加了电网发生输电阻塞的概率。为克服确定性阻塞管理方法在应对系统随机扰动上的不足，基于考虑阻塞风险的机会约束规划条件，提出一种计及风电不确定性的传输备用自适应量化方法，构建了包含自适应传输备用的双层随机调度模型。该模型将线路传输备用纳入上层的机组组合模型中，针对下层的经济再调度问题，采用改进点估计法求得线路实时潮流的统计分布特性，并将结果返回上层模型以动态调整备用需求大小。同时，基于下层模型的Karush-Kuhn-Tucher最优条件，将双层优化结构合并为单层，并最终转化为便于求解的混合整数规划问题。最后，通过IEEE RTS-24节点测试算例验证了所提模型和方法能够有效缓解传输阻塞，提高风电消纳和备用可用性。

Abstract

Large-scale wind power integration increases the probability of transmission congestion in power grids. In order to overcome the disadvantages of deterministic methods for congestion management when facing system random perturbations

based on chance-constrained programming conditions considering congestion risk

this paper proposes an adaptive approach for quantifying transmission reserves by taking the wind power uncertainty into account. A bi-level stochastic scheduling model with adaptive transmission reserves is developed. This model incorporates the line transmission reserve into the upper-level unit commitment (UC) model. Aiming at the economic rescheduling problem at the lower level

the improved point estimation method is used to obtain the statistical distribution characteristics of the real-time power flow of the line

and the result is returned to the upper model to dynamically adjust the size of the reserve demand. At the same time

based on the Karush-Kuhn-Tucher (KKT) optimal condition of the underlying model

the bi-level optimal structure is merged into a single layer

and finally transformed into a mixed-integer programming problem that is easy to solve. Finally

the IEEE RTS 24-bus testing case verifies that the proposed model and method can effectively alleviate transmission congestion and improve wind power consumption and reserve availability.

关键词

Keywords

references

卫志农，陈妤，黄文进，等 . 考虑条件风险价值的虚拟电厂多电源容量优化配置模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 4 ）： 39 - 46 .

WEI Zhinong ， CHEN Yu ， HUANG Wenjin ， et al . Optimal allocation model for multi-energy capacity of virtual power plant considering conditional value-at-risk ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 4 ）： 39 - 46 .

王淑云，娄素华，吴耀武，等 . 计及火电机组深度调峰成本的大规模风电并网鲁棒优化调度［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 118 - 125 .

WANG Shuyun ， LOU Suhua ， WU Yaowu ， et al . Robust optimal dispatch of large-scale wind power integration considering deep peak regulation cost of thermal power units ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 118 - 125 .

HUANG Y ， XU Q S ， DING Y X ， et al . Efficient uncertainty quantification in economic re-dispatch under high wind penetration considering interruptible load ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 121 ： 106104 .

雷宇 . 基于场景分析的含风电场电力系统机组组合问题的研究［D］. 济南：山东大学， 2013 .

LEI Yu . Studies on unit commitment considering wind power based on scenario analysis in power systems ［D］. Jinan ： Shandong University ， 2013 .

DING T ， YANG Q R ， LIU X Y ， et al . Duality-free decomposition based data-driven stochastic security-constrained unit commitment ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 82 - 93 .

王扬 . 基于机会约束目标规划的含风电电力系统优化调度研究［D］. 北京：华北电力大学， 2017 .

WANG Yang . Research on optimal dispatch of wind power integrated system based on chance constrained goal programming ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2017 .

王勇超，陈皓勇，禤培正，等 . 基于最优场景集的含多类型电源鲁棒调度［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 2 ）： 354 - 362 .

WANG Yongchao ， CHEN Haoyong ， XUAN Peizheng ， et al . A robust scheduling with multiple types of power sources based on optimal scenario set ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 2 ）： 354 - 362 .

夏澍，周明，李庚银 . 考虑线路安全校核的含风电电力系统有功和备用协调调度［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 13 ）： 18 - 26 .

XIA Shu ， ZHOU Ming ， LI Gengyin . A coordinated active power and reserve dispatch approach for wind power integrated power systems considering line security verification ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 13 ）： 18 - 26 .

雷雪姣，潘士娟，管晓宏，等 . 考虑传输安全裕度的电力系统发电经济调度［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5651 - 5658 .

LEI Xuejiao ， PAN Shijuan ， GUAN Xiaohong ， et al . Transmission safety margin constrained unit commitment in power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5651 - 5658 .

徐青山，刘梦佳，黄煜，等 . 大规模风电接入下基于随机配置点法的电网再调度方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3557 - 3566 .

XU Qingshan ， LIU Mengjia ， HUANG Yu ， et al . Optimal re-scheduling model with high wind power integration based on stochastic allocation method ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3557 - 3566 .

WANG F Y ， HEDMAN K W . Dynamic reserve zones for day-ahead unit commitment with renewable resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 612 - 620 .

黄煜，徐青山，许彪，等 . 采用图割算法的含风电电网动态分区备用配置［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3765 - 3775 .

