考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法，更具體涉及一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和 經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著風(fēng)電的大力發(fā)展，其出力的不確定性與隨機(jī)性對電力系統(tǒng)運(yùn)行和規(guī)劃工作帶 來了新的挑戰(zhàn)，風(fēng)電并網(wǎng)問題不僅體現(xiàn)在對系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻能力的需求方面，還體現(xiàn)在電網(wǎng) 輸電能力需求上，特別是相對薄弱的電網(wǎng)基礎(chǔ)往往會(huì)使得風(fēng)電難W在大規(guī)模范圍內(nèi)消納。 因此風(fēng)電規(guī)劃要與電網(wǎng)和電源相適應(yīng)，也就是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)要與電源的調(diào)峰能力相匹 配，不破壞系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)要與電網(wǎng)傳輸能力相匹配，不因風(fēng)電場的位置及裝機(jī)容 量選擇不合理，造成風(fēng)電送出通道受限，電網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)行成本增加，限制風(fēng)電的發(fā)展。
[0003] 制約系統(tǒng)接納風(fēng)電的因素可能是多方面的，但最主要的因素是電源調(diào)峰能力和電 網(wǎng)傳輸能力，規(guī)劃當(dāng)中應(yīng)將送兩種因素與風(fēng)電場接入方案綜合考慮，也就將輸電線路的擴(kuò) 展、常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行狀況、風(fēng)電場的接入在統(tǒng)一范疇內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，W達(dá)到系統(tǒng)可靠性與 投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的整體最優(yōu)。
[0004] 風(fēng)電規(guī)劃的目標(biāo)是一方面要大規(guī)模消納風(fēng)電，充分發(fā)揮風(fēng)電低碳、節(jié)能與減排的 效益，另一方面要系統(tǒng)消納風(fēng)電并不造成系統(tǒng)投資與運(yùn)行費(fèi)用的明顯上升。目前風(fēng)電規(guī)劃 主要關(guān)注風(fēng)電消納能力和風(fēng)電效益問題，而對風(fēng)電接入電網(wǎng)對已有常規(guī)電源的影響卻考慮 不多，W至于出現(xiàn)常規(guī)機(jī)組運(yùn)行效率降低及頻繁啟停而增加的燃料消耗量大于由于使用風(fēng) 電而節(jié)省的燃料量，造成由于風(fēng)電的大規(guī)模接納降低系統(tǒng)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性。在中國發(fā)明專利 申請文件（公開號(hào)CN102545258A和CN103793612A)中公開了考慮風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的電網(wǎng) 規(guī)劃方法中，其建模方法主要關(guān)注風(fēng)電綜合效益與輸電線路投資之間的關(guān)系，難W考慮系 統(tǒng)調(diào)峰能力及常規(guī)電源運(yùn)行狀態(tài)對規(guī)劃方案的影響，利用模型得出的方案在適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì) 性上難W滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方 法，該方法有效解決風(fēng)電規(guī)劃模型中電網(wǎng)適應(yīng)性不強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性差的弊端。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案；一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性 的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法，所述方法包括W下步驟：
[0007] (1)獲取電力系統(tǒng)基本f旨息；
[0008] (2)構(gòu)建計(jì)算模型；
[0009] (3)設(shè)定風(fēng)電場的裝機(jī)容量、裝機(jī)區(qū)域、輸電線路負(fù)載率上限和根據(jù)目標(biāo)的偏向度 選取棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)；
[0010] (4)求解所述模型。
[0011] 本發(fā)明提供的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法，所述 步驟（I)中的基本信息包括電力系統(tǒng)規(guī)劃水平年的負(fù)荷預(yù)測信息、水平年常規(guī)電源區(qū)域規(guī) 劃信息、機(jī)組技術(shù)參數(shù)、電網(wǎng)關(guān)鍵斷面信息、風(fēng)能資源信息和已有的電網(wǎng)規(guī)劃信息。
[0012] 本發(fā)明提供的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建模方法，所述 電力系統(tǒng)規(guī)劃水平年的負(fù)荷預(yù)測信息包括電負(fù)荷和熱負(fù)荷信息；所述電網(wǎng)關(guān)鍵斷面信息由 電網(wǎng)拓?fù)涞奶攸c(diǎn)、電力系統(tǒng)中負(fù)荷與電源分布情況確定；所述水平年常規(guī)電源區(qū)域規(guī)劃信 息由該電力系統(tǒng)的電源規(guī)劃獲得；所述風(fēng)能資源信息，從往年的風(fēng)電統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。
[0013] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述步驟（2)中的構(gòu)建模型過程為：
[0014] (2-1)在電力系統(tǒng)電源規(guī)劃已定的情況下，在若干區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中構(gòu)建優(yōu)化目 標(biāo)；
[0015] (2-2)構(gòu)建約束條件。
