数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法

张锞; 王旭; 杨宏坤; 蒋传文

doi:10.7500/AEPS20230720018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法
- Distributionally Robust Optimal Scheduling Method for Power System Under Flexibility Boundaries of Data Center Clusters
- 电力系统自动化 2024年48卷第7期页码：235-247
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市 200240
  2.上海非碳基能源转换与利用研究院,上海市 200240
- 作者简介：
  
  张锞(1998—)，女，博士研究生，主要研究方向：电力系统优化运行、电力市场。E-mail：kelsey_zhang@sjtu.edu.cn
  王旭(1989—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统优化运行、智能电网、新能源、弹性配电网等。E-mail：wangxu1989@sjtu.edu.cn
  杨宏坤(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统优化运行。E-mail：yanghongkun@sjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52277110);内蒙古自治区“揭榜挂帅”项目(2022JBGS0043);上海市“科技创新行动计划”软科学研究青年项目(23692119500)
- DOI：10.7500/AEPS20230720018
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-20，
  
  修回：2023-10-20，
  
  网络出版：2024-01-15，
  
  纸质出版：2024-04-10
- 稿件说明：
移动端阅览
张锞,王旭,杨宏坤等.数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法[J].电力系统自动化,2024,48(7):235-247.

ZHANG Ke,WANG Xu,YANG Hongkun,et al.Distributionally Robust Optimal Scheduling Method for Power System Under Flexibility Boundaries of Data Center Clusters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(7):235-247.
张锞,王旭,杨宏坤等.数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法[J].电力系统自动化,2024,48(7):235-247. DOI： 10.7500/AEPS20230720018.

ZHANG Ke,WANG Xu,YANG Hongkun,et al.Distributionally Robust Optimal Scheduling Method for Power System Under Flexibility Boundaries of Data Center Clusters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(7):235-247. DOI： 10.7500/AEPS20230720018.

摘要

分布式资源的广泛接入与风、光等不可调资源的波动性使电力系统运行调控的难度显著增加。文中研究可再生能源不确定性影响下的分布式集群资源优化调度策略，挖掘多种可调资源灵活性，提高不可调资源利用率。为实现分布式可调资源的灵活调控，首先，提出了数据中心与光储集群聚合体的可调潜力时变边界计算方法，保证其聚合最优性与分解可行性。然后，基于历史数据构建契合风电随机特性的∞-Wasserstein模糊集，该方法具有良好的样本外信息描述能力。最后，提出自适应多面逼近方法解决分布鲁棒优化问题固有的无限维求解难题，将两阶段分布鲁棒调度模型转化为有限维问题以实现快速求解，并基于修改的IEEE-RTS 24节点系统仿真验证了所提方法的有效性。

Abstract

The widespread integration of distributed resources and the volatility of uncontrollable resources such as wind and solar power pose significant challenges to the operation and control of power systems. This paper investigates optimal scheduling strategies for distributed cluster resources under the uncertainty of renewable energy

exploits the flexibility of various controllable resources

and enhances the utilization rate of centralized uncontrollable resources. To achieve the flexible control of distributed controllable resources

this paper first proposes a time-variant adjustable potential boundary computation method for aggregating data centers and photovoltaic-energy storage clusters

ensuring their aggregation optimality and decomposition feasibility. Furthermore

the ∞-Wasserstein fuzzy set is constructed based on historical data to capture the stochastic characteristics of wind power

providing reliable out-of-sample guarantee. Finally

an adaptive polyhedral approximation method is proposed to address the inherent infinite-dimensional solving challenge in the distributionally robust optimization problem. The two-stage distributionally robust scheduling model is transformed into a finite-dimensional problem to achieve the rapid solution. The effectiveness of the proposed method is verified based on the simulation on the modified IEEE-RTS 24-bus system.

关键词

Keywords

references

全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案［R］. 北京：国家发展改革委， 2022 .

Implementation plan for computing hub of national integrated big data center collaborative innovation system ［R］. Beijing ： National Development and Reform Commission ， 2022 .

王政 . “东数西算”工程全面启动［N］. 人民日报， 2022-06-15 （18）.

WANG Zheng . The “counting east and counting west” project was fully launched ［N］. People’s Daily ， 2022-06-15 （18）.

张素芳，王鹏 . 数据中心行业在能源转型中将发挥重要作用［EB/OL］.［ 2022-07-24 ］. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1673076860372734884&wfr=spider&for=pc https://baijiahao.baidu.com/s?id=1673076860372734884&wfr=spider&for=pc .

ZHANG Sufang ， WANG Peng . Data center industry will play an important role in energy transition ［EB/OL］. ［ 2022-07-24 ］. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1673076860372734884&wfr=spider&for=pc https://baijiahao.baidu.com/s?id=1673076860372734884&wfr=spider&for=pc .

许高秀，王旭，邓晖，等 . 考虑调频需求及风光出力不确定性的储能系统参与能量-调频市场运行策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2317 - 2330 .

