基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法，其特點是針對風(fēng)電出力的不確定性，利用24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)來刻畫系統(tǒng)的調(diào)峰能力，從而確定出風(fēng)電并網(wǎng)功率和系統(tǒng)正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量；并建立起以系統(tǒng)總運行成本最小為目標(biāo)，含水、火電運行價格成本、風(fēng)電棄風(fēng)懲罰成本以及系統(tǒng)備用懲罰成本的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化模型，為解決常規(guī)機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電利用效益之間的矛盾提供了一種較好的對策。
【專利說明】基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法，具體地說，本發(fā)明 提出了 24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)，從調(diào)峰能力的角度確定出風(fēng)電并網(wǎng)功率和系統(tǒng)正、負(fù)旋轉(zhuǎn) 備用容量，建立了 W系統(tǒng)總運行成本最小為目標(biāo)，含水、火電運行價格成本、風(fēng)電棄風(fēng)懲罰 成本W(wǎng)及系統(tǒng)備用懲罰成本的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化模型，屬于電氣信息領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題是為實現(xiàn)發(fā)電成本最小、污染物排放量最小等目標(biāo)， 基于系統(tǒng)功率平衡、備用需求和機(jī)組出力限制等約束條件，得到調(diào)度周期內(nèi)負(fù)荷最優(yōu)分配 的發(fā)電計劃。當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電并入電網(wǎng)W后，由于風(fēng)能受到多種自然因素的影響而具有強(qiáng)烈 的隨機(jī)波動性，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了不小的沖擊，尤其是風(fēng)電的逆調(diào)峰特性加大 了系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差，對系統(tǒng)調(diào)度計劃的制定產(chǎn)生了極大的影響?，F(xiàn)有的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)度優(yōu) 化模型研究的重點主要體現(xiàn)在兩個方面；一是建立較為精確的風(fēng)電出力模型；二是配置合 理的系統(tǒng)備用容量。
[0003] 許多研究采用基于Weibull分布規(guī)律的風(fēng)速模型和場景分析理論對風(fēng)電出力進(jìn) 行建模，然后將預(yù)測得到的風(fēng)電出力全額上網(wǎng)參與調(diào)度，雖然該些建模方法提高了風(fēng)電預(yù) 測出力功率的精確性，但是不易與調(diào)度方案靈活結(jié)合起來，協(xié)調(diào)調(diào)度能力差，容易出現(xiàn)調(diào)峰 容量裕度不足的情況，所W需要考慮調(diào)峰裕度來對調(diào)度方案進(jìn)行優(yōu)化建模，張偉.大規(guī)模 風(fēng)電并網(wǎng)條件下電力系統(tǒng)有功調(diào)度研究巧].東北電力大學(xué)碩±論文.2013。
