基于可调资源可行域模型的时序-概率电力电量平衡理论

林弋莎; 鲁宗相; 乔颖; 李海波

doi:10.7500/AEPS20240701001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于可调资源可行域模型的时序-概率电力电量平衡理论

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 基于可调资源可行域模型的时序-概率电力电量平衡理论
- Time-series-Probabilistic Power and Energy Balancing Theory Based on Feasible Region Model of Adjustable Resources
- 电力系统自动化 2025年49卷第9期页码：61-72
- 作者机构：
  
  1.国网泉州供电公司，福建省泉州市 362000
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  3.清华四川能源互联网研究院，四川省成都市 610213
- 作者简介：
  
  林弋莎(1996—)，女，博士，主要研究方向：电力系统优化调度运行、分布式电源及微电网。E-mail：Lin_Yisha@126.com
  鲁宗相(1974—)，男，通信作者，博士，长聘教授，主要研究方向：能源与电力宏观规划、电力系统可靠性、分布式电源及微电网。E-mail：luzongxiang98@tsinghua.edu.cn
  乔颖(1981—)，女，博士，副研究员，主要研究方向：新能源、电力系统安全与控制。E-mail：qiaoying@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U23B20111)
- DOI：10.7500/AEPS20240701001
  中图分类号：
- 收稿：2024-07-01，
  
  修回：2024-10-22，
  
  网络出版：2025-01-22，
  
  纸质出版：2025-05-10
- 稿件说明：
移动端阅览
林弋莎,鲁宗相,乔颖等.基于可调资源可行域模型的时序-概率电力电量平衡理论[J].电力系统自动化,2025,49(9):61-72.

LIN Yisha,LU Zongxiang,QIAO Ying,et al.Time-series-Probabilistic Power and Energy Balancing Theory Based on Feasible Region Model of Adjustable Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):61-72.
林弋莎,鲁宗相,乔颖等.基于可调资源可行域模型的时序-概率电力电量平衡理论[J].电力系统自动化,2025,49(9):61-72. DOI： 10.7500/AEPS20240701001.

LIN Yisha,LU Zongxiang,QIAO Ying,et al.Time-series-Probabilistic Power and Energy Balancing Theory Based on Feasible Region Model of Adjustable Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):61-72. DOI： 10.7500/AEPS20240701001.

摘要

在风、光电源为电量供应主体的高比例可再生能源电力系统中，强随机波动电源的出力工况复杂多变，亟须在电力电量平衡中引入概率方法实现全工况覆盖，而源、荷、储等各环节多类型可调资源共同参与电力电量平衡使其时序强耦合，如何在概率电力电量平衡分析中计入时序耦合效应成为关键难题。文中提出一种时序-概率电力电量平衡理论，引入高维可行域来刻画多元可调资源的时序耦合特性，结合调节需求的分布函数，由可调资源可行域覆盖调节需求的概率构建电力电量平衡新判据，实现了对高比例可再生能源电力系统电力电量平衡的有效分析。

Abstract

In the high proportion of renewable energy power system with wind and photovoltaic power as the main power supply

the output condition of the power supply with strong random fluctuation is complicated and changeable

so it is urgent to introduce probabilistic method to achieve full coverage of the power and energy balance. The joint participation of various adjustable resources such as source

load and storage in power and energy balancing creates strong time-series coupling. How to incorporate time-series coupling effects in the probabilistic power and energy balancing analysis has become a critical challenge. This paper proposes a time-series-probabilistic power and energy balancing theory that introduces high-dimensional feasible regions to characterize the time-series coupling characteristics of multiple adjustable resources. Combining with the distribution functions of regulation demands

a new criterion of power and energy balance is constructed through the probability of the adjustable resource feasible region covering the regulation demands

which realizes the effective analysis of power and energy balance of high proportion of renewable energy power system.

关键词

Keywords

references

BOUCKAERT S ， PALES A F ， MCGLADE C M ， et al . Net zero by 2050： a roadmap for the global energy sector ［R］. Paris， France ： IEA ， 2021 .

新型电力系统发展蓝皮书［M］. 北京：中国电力出版社， 2023 .

Blue book on the development of the new power system ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2023 .

