一种抽水蓄能电站两阶段随机规划模型及其快速求解方法

本申请涉及电力系统控制，尤其涉及一种抽水蓄能电站两阶段随机规划模型及其快速求解方法。

背景技术：

1、现有抽水蓄能电站规划技术虽然已经取得了一定进展，但在高比例新能源接入、强源荷不确定性以及极端水文气象事件频发的条件下仍存在明显不足。现有方法往往通过场景聚类或概率建模等手段，对源荷两端历史数据进行梳理，并将得到的典型特性曲线输入规划模型。该类方法能够降低原始数据规模，但其处理结果仍主要停留在源荷运行状态描述层面，没有进一步转化为抽水蓄能电站实际需要承担的调节任务。抽蓄规划需要的信息不仅包括净负荷水平，还应涵盖不同场景与时段下的功率调节需求、爬坡支撑需求以及区域调节需求。仅采用净负荷曲线或典型源荷曲线难以准确识别源荷波动的调节方向与空间分布，在集群工作中也难以明确不同候选电站的具体功能定位，从而使源荷不确定性分析与抽水蓄能规划决策之间缺乏直接、有效的衔接。

2、同时，不同候选站址在地理位置、可用容量、接网条件等方面存在明显差异。现有技术中一部分方法侧重于采用层次分析，综合评价站址的地理信息后进行排序，另一部分则在站址已确定的条件下开展容量配置与运行优化，站址评价与库容规划往往相互分离，未能形成统一的参数体系。部分规划模型将不同候选站址简化为参数相同或结构相似的储能元件，未能准确反映不同站址之间的工程异质性，给实际应用中的差异化规划带来困难，容易使规划模型偏向静态投资成本较低或额定容量较大的站址，忽略其真实工程条件与区域支撑价值。

3、水文气象因素对抽水蓄能规划具有双重影响。极端天气会改变源端出力与负荷水平，改变系统的功率缺额与富余电量，同时水库水位与可用水量还会对电站的有效库容与跨时段能量转移能力产生影响。现有模型通常采用固定水头、库容等参数，仅将天气状态作为外部场景标签，未能将其真正作用于候选站址的实际运行边界。这种处理方式容易高估部分电站在极端条件下的可用调节能力，导致规划方案在实际运行过程中出现支撑能力不足的问题。

4、此外，当规划模型进一步考虑多个候选站址、多个源荷场景、多种气象场景以及多个调节需求时，模型中往往会包含大量运行变量，从而形成大规模混合整数优化问题。现有模型通常使用两个二进制变量分别表示抽水蓄能电站的抽水与发电状态，并额外设置互斥约束。当候选站址数量和场景时段数增加后会产生大量状态变量与逻辑约束，显著扩大整数搜索空间。同时现有模型常采用较为宽松的统一大数上界来约束抽发功率与储能状态，过大的变量边界会削弱线性松弛模型的边界质量，使求解器在大量不具有实际工程意义的空间中进行搜索，增加分支数量并降低收敛速度。区域需求与系统总需求约束的同时存在还可能导致约束冗余，在未增加有效可行域信息的同时大大增加了模型的规模与求解负担。

技术实现思路

1、本申请提供一种抽水蓄能电站两阶段随机规划模型及其快速求解方法，为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方法：

2、本申请提供一种抽水蓄能电站两阶段随机规划模型及其快速求解方法，包括：

3、获取典型场景下的功率调节需求和爬坡需求；

4、构建抽水蓄能候选站址参数库；

5、基于抽水蓄能候选站址所在位置的水文气象条件，通过水文气象参数对站址参数进行修正，生成水文气象修正参数；

6、基于所述功率调节需求、所述爬坡需求、所述抽水蓄能候选站址参数库和所述水文气象修正参数，构建以满足规划与运行约束前提下的综合年成本最小为目标的两阶段随机规划模型；

7、采用紧凑化重构与分层热启动策略的高效求解算法，对所述两阶段随机规划模型求解，确定最优解。

8、可选地，所述功率调节需求包括有功功率调节需求和无功功率调节需求；所述有功功率调节需求的确定过程包括以下步骤：

9、获取光伏出力、风电出力、常规负荷与电动汽车负荷；

10、基于所述光伏出力、所述风电出力、所述常规负荷与所述电动汽车负荷，计算系统净负荷；

11、基于所述系统净负荷，确定典型场景下的净负荷偏差；

12、基于所述净负荷偏差，计算有功功率调节需求。

13、可选地，所述无功功率调节需求的计算过程包括以下步骤：

14、获取典型场景下的系统无功支撑需求偏差；

15、基于所述系统无功支撑需求偏差，计算无功功率调节需求。

16、可选地，所述爬坡需求的计算过程包括以下步骤：

17、基于所述系统净负荷，计算典型场景下的净负荷爬坡量；

18、基于所述净负荷爬坡量，计算爬坡需求。

19、可选地，所述抽水蓄能候选站址参数库包括容量与机组参数、库容与储能参数、水头与效率参数、经济建设参数和区域归属与支撑关系。

20、可选地，基于抽水蓄能候选站址所在位置的水文气象条件，通过水文气象参数对站址参数进行修正，生成水文气象修正参数；包括：

21、引入水头修正参数，对水头进行修正，生成修正水头；

22、引入储能容量修正参数，对储能容量进行修正，生成候选站最大修正储能容量；

23、基于不同气象水文状态下不同候选站在对应时段的补水量和蒸散发量损失，计算水位修正项。

24、可选地，所述两阶段随机规划模型的第一阶段约束包括站址选择变量约束、规划变量约束和装机容量约束；

25、所述两阶段随机规划模型的第二阶段约束包括建设容量和在线机组数量约束、最小技术出力限制约束、发电和抽水状态的互斥约束、储能状态递推约束、储能状态上下限约束、末端储能约束、有功功率约束、无功功率约束、爬坡能力约束与区域支撑约束。

26、可选地，所述采用紧凑化重构与分层热启动策略的高效求解算法，对所述两阶段随机规划模型求解，确定最优解，包括：

27、采用紧凑化重构，对所述两阶段随机规划模型的约束条件进行重构；

28、采用分层热启动策略，结合重构过的约束条件，对所述两阶段随机规划模型进行求解，确定最优解。

29、可选地，所述分层热启动策略包括外部历史解复用与内部松弛调度修正。

30、本申请具有以下有益效果：

31、本申请所提方法，能够统一考虑多源不确定性、水文气象影响、候选站址差异和多场景运行适应性，并对两阶段随机规划模型进行快速、稳定的求解。

1.一种抽水蓄能电站两阶段随机规划模型及其快速求解方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率调节需求包括有功功率调节需求和无功功率调节需求；所述有功功率调节需求的确定过程包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无功功率调节需求的计算过程包括以下步骤：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述爬坡需求的计算过程包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抽水蓄能候选站址参数库包括容量与机组参数、库容与储能参数、水头与效率参数、经济建设参数和区域归属与支撑关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于抽水蓄能候选站址所在位置的水文气象条件，通过水文气象参数对站址参数进行修正，生成水文气象修正参数；包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两阶段随机规划模型的第一阶段约束包括站址选择变量约束、规划变量约束和装机容量约束；

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用紧凑化重构与分层热启动策略的高效求解算法，对所述两阶段随机规划模型求解，确定最优解，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分层热启动策略包括外部历史解复用与内部松弛调度修正。