XU Gaoxiu ， WANG Xu ， DENG Hui ， et al . Optimal operation strategy of energy storage system’s participation in energy and regulation market considering uncertainties of regulation requirements and wind-photovoltaic output ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2317 - 2330 .

龚开，黄鹏飞，王旭，等 . 基于代理模型进化算法的用户侧灵活爬坡产品交易策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 132 - 141 .

GONG Kai ， HUANG Pengfei ， WANG Xu ， et al . Trading strategies for flexible ramping product on demand side based on surrogate-assisted evolutionary algorithm ［J］. Automation of Electric Power System ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 132 - 141 .

YANG H ， ZHANG J ， QIU J ， et al . A practical pricing approach to smart grid demand response based on load classification ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 1 ）： 179 - 190 .

LIN S F ， LI F X ， TIAN E W ， et al . Clustering load profiles for demand response applications ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 1599 - 1607 .

YI Z ， XU Y ， GU W ， et al . A multi-time-scale economic scheduling strategy for virtual power plant based on deferrable loads aggregation and disaggregation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 1332 - 1346 .

关舒丰，王旭，蒋传文，等 . 基于可控负荷响应性能差异的虚拟电厂分类聚合方法及辅助服务市场投标策略研究［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 3 ）： 933 - 944 .

GUAN Shufeng ， WANG Xu ， JIANG Chuanwen ， et al . Classification and aggregation of controllable loads based on different responses and optimal bidding strategy of VPP in ancillary market ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 933 - 944 .

鲁宗相，李海波，乔颖 . 高比例可再生能源并网的电力系统灵活性评价与平衡机理［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 9 - 20 .

LU Zongxiang ， LI Haibo ， QIAO Ying . Flexibility evaluation and supply/demand balance principle of power system with high-penetration renewable electricity ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 9 - 20 .

MAVROMATIDIS G ， OREHOUNIG K ， CARMELIET J . Design of distributed energy systems under uncertainty： a two-stage stochastic programming approach ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 222 ： 932 - 950 .

DING T ， QU M ， HUANG C ， et al . Multi-period active distribution network planning using multi-stage stochastic programming and nested decomposition by SDDIP ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 36 （ 3 ）： 2281 - 2292 .

LIU X C ， SOH C B ， ZHAO T Y ， et al . Stochastic scheduling of mobile energy storage in coupled distribution and transportation networks for conversion capacity enhancement ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 117 - 130 .

RATHOR S ， SAXENA D . Decentralized energy management system for LV microgrid using stochastic dynamic programming with game theory approach under stochastic environment ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2021 ， 57 （ 4 ）： 3990 - 4000 .

LI Y B ， ZHANG F ， LI Y ， et al . An improved two-stage robust optimization model for CCHP-P2G microgrid system considering multi-energy operation under wind power outputs uncertainties ［J］. Energy ， 2021 ， 223 ： 120048 .

ZHU R ， WEI H ， BAI X . Wasserstein metric based distributionally robust approximate framework for unit commitment ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2991 - 3001 .

XIONG P ， JIRUTITIJAROEN P ， SINGH C . A distributionally robust optimization model for unit commitment considering uncertain wind power generation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 39 - 49 .

ZHANG Y W ， YANG J ， PAN X L ， et al . Data-driven robust dispatch for integrated electric-gas system considering the correlativity of wind-solar output ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 134 ： 107454 .

ZHANG G ， JIANG C W ， WANG X . Comprehensive review on structure and operation of virtual power plant in electrical system ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2019 ， 13 （ 2 ）： 145 - 156 .

DELAGE E ， YE Y Y . Distributionally robust optimization under moment uncertainty with application to data-driven problems ［J］. Operations Research ， 2010 ， 58 （ 3 ）： 595 - 612 .

杨策，孙伟卿，韩冬，等 . 考虑风电出力不确定的分布鲁棒经济调度［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3649 - 3655 .

YANG Ce ， SUN Weiqing ， HAN Dong ， et al . Distributionally-robust economic dispatch considering uncertain wind power output ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3649 - 3655 .

SU C B ， LIU C R ， JIANG S W ， et al . Probabilistic power flow for multiple wind farms based on RVM and holomorphic embedding method ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 130 ： 106843 .

LIANG W K ， LIN S J ， LEI S B ， et al . Distributionally robust optimal dispatch of CCHP campus microgrids considering the time-delay of pipelines and the uncertainty of renewable energy ［J］. Energy ， 2022 ， 239 ： 122200 .

ESFAHANI P M ， KUHN D . Data-driven distributionally robust optimization using the Wasserstein metric： performance guarantees and tractable reformulations ［J］. Mathematical Programming ， 2018 ， 171 （ 1/2 ）： 115 - 166 .

XIE W J ， AHMED S . Bicriteria approximation of chance-constrained covering problems ［J］. Operations Research ， 2020 ， 68 （ 2 ）： 516 - 533

SHAHIDEHOPOUR M ， FU Y . Benders decomposition： applying Benders decomposition to power systems ［J］. IEEE Power and Energy Magazine ， 2005 ， 3 （ 2 ）： 20 - 21 .