[0004] 大規(guī)模風(fēng)電接入導(dǎo)致系統(tǒng)等效負(fù)荷峰谷差變大，加劇了對系統(tǒng)調(diào)峰的難度，為了 保證系統(tǒng)能夠安全可靠運行，必須預(yù)留足夠的備用容量。在許多優(yōu)化模型中將風(fēng)電總量的 一定百分比作為附加備用容量來應(yīng)對風(fēng)電隨機(jī)變化特性，但是該種確定性的方法沒有對風(fēng) 電的不確定性給予統(tǒng)計分析，實際上只有預(yù)留100%的風(fēng)電容量水平的旋轉(zhuǎn)備用才能夠確 保系統(tǒng)絕對安全，周巧，彭畳，孫輝，等.含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].中國電機(jī) 工程學(xué)報，2009, 29 (25) : 13-18。許多研究開始采用概率化的方法來確定備用容量，將負(fù)荷 預(yù)測誤差和風(fēng)電出力預(yù)測誤差的概率分布同機(jī)組的累積停運容量概率模型結(jié)合，得到機(jī)組 累計停運容量概率表C0PT，然后采用函數(shù)擬合的方法得到不同機(jī)組組合狀態(tài)下的備用容 量，從而使系統(tǒng)在風(fēng)電并網(wǎng)后仍能夠達(dá)到期望的可靠性水平，但是選取的風(fēng)電和負(fù)荷的出 力誤差模型都較為簡單，實現(xiàn)的結(jié)果仍存在較大誤差，張國強(qiáng)，吳文傳，張伯明.考慮風(fēng)電 接入的有功運行備用協(xié)調(diào)優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)自動化，2011,35(12) :15-19。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對風(fēng)電全額上網(wǎng)的扶持政策，為解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后常規(guī)機(jī) 組運行經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電利用效益之間的矛盾而提供的一種基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào) 度優(yōu)化方法，其特點是針對風(fēng)電出力的不確定性，利用24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)來評估系統(tǒng) 的調(diào)峰裕度進(jìn)而確定出風(fēng)電并網(wǎng)功率和系統(tǒng)正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量，同時建立起W系統(tǒng)總運 行成本最小為目標(biāo)，含水、火電運行價格成本、風(fēng)電棄風(fēng)懲罰成本W(wǎng)及系統(tǒng)備用懲罰成本的 風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化模型。
[0006] 其主要思路是：利用24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)對系統(tǒng)調(diào)峰裕度進(jìn)行評估，當(dāng)調(diào)峰容 量充裕時將風(fēng)電預(yù)測出力作為負(fù)的負(fù)荷直接修正日負(fù)荷曲線，得到等效日負(fù)荷曲線。如果 正調(diào)峰容量裕度不足，風(fēng)電能夠全額并網(wǎng)，同時在制定開機(jī)方式時需要增開機(jī)組數(shù)目來提 高輸出的功率W快速響應(yīng)系統(tǒng)功率的缺失；如果負(fù)調(diào)峰容量裕度不足，則需要采取適當(dāng)?shù)?棄風(fēng)策略。調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)總運行成本最小，其中包含了水、火電運行價格成 本、風(fēng)電棄風(fēng)懲罰成本W(wǎng)及系統(tǒng)備用懲罰成本。
[0007] 本發(fā)明的目的由W下技術(shù)措施實現(xiàn)
[0008] 基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法包括W下步驟：
[0009] 1)系統(tǒng)24點調(diào)峰容量裕度評價指標(biāo)
[0010] 將風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)的凈負(fù)荷最大峰谷差作為調(diào)峰需求，為了精確表征24個調(diào)度 時段的負(fù)荷變化，定義系統(tǒng)24點調(diào)峰需求為后一時段與前一時段最大負(fù)荷差的絕對值，即
[0011] A Pld. t = max (I Pld. t+rPiD. 11) (t = 〇, I, 2, --?, 23) (I)
[001引式中，A 為t時刻的調(diào)峰需求；Pu. W為t+1時刻的負(fù)荷；為t時刻的負(fù) 荷。
