Vol. 47 No. 15 Aug. 10,2023第 47 卷 第 15 期 2023 年 8 月 10 日
新能源电力系统灵活性供需量化及分布鲁棒优化调度
童宇轩
1
，胡俊杰
1
，刘雪涛
1
，陈 璨
2
，马 原
2
（1. 新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206；
2. 华北电力科学研究院有限责任公司，北京市 100045）
摘要：电网中新能源渗透率的提升导致电力系统在局部时段灵活性严重不足。针对现有处理电力
系统 灵 活 性 和 供 需 不 确 定 性 过 于 保 守 或 冒 险 的问 题 ，提出 一 种 数 据 驱 动 的 分 布 鲁 棒 优 化 调 度 模
型。首先 ，考虑风光 出力的时 空相关性 ，基于 Copula 理论构建 出力集合 。结合场 景法与区 间法对
电力系统灵活性需求进行量化，引入灵活调节因子表征各类资源参与灵活性调节的能力，建立灵活
性供需平衡约束。其次，考虑电动汽车等需求侧资源的灵活性供给能力，以灵活性资源运行成本与
电网灵活性缺额惩罚成本最优作为目标函数，建立数据驱动的两阶段分布鲁棒模型。为降低保守
性，采用综合范数对其概率分布进行约束，减小了灵活性需求出现极端情况的概率。针对两阶段鲁
棒模型求解问题，利用零和博弈思想将模型解耦为主问题和子问题，采用列与约束生成算法进行迭
代求解。最后，仿真算例表明，所提模型相比于传统不确定性模型对提高电力系统灵活性裕度与经
济性具有积极作用。
关键词：供需平衡；需求侧灵活性；数据驱动；分布鲁棒优化调度；列与约束生成算法
0 引言
可再生 能源 发电 设备 和并网 技术 快速 发展 ，以
新 能 源 为 主 导 的 新 型 电 力 系 统 逐 步 形 成
［1-2］
。 高 比
例新能源的随机波动性导致电力系统的运行调度难
度显著 增加，传 统灵活 性资源 如常规 机组的 灵活性
供给能 力已难 以有效 满足系 统剧增 的灵活 性需求 。
与此同时，电网在局部时段灵活性严重不足的现状，
使 得 需 求 侧 灵 活 性 逐 渐 成为 电 网 调 度运 行 的 研 究
核心。
国 际 能 源 署（International Energy Agency，
IEA）将 灵 活性 定 义 为 ：在 一 定 时 间 尺度 下 ，电网 中
灵 活 性 资 源 满 足 灵 活 性 需 求 的 能 力
［3-4］
。 灵 活 性 需
求的量化是进行灵活性供需平衡分析的关键。目前
已有文献对灵活性需求的量化方法展开了研究
［5-7］
，
但均未考虑不确定性因素。文献［8-10］采用联合概
率分布函数描述净负荷的随机性。这一类基于概率
的方法无法准确给出电力系统各时段的灵活性需求
与 调 节 能 力 ，且 受 限 于 不 确 定 量 的 概率 分布 情况 。
文献［11］在预测值的基础上用误差系数表征灵活性
需求的不确定性波动范围，处理过于简单。
近 年 来 ，鲁 棒 优化（RO）和随 机优 化（SO）被 运
用 到 不 确 定 性 因 素 影 响 下的 灵 活 性 供需 平 衡 研 究
中。 文 献［12-13］通过 鲁 棒 与 条 件 风险 价 值 构 建 灵
活性 供 需 平 衡 的 运 行域 。 文 献［14-15］通过 多 场 景
法求解灵活 性裕度，并根据 Bernstein 多项式理论 确
定基准 值，建立 了综合 随机优 化模型 。上述 方法在
灵 活 性 供 需 的 刻 画 上 均 存在 过 于 保 守或 冒 险 的 问
题 。 分 布 鲁 棒 优 化 （distributionally robust
optimization，DRO）模型结合了两者 的优点，使用不
确定概 率密度 描述不 确定性 ，从而寻 找最恶 劣场景
下 的 概 率 分 布 。 传 统 DRO 基 于 矩 信 息 或 KL
（Kullback-Leibler）离散度等距离量构建概率分布模
糊 集 合 进 行 优 化
［16］
。 前 者 通 常 为 难 以 求 解 的 非 确
定性多项式（NP）难问题，需要预先明确不确定量的
分布类型，且样本数据较多时过于保守；后者当假设
误差较 大时，概 率模糊 集有失 去意义 的风险 。基于
此 ，一 种 基 于 数 据 驱 动 的 DRO 得 到 了 重 视
［17］
。 该
模型通 过提取 电力系 统运行 的大量 历史数 据样本 ，
建立综合范数不确定概率集合表征不确定性。通过
历史数 据而不 是表征 整体性 能的矩 信息指 导决策 ，
对样本数据进行了充分利用，具有求解简单、经济灵
活性好 的优 势
［18］
。目前 数据 驱动 的 DRO 已初步 运
用 在 选 址 定容
［19］
、机组 组合
［20］
等 领 域 ，但 在 灵 活性
供需优化调度中尚无研究报道。
DOI： 10. 7500/AEPS20220707011
收稿日期： 2022-07-07； 修回日期： 2022-09-24。
上网日期： 2023-05-11。
国家自然科学基金资助项目（52177080）。
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