一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法
【專利摘要】一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，它包括以下過程：采集歷史氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到未來24小時(shí)太陽輻照度、溫度預(yù)測(cè)曲線；統(tǒng)計(jì)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)得到未來24小時(shí)電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線；建立光伏電站出力模型，得到未來24小時(shí)光伏出力預(yù)測(cè)曲線；根據(jù)光伏出力的概率分布模型得到未來24小時(shí)光伏出力的概率分布以及不同場(chǎng)景下的光伏出力值；建立含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型，得到風(fēng)險(xiǎn)備用曲線；計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)備用容量，得到風(fēng)險(xiǎn)容量曲線；求解基本UC優(yōu)化問題，修正機(jī)組組合方案；求解運(yùn)行費(fèi)用期望值過程中發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)函數(shù)最小的調(diào)度方案作為最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。本發(fā)明保證了電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)可控性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】
-種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素主要來自于負(fù)荷側(cè)，發(fā)電側(cè)出力是可控的， 通過調(diào)節(jié)發(fā)電側(cè)的機(jī)組出力來應(yīng)對(duì)負(fù)荷側(cè)電力需求的隨機(jī)變化。大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng) 后，由于光伏出力具有波動(dòng)性和預(yù)測(cè)精度低等特點(diǎn)，使得發(fā)電側(cè)部分電源出力不可控，運(yùn)部 分不可控電源和負(fù)荷的隨機(jī)變化均需要具有靈活功率調(diào)整能力的可控電源配合運(yùn)行，給系 統(tǒng)運(yùn)行增加了新的不確定因素，所W大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題提出 了更高的要求。
[0003] 鑒于光伏與常規(guī)電源在出力特性及其可控性的不同，在調(diào)度問題中如何合理考慮 光伏輸出功率及其出力特性，對(duì)含大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度具有重要意義。文 獻(xiàn)[1]綜合考慮了太陽福照度隨機(jī)變化的影響因素，基于蒙特卡洛方法建立起太陽福照度 的時(shí)變模型，根據(jù)光伏的能量轉(zhuǎn)化原理得到光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出特性，但基于統(tǒng)計(jì)得 到的光伏功率輸出特性應(yīng)用于系統(tǒng)短期運(yùn)行并不合適；文獻(xiàn)[2]利用自回歸滑動(dòng)平均 (ARMA)模型對(duì)太陽福照度進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合光伏出力特性和聚類理論建立了光伏出力多狀態(tài) 隨機(jī)預(yù)測(cè)模型，并應(yīng)用于含光伏電力系統(tǒng)的中長期生產(chǎn)模擬中，但該模型無法考慮短期經(jīng) 濟(jì)調(diào)度中的機(jī)組連續(xù)開停機(jī)時(shí)間等動(dòng)態(tài)約束;文獻(xiàn)[3]采用模糊理論，將各時(shí)段的光伏出力 用模糊集表示，采用梯形隸屬度函數(shù)來考慮光伏出力的隨機(jī)性;文獻(xiàn)[4]在對(duì)光伏出力進(jìn)行 模糊處理的基礎(chǔ)上，引入可信性理論，用置信水平控制風(fēng)險(xiǎn)，建立模糊機(jī)會(huì)約束的機(jī)組組 合數(shù)學(xué)模型，但目標(biāo)函數(shù)中沒有對(duì)風(fēng)險(xiǎn)成本加 W考慮。目前的文獻(xiàn)均對(duì)光伏發(fā)電出力特性 進(jìn)行了研究，并取得一定的成果，但在衡量大規(guī)模光伏接入后給電力系統(tǒng)帶來的電量效益 W及風(fēng)險(xiǎn)成本方面尚缺乏深入的探索。因此，大規(guī)模光伏接入后電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略 問題仍需要進(jìn)行進(jìn)一步研究工作。
[0004] 參考文獻(xiàn)：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方 法，其不僅能夠保證電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)可控，而且能夠保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng) 濟(jì)調(diào)度方法，它包括W下過程：
[0011] S1，采集歷史太陽福照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)采集到 的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)未來24小時(shí)的太陽福照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣 象參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到未來24小時(shí)太陽福照度、溫度預(yù)測(cè)曲線；