[0013] 由于負(fù)荷的時變特性導(dǎo)致調(diào)度日內(nèi)24個時段調(diào)峰需求具有實時性，所W為應(yīng)對 風(fēng)電并網(wǎng)后負(fù)荷波動系統(tǒng)所配置的調(diào)峰容量是要求在需要時能立即投入運行的容量，即調(diào) 峰容量屬于旋轉(zhuǎn)備用容量的一部分，所W在制定調(diào)度計劃的時候可W在旋轉(zhuǎn)備用的約束條 件中將調(diào)峰容量計入。針對負(fù)荷上升和下降的情況，利用所有常規(guī)機(jī)組在各個時段的可調(diào) 節(jié)容量之和來確定系統(tǒng)能夠提供的調(diào)峰容量，那么系統(tǒng)24點調(diào)峰容量可分別表示為正調(diào) 峰容量和負(fù)調(diào)峰容量，即
[0014]

【權(quán)利要求】
1.基于調(diào)峰裕度的風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括以下步驟： 1) 系統(tǒng)24點調(diào)峰容量裕度評價指標(biāo) 將風(fēng)電并網(wǎng)后系統(tǒng)的凈負(fù)荷最大峰谷差作為調(diào)峰需求，為了精確表征24個調(diào)度時段 的負(fù)荷變化，定義系統(tǒng)24點調(diào)峰需求為后一時段與前一時段最大負(fù)荷差的絕對值，即
式中，A Puht為t時刻的調(diào)峰需求；Pu^1為t+1時刻的負(fù)荷；Puxt為t時刻的負(fù)荷； 由于負(fù)荷的時變特性導(dǎo)致調(diào)度日內(nèi)24個時段調(diào)峰需求具有實時性，所以為應(yīng)對風(fēng)電 并網(wǎng)后負(fù)荷波動系統(tǒng)所配置的調(diào)峰容量是要求在需要時能立即投入運行的容量，即調(diào)峰容 量屬于旋轉(zhuǎn)備用容量的一部分，所以在制定調(diào)度計劃的時候可以在旋轉(zhuǎn)備用的約束條件中 將調(diào)峰容量計入；針對負(fù)荷上升和下降的情況，利用所有常規(guī)機(jī)組在各個時段的可調(diào)節(jié)容 量之和來確定系統(tǒng)能夠提供的調(diào)峰容量，那么系統(tǒng)24點調(diào)峰容量可分別表示為正調(diào)峰容 量和負(fù)調(diào)峰容量，即
式中，A Pat為系統(tǒng)24點調(diào)峰容量；A PtiIt為t時段系統(tǒng)提供的正調(diào)峰容量；A Pa DK.t為t時段系統(tǒng)提供的負(fù)調(diào)峰容量；其中A PtiIt和厶Pamit分別表示為
式中，A Pui.t和A Pdi.t分別為水電機(jī)組i在t時段提供的正負(fù)調(diào)峰容量；A Puj.t和 A Ptu.,分別為火電機(jī)組j在t時段提供的正負(fù)調(diào)峰容量；Pfault.t為t時段系統(tǒng)預(yù)留的事故 備用，通常取為最大發(fā)電負(fù)荷的5%-10%，并且不小于系統(tǒng)中一臺最大機(jī)組的容量；Pimax和 Pimin分別為水電機(jī)組i的出力上限和出力下限；URj和DRj分別為火電機(jī)組j的最大升爬坡 能力和最大降爬坡能力；Pjmax和Pjmin分別為火電機(jī)組j的出力上限和出力下限； 根據(jù)以上對調(diào)峰需求和調(diào)峰容量的描述，可以將系統(tǒng)24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)定義為 24點調(diào)峰容量與調(diào)峰需求的差值，即 PK.t = A PG.t- A PLD.t (t = 0, 1，2,…，23) (4) 利用該指標(biāo)可以評估系統(tǒng)各個時段的調(diào)峰裕度，從而確定出棄風(fēng)功率，得到修正后的 風(fēng)電并網(wǎng)凈負(fù)荷曲線，最后依據(jù)該曲線制定機(jī)組的調(diào)度計劃； 2) 風(fēng)電并網(wǎng)后的等效日負(fù)荷曲線 利用24點調(diào)峰容量裕度指標(biāo)對系統(tǒng)調(diào)峰裕度進(jìn)行評估，當(dāng)調(diào)峰容量充裕時風(fēng)電功率 可以被系統(tǒng)完全消納，此時可以將風(fēng)電出力作為負(fù)的負(fù)荷直接修正日負(fù)荷曲線，得到等效 日負(fù)荷曲線；如果正調(diào)峰容量裕度不足，風(fēng)電能夠全額并網(wǎng)，同時在制定開機(jī)方式時需要增 開機(jī)組數(shù)目來提高輸出的功率以快速響應(yīng)系統(tǒng)功率的缺失；如果負(fù)調(diào)峰容量裕度不足，則 需要采取適當(dāng)?shù)臈夛L(fēng)策略； 具體方法如下：為系統(tǒng)設(shè)定一個調(diào)峰容量裕度的下限值PK.t.min，本文采用類似系統(tǒng)備 用容量的確定方法，將PK. t.min定義為風(fēng)電預(yù)測出力的固定比例；當(dāng)調(diào)峰容量裕度低于PK. t.min時，則在負(fù)荷下降時段對裕度低于PK.,.