鲁宗相，林弋莎，乔颖，等 . 极高比例可再生能源电力系统的灵活性供需平衡［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 .

LU Zongxiang ， LIN Yisha ， QIAO Ying ， et al . Flexibility supply-demand balance in power system with ultra-high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 16 ）： 3 - 16 .

DOWLING J A ， RINALDI K Z ， RUGGLES T H ， et al . Role of long-duration energy storage in variable renewable electricity systems ［J］. Joule ， 2020 ， 4 （ 9 ）： 1907 - 1928 .

丁磊，郭一忱，鲍威宇，等 . 能量视角下的电力系统惯量［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3 - 13 .

DING Lei ， GUO Yichen ， BAO Weiyu ， et al . Inertia of power systems from energy perspective ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 8 ）： 3 - 13 .

兰天楷，孙华东，徐式蕴，等 . 新能源低电压穿越主导的电力系统暂态电压失稳机理分析［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 12 ）： 58 - 67 .

LAN Tiankai ， SUN Huadong ， XU Shiyun ， et al . Mechanism analysis of power system transient voltage instability dominated by low voltage ride-through of renewables ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 58 - 67 .

张宇驰，蔡国伟，刘铖，等 . 基于网络能量轨迹特征学习的新能源电力系统暂态稳定评估［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 12 ［ 2025-02-08 ］. http：//cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250207.1708.006.html http://cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250207.1708.006.html .

ZHANG Yuchi ， CAI Guowei ， LIU Cheng ， et al . A renewable energy power system transient stability assessment based on network energy trajectory feature learning ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 12 ［ 2025-02-08 ］. http：//cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250207.1708.006.html http://cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250207.1708.006.html .

许涛，王国春，董昱，等 . 新型电力系统平衡机理及演进过程研究［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-08-11 ］. http：//cnki.xntsg.top/kcms/detail/11.2107.tm.20240719.1301.021.html http://cnki.xntsg.top/kcms/detail/11.2107.tm.20240719.1301.021.html .

XU Tao ， WANG Guochun ， DONG Yu ， et al . Research on power balance mechanism and evolution of new power system ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-08-11 ］. http：//cnki.xntsg.top/kcms/detail/11.2107.tm.20240719.1301.021.html http://cnki.xntsg.top/kcms/detail/11.2107.tm.20240719.1301.021.html .

HOU Q C ， DU E S ， ZHANG N ， et al . Impact of high renewable penetration on the power system operation mode： a data-driven approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 731 - 741 .

黄海涛，贾秀锋，程凯，等 . 新型电力系统下多元资源发电容量充裕性评估与保障机制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 11 ）： 77 - 87 .

HUANG Haitao ， JIA Xiufeng ， CHENG Kai ， et al . Sufficiency evaluation and guarantee mechanism for generation capacity of diversified resources in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 11 ）： 77 - 87 .

罗捷，袁康龙，钟杰峰，等 . 考虑新能源接入对系统调峰性能影响的随机生产模拟算法［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 8 ）： 180 - 187 .

LUO Jie ， YUAN Kanglong ， ZHONG Jiefeng ， et al . Probabilistic production simulation algorithm considering new energy’s impact on regulation ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 8 ）： 180 - 187 .

朱睿，胡博，谢开贵，等 . 含风电-光伏-光热-水电-火电-储能的多能源电力系统时序随机生产模拟［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3246 - 3253 .

ZHU Rui ， HU Bo ， XIE Kaigui ， et al . Sequential probabilistic production simulation of multi-energy power system with wind power， photovoltaics， concentrated solar power， cascading hydro power， thermal power and battery energy storage ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3246 - 3253 .

吴文传，许书伟，杨越，等 . 风险量化的高比例新能源电力系统概率调度［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 3 - 11 .

WU Wenchuan ， XU Shuwei ， YANG Yue ， et al . Risk-quantified probabilistic dispatch for power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 3 - 11 .

顾光荣，杨鹏，汤波，等 . 源-荷-储协同优化的配电网平衡能力提升方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-05-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240124.1648.005.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240124.1648.005.html .