[0012] S2,統(tǒng)計(jì)歷史電力系統(tǒng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)得到未來24小時(shí)電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線；
[0013] S3,建立光伏電站出力模型，并基于建立的光伏電站出力模型，根據(jù)未來24小時(shí)太 陽福照度、溫度預(yù)測(cè)曲線，得到未來24小時(shí)光伏出力預(yù)測(cè)曲線；
[0014] S4,根據(jù)光伏出力的概率分布模型，基于光伏出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得到未來24小時(shí)光伏 出力的概率分布W及不同場(chǎng)景下的光伏出力值；
[0015] S5,建立含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型，給定不同的風(fēng)險(xiǎn)置信度 β，計(jì)算未來24小時(shí)剩余時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)備用，得到風(fēng)險(xiǎn)備用曲線；
[0016] S6,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)備用容量，得到風(fēng)險(xiǎn)容量曲線；
[0017] S7,針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下風(fēng)險(xiǎn)備用曲線及風(fēng)險(xiǎn)容量曲線，調(diào)用Matlab軟件混合 整數(shù)優(yōu)化工具箱求解基本UC優(yōu)化問題，修正機(jī)組組合方案；
[0018] S8,計(jì)算不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下未來一天的電力系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用期望值，求解過程中 發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)函數(shù)最小的調(diào)度方案作為最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。
[0019] 進(jìn)一步地，在步驟S3中所述建立光伏電站出力模型的過程包括W下步驟：
[0020] 1)對(duì)太陽福射的概率分布進(jìn)行建模
[0021] 太陽福射是光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，光伏電站的輸出功率與太陽福照度的大小 密切相關(guān)。由于太陽福射受到太陽位置、季節(jié)、氣候和氣象條件等因素的影響，具有較強(qiáng)的 不確定性。研究表明，在一定時(shí)段內(nèi)（1小時(shí)或幾小時(shí)），太陽福照度近似服從Beta分布。太陽 福照度在時(shí)段t的概率密度函數(shù)可描述為
[0022]
[0023] 式中，Γ為Gamma函數(shù);at、0t為Beta分布在時(shí)段t的形狀參數(shù)；St為時(shí)段t的太陽福 射率，定義為
[0024]
輝
[0025] 式中，rt和rt.max分別為時(shí)段t實(shí)際的太陽福照度和最大可能的太陽福照度。Beta分 布的形狀參數(shù)at、i3t可由下式求出
[00%]式中，yt、〇t分別為太陽福射率St的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
[0029] 2)對(duì)光伏電站輸出功率的概率分布進(jìn)行建模
[0030] 基于建立的太陽福照度概率模型，W光伏組件與太陽福照度之間的映射關(guān)系為基 礎(chǔ)，建立光伏電站的輸出功率函數(shù)。
[0031] 光伏電站的輸出功率取決于太陽福照度、環(huán)境溫度及光伏組件的特性，為簡(jiǎn)化模 型，假設(shè)光伏電站中每個(gè)光伏組件是完全一樣的，光伏電站總輸出功率為
[0032] p〇(s)=N · FF · Vy · ^ (5)
[0033 ]式中，N為光伏組件的數(shù)量;FF為填充因子;Vy、^分別為光伏組件的輸出電壓和輸 出電流。VyJy和FF與太陽福照度、環(huán)境溫度之間的關(guān)系如式(6)~(9)所示。
[003引式中，Tcy、TA分別為光伏組件的溫度和環(huán)境溫度;郵1、￥。。、13。分別為光伏組件的標(biāo) 稱工作溫度、開路電壓和短路電流;Κν、Ki分別為電壓溫度系數(shù)和電流溫度系數(shù);Vmppt、Imppt 分別為最大運(yùn)行點(diǎn)時(shí)的電壓和電流。
[0039] 3)光伏電站出力不確定性的處理及求解
[0040] 光伏輸出功率逐時(shí)的概率分布是一條連續(xù)并且光滑的概率曲線，無法直接引入模 型進(jìn)行計(jì)算，本發(fā)明采用多個(gè)離散場(chǎng)景的概率分布進(jìn)行取代，既能保留光伏的概率特性，又 簡(jiǎn)化了計(jì)算。在時(shí)段t，場(chǎng)景i下光伏出力為
[0041]
' '
[0042] 式中，Ppvt.max為時(shí)段t太陽福射率St等于1時(shí)光伏的輸出功率，即光伏最大輸出功 率；APpvt為光伏實(shí)際出力與光伏最大輸出功率時(shí)Vt.max的差值。
[0043] 進(jìn)一步地，在步驟S4中首先對(duì)光伏出力進(jìn)行離散化處理：
[0044] 對(duì)光伏出力的概率分布進(jìn)行離散化處理，將光伏出力的概率分布曲線分成若干個(gè) 區(qū)間，得到每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的概率，然后通過對(duì)每個(gè)區(qū)間分別計(jì)算并進(jìn)行加權(quán)，從而逼近光伏 出力概率分布曲線的結(jié)果。
[0045] 進(jìn)一步地，在步驟S5中所述含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型的目標(biāo) 函數(shù)為：
[0046] W常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本及相關(guān)的懲罰費(fèi)用的數(shù)學(xué)期望最小作為目標(biāo)函數(shù)：