HUANG Yu ， XU Qingshan ， XU Biao ， et al . Graph cut method for dynamic zonal reserve allocation in power grid with wind power integration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3765 - 3775 .

WANG Z W ， SHEN C ， LIU F ， et al . Chance-constrained economic dispatch with non-Gaussian correlated wind power uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4880 - 4893 .

LIU W J ， ZHAN J P ， CHUNG C Y ， et al . Day-ahead optimal operation for multi-energy residential systems with renewables ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 1927 - 1938 .

李志伟，赵书强，刘金山 . 基于相关机会目标规划的电力系统日内滚动调度［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 77 - 85 .

LI Zhiwei ， ZHAO Shuqiang ， LIU Jinshan . Intraday rolling dispatching of power system based on dependent chance goal programming ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 77 - 85 .

BHATTARAI B P ， GENTLE J P ， MCJUNKIN T ， et al . Improvement of transmission line ampacity utilization by weather-based dynamic line rating ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 1853 - 1863 .

ABEDI S ， HE M ， OBADINA D . Congestion risk-aware unit commitment with significant wind power generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6861 - 6869 .

TAN J ， WU Q W ， HU Q R ， et al . Adaptive robust energy and reserve co-optimization of integrated electricity and heating system considering wind uncertainty ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 260 ： 114230 .

臧海祥，傅雨婷，陈铭，等 . 基于改进自适应遗传算法的EV充电站动态规划［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 1 ）： 163 - 170 .

ZANG Haixiang ， FU Yuting ， CHEN Ming ， et al . Dynamic planning of EV charging stations based on improved adaptive genetic algorithm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 163 - 170 .

MALLOWS C L ， RICHTER D . Inequalities of Chebyshev type involving conditional expectations ［J］. The Annals of Mathematical Statistics ， 1969 ， 40 （ 6 ）： 1922 - 1932 .

孙国强，李逸驰，向育鹏，等 . 计及风速时空相关性的含风电场电力系统动态随机最优潮流计算［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 17 ）： 4308 - 4317 .

SUN Guoqiang ， LI Yichi ， XIANG Yupeng ， et al . Dynamic stochastic optimal power flow of wind integrated power system considering temporal and spatial correlation of wind speed ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 17 ）： 4308 - 4317 .

TODOROVSKI M ， AČKOVSKI R . Reduction of PTDF matrix and its application in DC optimal power flow ［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems ， 2015 ， 25 （ 9 ）： 1848 - 1859 .

LIN G ， ZHOU N ， FERRYMAN T ， et al . Uncertainty quantification in state estimation using the probabilistic collocation method ［C］// 2011 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition ， March 20-23 ， 2011 ， Phoenix， USA .

张儒峰，姜涛，李国庆，等 . 考虑电转气消纳风电的电-气综合能源系统双层优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

ZHANG Rufeng ， JIANG Tao ， LI Guoqing ， et al . Bi-level optimization dispatch of integrated electricity-natural gas systems considering P2G for wind power accommodation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 19 ）： 5668 - 5678 .

WANG C ， LIU F ， WANG J H ， et al . Risk-based admissibility assessment of wind generation integrated into a bulk power system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 325 - 336 .

HUANG Y ， XU Q S ， YANG Y ， et al . Numerical method for probabilistic load flow computation with multiple correlated random variables ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2018 ， 12 （ 11 ）： 1295 - 1303 .

韩海腾，高山，吴晨，等 . 基于Nataf变换的电网不确定性多点估计法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 7 ）： 28 - 34 .

HAN Haiteng ， GAO Shan ， WU Chen ， et al . Uncertain power flow solved by multi-point estimate method based on Nataf transformation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 7 ）： 28 - 34 .

HALILBAŠIĆ L ， PINSON P ， CHATZIVASILEIADIS S . Convex relaxations and approximations of chance-constrained AC-OPF problems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 2 ）： 1459 - 1470 .

XIAO Q . Dimension reduction method for probabilistic power flow calculation ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2015 ， 9 （ 6 ）： 540 - 549 .

GRIGG C ， WONG P ， ALBRECHT P ， et al . A report prepared by the reliability test system task force of the application of probability methods subcommittee ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1999 ， 14 （ 3 ）： 1010 - 1020 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Transmission Congestion Management Based on Transmission and Distribution Coordination in Spot Power Market

Traceback of Congestion Management Process and Its Benefit Calculation to Dynamic Line Rating

Value-oriented Photovoltaic Power Forecasting Method for Operation Revenue Improvement of Photovoltaic-Energy Storage Plants

Related Author

Jinquan ZHAO

Ting YANG

Jianguo YAO

Shengchun YANG

Gang CHEN

Chunlei XU

CHEN Zeyu

CHEN Yanbo

Related Institution

College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University

China Electric Power Research Institute

State Grid Jiangsu Electric Power Company Limited

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

Hainan Branch of China Huaneng Group Co., Ltd.

⁰