[0016] 本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述步驟（2-1)的優(yōu)化目標(biāo)W水平年的棄風(fēng)費(fèi)用、新建輸電線路投資和系統(tǒng)運(yùn)行 成本之和最小為目標(biāo)函數(shù)；所述優(yōu)化目標(biāo)中包含整數(shù)變量和連續(xù)變量，將所述優(yōu)化目標(biāo)中 的二次函數(shù)進(jìn)行線性化，所述模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。
[0017] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述步驟（2-2)的約束條件包括電力系統(tǒng)約束、火電機(jī)組約束和風(fēng)電場約束。
[0018] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述優(yōu)化目標(biāo)通過下式（1)確定：
[0019] minF = Fg+Fw+乙 IHj ? Cj (1)
[002引 i為機(jī)組編號(hào)，i = 1，2. . . I，I為火電機(jī)組和風(fēng)電場的總數(shù)；k = 1，2. . . K, K為時(shí) 段總數(shù)；n = 1，2. .. N，N為依據(jù)電網(wǎng)關(guān)鍵斷面信息劃分的電網(wǎng)分區(qū)總數(shù)；Fg為火電機(jī)組的發(fā) 電成本、為區(qū)域n內(nèi)的火電機(jī)組i在數(shù)段k的發(fā)電功率，為區(qū)域n內(nèi)的火電機(jī) 組i在k時(shí)段的啟停狀態(tài)，S",i為火電機(jī)組i的啟機(jī)費(fèi)用，f (Pg,為火電機(jī)組運(yùn)行成本； 為風(fēng)電場的棄風(fēng)費(fèi)化為k時(shí)段風(fēng)電場i實(shí)際被調(diào)用的風(fēng)電功率總量為k 時(shí)段風(fēng)電場i預(yù)測的風(fēng)電功率總量，目。,1為棄風(fēng)懲罰因子；m，為在分區(qū)X，n之間新建線路 數(shù)量，C，為新建線路在規(guī)劃水平年的投資建設(shè)成本。
[0023] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述優(yōu)化目標(biāo)包括：
[0024] 若在規(guī)劃中W全額接納風(fēng)電為主，則保證棄風(fēng)量最小為首要目標(biāo)兼顧經(jīng)濟(jì)性，將 棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)設(shè)置為數(shù)倍于常規(guī)電源運(yùn)行費(fèi)用的最大值；若在規(guī)劃中W經(jīng)濟(jì)性為主，則保 證系統(tǒng)成本最小為首要目標(biāo)，進(jìn)行適當(dāng)棄風(fēng)，將棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)設(shè)置為0. 1 ;若折衷考慮，貝U 將棄風(fēng)費(fèi)用系數(shù)設(shè)置在兩者之間。
[00巧]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述電力系統(tǒng)約束包括區(qū)域電力平衡約束、區(qū)域熱力平衡約束、區(qū)域間線路傳輸功 率極限約束、負(fù)荷備用約束和輸電線路約束；所述輸電新路約束包括區(qū)域間允許新建輸電 線路集約束和區(qū)域間允許新建線路數(shù)目約束；
[0026] 所述火電機(jī)組約束包括火電機(jī)組發(fā)電上下限約束、最小啟停時(shí)間約束、爬坡速率 約束、背壓式火電機(jī)組發(fā)電特性約束和抽氣式火電機(jī)組發(fā)電特性約束；
[0027] 風(fēng)電場約束包括風(fēng)電機(jī)組出力約束。
[0028] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述電力約束通過下式（4)-(9)確定：
[0029] 所述區(qū)域電力平衡約束通過下式（4)確定： r _
[0030] S 巧) + S 與".* 二 G ".* + S /-1 '妨N ieW 14.^
[0031] 所述區(qū)域熱力平衡約束通過下式（5)確定：
[0032] S 巧蘭巧如,4 仁1 (;5)
[0033] 所述負(fù)荷備用約束通過下式（6)確定：
[0034] 玄 (與',!',max Pg.nJ 、民tl .n.k - (6)
[0035] 所述區(qū)域間線路傳輸功率極限約束通過下式（7)確定：
[0036] + "!jC'n'max' C7)
[0037] 所述新建輸電線路條數(shù)約束通過下式（8)確定：
[003引 0《叫《Hljimax 做
[0039] 所述輸電線路負(fù)荷率約束通過下式（9)確定：
[0040] ^,,,^(巧,"出啦:牛賄；/巧時(shí)郵)</ 巧）
[0041] 其中，Px,",k為X分區(qū)和n分區(qū)之間現(xiàn)有線路在k時(shí)段的傳輸電力；Px,",m3x為X分區(qū) 和n分區(qū)之間現(xiàn)有線路的傳輸極限；P,,。,，是分區(qū)n在k時(shí)段的外受或外送電力化,",k、Rd,",k 分別是分區(qū)n在時(shí)段k的負(fù)荷備用和風(fēng)電備用；HgAiik是分區(qū)n內(nèi)機(jī)組i在時(shí)段k的供熱 量，HdAk是分區(qū)n在時(shí)段k的熱力需求，巧!。,胃是X分區(qū)和n分區(qū)之間新增輸電線路j的傳 輸極限，nitm。、是X分區(qū)和n分區(qū)之間允許新建的輸電線路數(shù)量上限，Y為輸電線路負(fù)荷率 上限，Pg,。,1,max分別為火電機(jī)組出力上限。
[0042] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種考慮電力系統(tǒng)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電優(yōu)化規(guī)劃建 模方法，所述火電機(jī)組約束通過下式巧)-(17)確定：
[0043] 所述機(jī)組發(fā)電上下限約束通過下式（10)確定：
[0044] Un,i,kPg,n,i,mm《Pg,n,i,k《Un,i,kPg,n,i,max (l〇)
[0045] 所述最小啟停時(shí)間約束通過下式（11)和（12)確定：
[0046] (Un'i'k 1-Un,i,k) (Tn'i'k l-Tn,i,〇n) > 0 QD
[0047] OUk-IUk I) (-Tn,i,k l-Tn,i,Wf) > 0 (12)
[0048] 所述機(jī)組爬坡速度約束通過下式（13)和（14)確定：
[004引巧",a-巧常<巧）
[0050] 巧:，"腫-巧:'。，,'八::7 (M)
[0051] 所述背壓式供熱機(jī)組發(fā)電特性約束通過下式（15)確定：
[0052] Pg,n,i,k = Hg,n,i,k.d (15)
[0053] 所述抽氣式供熱機(jī)組發(fā)電特性約束通過下式（16)和（17)確定：
[0054] Pg,n,i,k>Hg,n,i,k-d (16)
[005引 PB,n,i,max-PB,n,i,k>Hg,n,i,k.e (17