^的部分進(jìn)行積分，得到風(fēng)電棄風(fēng)功率，即
在調(diào)峰容量不足的情況下需要用扣除棄風(fēng)功率后的并網(wǎng)風(fēng)電出力曲線修正日負(fù)荷曲 線得到等效日負(fù)荷曲線； 3) 風(fēng)電并網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)
式中，F(xiàn)h、Ft、F。、Fr分別表示水電的運行價格成本、火電的運行價格成本、風(fēng)電棄風(fēng)懲罰 成本以及系統(tǒng)備用懲罰成本；Nh、Nt、Nw分別表示水電機(jī)組、火電機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組的臺數(shù)；T 表示調(diào)度時間段內(nèi)總的時間段數(shù)；A T表示一個調(diào)度時段的長度；Pi.,、Py分別表示水電機(jī) 組i和火電機(jī)組j在時刻t的有功出力；Hii. t、n^.t分別表示水電機(jī)組i和火電機(jī)組j在時刻 t的啟停狀態(tài)，其值為1表示開機(jī)狀態(tài)，其值為O表示停機(jī)狀態(tài)；P i、P ^分別表示水電機(jī)組 i和火電機(jī)組j在單位時段t內(nèi)的單位成本電價；P k表示風(fēng)電機(jī)組k在單位時段t內(nèi)的棄 風(fēng)懲罰電價；P；：表示風(fēng)電機(jī)組k在時刻t的風(fēng)電功率預(yù)測值；Pk. t表示風(fēng)電機(jī)組k在時刻t 的實際并網(wǎng)功率；分別表示系統(tǒng)在時刻t的正旋轉(zhuǎn)備用、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用以及事 故備用懲罰價格；<、<f、Rq.t分別表示系統(tǒng)在時刻t的正旋轉(zhuǎn)備用、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用以及事 故備用容量； 4) 約束條件 ①系統(tǒng)正旋轉(zhuǎn)備用容量約束
式中，SUK.t為t時段系統(tǒng)提供的正旋轉(zhuǎn)備用容量；Lu%為系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測誤差對正旋轉(zhuǎn) 備用的需求；Pk.t為t時段風(fēng)電機(jī)組k的出力；wu%為風(fēng)電出力預(yù)測誤差對正旋轉(zhuǎn)備用的需 求； ② 系統(tǒng)負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量約束
式中，SDK.t為t時段系統(tǒng)提供的負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量;Wkmax為風(fēng)電機(jī)組k的最大出力；w d% 為風(fēng)電出力預(yù)測誤差對負(fù)旋轉(zhuǎn)備用的需求； ③ 系統(tǒng)有功功率平衡約束
式中，Pmin.i和PmaU分別為水電機(jī)組i的最小出力和最大出力；Pmin.」和P_.」分別為火 電機(jī)組j的最小出力和最大出力； ⑤機(jī)組爬坡能力約束 因為水電機(jī)組具有較好的爬坡性能，所以本文中只考慮了火電機(jī)組的爬坡能力；
式中，URj和DRj分別為火電機(jī)組j的增出力爬坡能力限制和減出力爬坡能力限制；f 和<_分別為火電機(jī)組j的向上爬坡速率和向下爬坡速率。
【文檔編號】H02J3/38GK104362673SQ201410594661
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】劉天琪, 曾雪婷, 李茜, 陳振寰, 王福軍, 李曉虎, 楊春祥, 關(guān)鐵英 申請人:國網(wǎng)甘肅省電力公司, 四川大學(xué)