基于数据驱动的可再生能源场景生成与约简方法研究

作     者：董骁翀 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：孙英云;蒲天骄

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：场景生成 场景约简 Wasserstein距离 生成对抗网络 0-1规划 

摘      要：随着全球能源需求的不断增长,传统能源的大量开发导致资源紧张、环境污染、气候变化等问题日益突出,可再生能源具有无污染、环境友好的特点在近年来得到了快速的发展。但高渗透比例的可再生能源给电力系统的运行、调度和规划带来了巨大的挑战。由于可再生能源出力存在着间歇性和随机性的特点,准确地描述其不确定性是克服这些挑战的关键。现有研究主要通过场景法和区间法对可再生能源出力不确定性进行描述。应用多场景技术来描述可再生能源的不确定性特征,将不确定性因素转化为多个确定性场景,已成为处理电力系统随机优化的主要方法。而场景分析法可分为场景生成和场景约简两个部分。场景生成技术通过构建可再生能源出力不确定性模型来提取初始场景集。本文提出了一种基于条件生成对抗网络的可再生能源日前场景生成方法,通过对抗网络的博弈训练使生成器学习到预测条件下噪声分布与日前场景集之间的映射关系。算例验证了所提日前场景生成模型的有效性,并与传统场景生成方法进行对比表明所提方法能更精确地描述可再生能源日前不确定性。场景约简技术则需要从大量的初始场景集中选择少量场景构成经典场景集。本文提出了一种基于Wasserstein距离的场景约简0-1规划模型。并提出了聚类有效性指标体系,依据聚类有效性指标确定最佳聚类数。算例根据聚类有效性指标确定的最佳聚类数对初始场景集进行场景约简,验证了所提方法的合理性与有效性。并对比分析了传统场景约简方法,结果表明场景约简0-1规划模型有着更好的精准性与适用性。基于以上研究工作成果,并结合项目示范工程需求开发了基于模块化设计的可再生能源场景生成系统。本文针对可再生能源场景生成系统的结构设计、部署方式以及功能设计进行了分析,并介绍了可再生能源场景生成系统中各个功能模块界面的人机交互信息。本文针对可再生能源场景生成与约简方法进行了系统性的研究工作,提出了基于条件生成对抗网络的场景生成技术以及基于Wasserstein距离的场景约简技术,最后将研究工作结合示范工程需求开发了可再生能源场景生成系统。