GU Guangrong ， YANG Peng ， TANG Bo ， et al . A method for improving the balance ability of distribution networks through source-load-storage collaborative optimization ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-05-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240124.1648.005.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.TM.20240124.1648.005.html .

邹金，卢斯煜，卓映君，等 . 基于多场景时序运行模拟的电力电量平衡评估方法［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 10 ［ 2025-03-06 ］. http：//cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250305.1652.004.html http://cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250305.1652.004.html .

ZOU Jin ， LU Siyu ， ZHUO Yingjun ， et al . Evaluation method of electricity power balance based on multi-scenario time-series operation simulation ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ： 1 - 10 ［ 2025-03-06 ］. http：//cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250305.1652.004.html http://cnki.wenx.top/kcms/detail/32.1180.TP.20250305.1652.004.html .

陈明健，陈胜，卫志农，等 . 考虑季节性储氢的电-气-氢混联综合能源系统优化调度［J/OL］. 电网技术［ 2024-05-02 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.0053 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.0053 .

CHEN Mingjian ， CHEN Sheng ， WEI Zhinong ， et al . Optimal dispatch of electricity-gas-hydrogen hybrid integrated energy system considering seasonal hydrogen storage ［J/OL］. Power System Technology ［ 2024-05-02 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.0053 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2024.0053 .

KOTZUR L ， MARKEWITZ P ， ROBINIUS M ， et al . Time series aggregation for energy system design： modeling seasonal storage ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 213 ： 123 - 135 .

魏利屾，艾小猛，方家琨，等 . 面向新型电力系统的时序生产模拟应用与求解技术综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 6 ）： 170 - 184 .

WEI Lishen ， AI Xiaomeng ， FANG Jiakun ， et al . Review on applications and solving techniques of time-series production simulation for new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 170 - 184 .

林舜江，冯祥勇，梁炜焜，等 . 新能源电力系统不确定优化调度方法研究现状及展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 10 ）： 20 - 41 .

LIN Shunjiang ， FENG Xiangyong ， LIANG Weikun ， et al . Research status and prospect of uncertain optimal dispatch methods for renewable energy power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 10 ）： 20 - 41 .

刘石川，雷轲，刘紫玉，等 . 基于静态安全域的含新能源输电网随机最优潮流［J］. 电力系统及其自动化学报， 2023 ， 35 （ 3 ）： 94 - 101 .

LIU Shichuan ， LEI Ke ， LIU Ziyu ， et al . Stochastic optimal power flow in transmission grid with renewable energy based on steady-state security region ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2023 ， 35 （ 3 ）： 94 - 101 .

杨金海，武家辉，王海云，等 . 不同渗透率下多种新能源电力系统动态安全域分析［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 4 ）： 58 - 68 .

YANG Jinhai ， WU Jiahui ， WANG Haiyun ， et al . Dynamic security region analysis of power system under different penetration rate of new energy ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 4 ）： 58 - 68 .

曾沅，张风彬，秦超，等 . 关键节点空间下的热稳定安全域及可视化方法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2020 ， 32 （ 12 ）： 49 - 54 .

ZENG Yuan ， ZHANG Fengbin ， QIN Chao ， et al . Thermal security region and its visualization method in key node space ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2020 ， 32 （ 12 ）： 49 - 54 .

徐全，袁智勇，雷金勇，等 . 基于智能软开关的有源配电系统运行灵活性提升方法［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 11 ）： 82 - 90 .

XU Quan ， YUAN Zhiyong ， LEI Jinyong ， et al . Improvement of operational flexibility for active distribution networks based on soft open points ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 11 ）： 82 - 90 .

徐华廷，江博游，冯斌，等 . 量化电网不确定性对调度计划影响的经济运行域概念及其凸包求解方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 16 ）： 6288 - 6300 .

XU Huating ， JIANG Boyou ， FENG Bin ， et al . The concept of economic operating region and its convex hull solution method for quantifying the influence of grid uncertainty on scheduling plan ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 16 ）： 6288 - 6300 .

林晓煌，文云峰，杨伟峰 . 惯量安全域：概念、特点及评估方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3065 - 3079 .

LIN Xiaohuang ， WEN Yunfeng ， YANG Weifeng . Inertia security region： concept， characteristics， and assessment method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3065 - 3079 .