AYOUB J ， POSS M . Decomposition for adjustable robust linear optimization subject to uncertainty polytope ［J］. Computational Management Science ， 2016 ， 13 （ 2 ）： 219 - 239 .

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 .

BEN-TAL A ， GORYASHKO A ， GUSLITZER E ， et al . Adjustable robust solutions of uncertain linear programs ［J］. Mathematical Programming ， 2004 ， 99 （ 2 ）： 351 - 376 .

BERTSIMAS D ， CARAMANIS C . Finite adaptability in multistage linear optimization ［J］. IEEE Transactions on Automatic Control ， 2010 ， 55 （ 12 ）： 2751 - 2766 .

HANASUSANTO G A ， KUHN D ， WIESEMANN W . K -adaptability in two-stage robust binary programming ［J］. Operations Research ， 2015 ， 63 （ 4 ）： 877 - 891 .

CHEN X ， ZHANG Y H . Uncertain linear programs： extended affinely adjustable robust counterparts ［J］. Operations Research ， 2009 ， 57 （ 6 ）： 1469 - 1482 .

GEORGHIOU A ， KUHN D ， WIESEMANN W . The decision rule approach to optimization under uncertainty： methodology and applications ［J］. Computational Management Science ， 2019 ， 16 （ 4 ）： 545 - 576 .

CHEN X ， LI N . Leveraging two-stage adaptive robust optimization for power flexibility aggregation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 5 ）： 3954 - 3965 .

ARSHAD U ， ALEEM M ， SRIVASTAVA G ， et al . Utilizing power consumption and SLA violations using dynamic VM consolidation in cloud data centers ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2022 ， 167 ： 112782 .

王玚，李鹏，冀浩然，等 . 考虑多类型资源的数据中心园区供电协调规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 19 - 28 .

WANG Yang ， LI Peng ， JI Haoran ， et al . Coordination planning of power supply in data center park considering multiple resources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 19 - 28 .

陈敏，高赐威，郭庆来，等 . 互联网数据中心负荷时空可转移特性建模与协同优化：驱动力与研究架构［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6945 - 6958 .

CHEN Min ， GAO Ciwei ， GUO Qinglai ， et al . Modeling and collaborative optimization of Internet data center load temporal and spatial transferability： driving force and research framework ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 19 ）： 6945 - 6958 .

BERTSIMAS D ， SHTERN S ， STURT B . A data-driven approach to multistage stochastic linear optimization ［J］. Management Science ， 2023 ， 69 （ 1 ）： 51 - 74 .

ZHAO C ， GUAN Y . Data-driven risk-averse stochastic optimization with Wasserstein metric ［J］. Operations Research Letters ， 2018 ， 46 （ 2 ）： 262 - 267 .

DUAN C ， FANG W ， JIANG L ， et al . Distributionally robust chance-constrained approximate AC-OPF with Wasserstein metric ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 5 ）： 4924 - 4936 .

BERTSIMAS D ， SHTERN S ， STURT B . Two-stage sample robust optimization ［J］. Operations Research ， 2022 ， 70 （ 1 ）： 624 - 640 .

ORDOUDIS C ， PINSON P ， MORALES J M ， et al . An updated version of the IEEE RTS 24-bus system for electricity market and power system operation studies ［D］. Copenhagen， Denmark ： Technical University of Denmark ， 2016 .

CHEN Z ， SIM M ， XIONG P . Robust stochastic optimization made easy with RSOME ［J］. Management Science ， 2020 ， 66 （ 8 ）： 3329 - 3339 .

GONG K ， WANG X ， JIANG C ， et al . Security-constrained optimal sizing and siting of BESS in hybrid AC/DC microgrid considering post-contingency corrective rescheduling ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 2110 - 2122 .

张亚超，郑峰，乐健，等 . 考虑风电高阶不确定性的电气综合系统分布鲁棒协同优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 24 ）： 8012 - 8026 .

ZHANG Yachao ， ZHENG Feng ， LE Jian ， et al . A distributionally robust coordinated optimization scheduling of integrated electricity and natural gas systems considering higher-order uncertainty of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 24 ）： 8012 - 8026 .

PJM data miner ［EB/OL］. ［ 2023-01-23 ］. https：//www.pjm.com/markets-and-operations/etools/data-miner-2 https://www.pjm.com/markets-and-operations/etools/data-miner-2 .

FROGNER C ， ZHANG C ， MOBAHI H ， et al . Learning with a Wasserstein loss ［J］. Advances in Neural Information Processing Systems ， 2015 ， 28 ： 2053 - 2061 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

计及风电并网的海上油气田综合能源系统日前优化调度

计及两级碳排放权交易市场影响的电-碳分散协同优化调度

考虑热惯性的极端冰雪灾害下综合能源系统韧性提升

基于数据模型双驱动的新能源微电网分布鲁棒优化调度