[0047]
[004引式中，T為調(diào)度周期的時(shí)段數(shù)，本發(fā)明中T取24;N為系統(tǒng)常規(guī)發(fā)電機(jī)組數(shù);fGit為時(shí) 段t機(jī)組i的發(fā)電成本;uit表示機(jī)組i在時(shí)段t的運(yùn)行狀態(tài)，1代表運(yùn)行，0代表停運(yùn);Sit為時(shí)段 t機(jī)組i的啟動(dòng)成本;fLt為時(shí)段t光伏實(shí)際出力過低時(shí)強(qiáng)制切負(fù)荷的懲罰費(fèi)用;fpvt為時(shí)段t光 伏實(shí)際出力過大時(shí)棄光電量的懲罰費(fèi)用。
[0049] 進(jìn)一步地，目標(biāo)函數(shù)中的各參數(shù)計(jì)算如下：
[0050] 常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本為
[0化1] fcit= (ai+bi化it+CiPGit2)Uit (12)
[00對(duì)式中，曰1心、(31為機(jī)組1的燃料費(fèi)用系數(shù);口日1*代表機(jī)組巧時(shí)段謝實(shí)際出力；
[0053]常規(guī)機(jī)組的啟動(dòng)成本為
[0化4]
[005引式中，細(xì)功機(jī)組i的熱態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用；Sci為機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用;X嚴(yán)為機(jī)組i在啟 動(dòng)時(shí)刻前的連續(xù)停運(yùn)時(shí)間;Ti°ff為機(jī)組i的最小停運(yùn)時(shí)間;Τι"為機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間。
[0056] 當(dāng)光伏電站實(shí)際出力過低且系統(tǒng)中機(jī)組的上調(diào)能力不足時(shí)，系統(tǒng)中總發(fā)電容量不 足W滿足所有的負(fù)荷，此時(shí)需要采取強(qiáng)迫切負(fù)荷的方式，保證電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率平衡；當(dāng) 光伏電站實(shí)際出力過大且系統(tǒng)中機(jī)組的下調(diào)能力不足時(shí)，電力系統(tǒng)并不能完全吸納所有的 光伏出力，此時(shí)系統(tǒng)必須采取棄光的措施來保證系統(tǒng)的安全，維持電力平衡。針對(duì)運(yùn)兩種情 況，由于光伏電站出力的隨機(jī)變化而導(dǎo)致的強(qiáng)迫切負(fù)荷懲罰費(fèi)用和棄光懲罰費(fèi)用分別為
[0057] fLt = C^Lt (14)
[0化引時(shí) Vt = CpvEpVt.ab (15)
[0059] 式中，Cl為單位失負(fù)荷電量的懲罰費(fèi)用；Cpv為單位棄光電量的懲罰費(fèi)用；ELt和 EpVt.ab分別為系統(tǒng)強(qiáng)迫切負(fù)荷電量期望值和棄光電量期望值。
[0060] 進(jìn)一步地，在步驟S5中所述含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型的約束 條件如下：
[0061] 含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的約束條件包括系統(tǒng)運(yùn)行約束、常規(guī)火 電機(jī)組約束和光伏電站運(yùn)行約束Ξ部分。
[0062] (1)系統(tǒng)運(yùn)行約束
[0063] ①系統(tǒng)功率平衡約束
[0064]
(.1 荷
[0065] 式中，Ppvt為光伏電站在時(shí)段t的有功出力;Lt為時(shí)段t的負(fù)荷。
[0066] ②旋轉(zhuǎn)備用約束
[0067] 大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)后，系統(tǒng)的調(diào)度人員不僅需要考慮常規(guī)機(jī)組的功率分 配，還要合理安排光伏電站的出力計(jì)劃。由于光伏發(fā)電的不可控性和隨機(jī)性，為了確保含光 伏系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需要設(shè)置足夠的備用容量，W彌補(bǔ)光伏出力波動(dòng)引起的電力不足。但 如果要滿足所有光伏出力場(chǎng)景下系統(tǒng)的供電需求，需要設(shè)置與光伏最大可能出力相等的旋 轉(zhuǎn)備用容量，但此優(yōu)化結(jié)果過于保守，運(yùn)樣會(huì)降低常規(guī)機(jī)組的負(fù)荷水平，增大火電發(fā)電燃料 消耗，使運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差。因此，為了平衡經(jīng)濟(jì)性與可靠性的矛盾，兼顧二者的需求，在本發(fā) 明的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中引入風(fēng)險(xiǎn)備用約束，允許在一定的置信水平內(nèi)不滿足備用約束，從而 獲得系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性的折衷。設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)備用的置信度為β，此時(shí)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用為 [006引 ρ( APpvt|《Rt)>0 (17)
[0069] 式中，Rt為置信水平β下為了平抑光伏出力波動(dòng)所預(yù)留的風(fēng)險(xiǎn)備用值。
[0070] (2)常規(guī)火電機(jī)組約束
[0071] ①機(jī)組出力約束
[0072] Pci-min 《Pcit《PGi .max ( 18)
[0073] 式中，PGi.inax、PGi.inin分別為常規(guī)機(jī)組i的最大和最小技術(shù)出力D
[0074] ②機(jī)組爬坡速率約束
[0075] -Di《PGi 廣 PGi(t-i)《Ui (19)