冯健冰，任洲洋，姜云鹏，等 . 电力系统定碳排运行域：概念与方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-08-10 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231021 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231021 .

FENG Jianbing ， REN Zhouyang ， JIANG Yunpeng ， et al . Committed carbon emissions operation regions of power system： concept and method ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-08-10 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231021 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.231021 .

焦治杰，王小君，刘曌，等 . 考虑分布式新能源出力不确定性的虚拟电厂概率可行域构建方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 129 - 138 .

JIAO Zhijie ， WANG Xiaojun ， LIU Zhao ， et al . Construction method for probability-based feasible region of virtual power plant considering uncertainty of distributed renewable energy output ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 129 - 138 .

谭鸣骢，王玲玲，蒋传文，等 . 考虑负荷聚合商调节潜力的需求响应双层优化模型［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 10 ）： 32 - 44 .

TAN Mingcong ， WANG Lingling ， JIANG Chuanwen ， et al . Bi-level optimization model of demand response considering regulation potential of load aggregator ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 10 ）： 32 - 44 .

杨畅，李正烁，薛屹洵，等 . 基于双步投影算法的多区域互联电热综合能源系统的三层分布式可信分布鲁棒优化调度［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2024-05-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20231201.1038.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20231201.1038.002.html .

YANG Chang ， LI Zhengshuo ， XUE Yixun ， et al . Trilevel distributed credible distributionally robust optimization of multi-district integrated electricity and heat systems via two-step projection method ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2024-05-02 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20231201.1038.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2107.tm.20231201.1038.002.html .

张怀宇，昌力，曹路，等 . 基于改进奇诺多面体的需求侧资源可行域聚合研究［J］. 电力需求侧管理， 2024 ， 26 （ 2 ）： 1 - 7 .

ZHANG Huaiyu ， CHANG Li ， CAO Lu ， et al . Research on demand side resource feasible region aggregation based on improved zonotope ［J］. Power Demand Side Management ， 2024 ， 26 （ 2 ）： 1 - 7 .

包诗媛，雷星雨，居来提·阿不力孜，等 . 考虑非凸运行特性的多能源系统灵活调节能力刻画与聚合［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 55 - 66 .

BAO Shiyuan ， LEI Xingyu ， JULAITI Abulizi ， et al . Depiction and aggregation for flexible regulation capacity of multi-energy system considering nonconvex operation characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 55 - 66 .

MULLER F L ， SUNDSTROM O ， SZABO J ， et al . Aggregation of energetic flexibility using zonotopes ［C］// 2015 54th IEEE Conference on Decision and Control （CDC）， December 15-18 ， 2015 ， Osaka， Japan .

MULLER F L ， SZABO J ， SUNDSTROM O ， et al . Aggregation and disaggregation of energetic flexibility from distributed energy resources ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 1205 - 1214 .

YI Z K ， XU Y L ， WU C Y . Improving operational flexibility of combined heat and power system through numerous thermal controllable residents aggregation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 130 ： 106841 .

约翰逊 R A ，威切恩 D W . 实用多元统计分析［M］. 北京：清华大学出版社， 2008 .

JOHNSON R A ， WICHERN D W . Applied multivariate statistical analysis ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2008 .

陶会强 . 均值向量的非参数联合置信区间［D］. 上海：华东师范大学， 2012 .

TAO Huiqiang . Nonparametric simultaneous confidence intervals of a mean vector ［D］. Shanghai ： East China Normal University ， 2012 .

潘郑楠，邓长虹，徐慧慧，等 . 考虑灵活性补偿的高比例风电与多元灵活性资源博弈优化调度［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （增刊1 ）： 56 - 69 .

PAN Zhengnan ， DENG Changhong ， XU Huihui ， et al . Game optimization scheduling of high proportion wind power and multiple flexible resources considering flexibility compensation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ S1 ）： 56 - 69 .

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

基于等效投影的多微电网柔性配电系统协同优化运行方法

考虑自适应前瞻时间尺度的动态经济调度

基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计

基于通信负载站间迁移的配电网与5G基站日前互动运行方法