[0076] 式中，Di、化分別為機(jī)組i出力下降速率和上升速率的最大值。
[0077] ③機(jī)組最小啟停時(shí)間約束 ^〇打\不011
[007引 /off;;.。任 口巧
[0079] 式中，分別為常規(guī)機(jī)組i的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和連續(xù)停運(yùn)時(shí)間；Ti°n、Ti°ff為常 規(guī)機(jī)組i必須滿足的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停運(yùn)時(shí)間。
[0080] (3)光伏電站運(yùn)行約束 [0081 ]①光伏電站出力約束
[00的](21)
[0083] 式中，Ppvmax為光伏電站的額定容量。
[0084] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0085] 針對(duì)光伏發(fā)電的隨機(jī)性特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的含大規(guī)模光 伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，根據(jù)太陽福照度逐時(shí)的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出光伏 出力逐時(shí)的概率特性；引入基于置信度的風(fēng)險(xiǎn)備用，采用概率的形式考慮系統(tǒng)的備用約束， W適應(yīng)光伏的隨機(jī)性。本發(fā)明在目標(biāo)函數(shù)中，采用相應(yīng)的懲罰成本對(duì)光伏出力波動(dòng)引發(fā)的 強(qiáng)迫切負(fù)荷與棄光損失加 W考慮，且綜合考慮了系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性W及新能源利用;應(yīng) 用本發(fā)明的模型對(duì)IEEE RTS-96系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果證明了本發(fā)明所提方法的有效 性。
[0086] 針對(duì)含光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，本發(fā)明建立了基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃 的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，該模型不僅計(jì)及常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本，同時(shí)考慮了由于光 伏出力波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)的失負(fù)荷損失和光伏電站棄光的懲罰費(fèi)用;采用Be化分布對(duì)太陽福照 度逐時(shí)的概率分布特性進(jìn)行建模，根據(jù)太陽福照度與光伏出力的關(guān)系獲得光伏出力逐時(shí)的 概率分布特性。本發(fā)明通過引入風(fēng)險(xiǎn)備用約束，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行控制，通過對(duì)IEEE RTS-96系統(tǒng)的仿真計(jì)算與分析，驗(yàn)證了模型的合理性。
[0087] 本發(fā)明通過研究光伏的出力特點(diǎn)及其概率分布，針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度方法難W適應(yīng)含 大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的問題，構(gòu)建了考慮風(fēng)險(xiǎn)備用的新型動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模 型。本發(fā)明引入了機(jī)會(huì)約束規(guī)劃，通過設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)備用的置信水平，優(yōu)化應(yīng)對(duì)光伏出力隨機(jī)性 的備用容量，在允許一定電量不足和棄光的前提下，得到兼顧風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)度策略。 算例分析表明，本發(fā)明提出的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型是有效的，所得調(diào)度方案對(duì)含大規(guī)模光伏電力 系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度具有一定參考價(jià)值。
【附圖說明】
[0088] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0089] 圖2為光伏電站的日出力曲線示意圖；
[0090] 圖3為光伏電池出力的概率密度曲線示意圖；
[0091 ]圖4為不同光伏滲透率水平下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)示意圖；
[0092]圖5為不同風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0093] 為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié) 構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可W 在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。運(yùn)種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示 所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例 繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述W避免不必要地限制本發(fā)明。
[0094] 由于光伏出力具有明顯的波動(dòng)特性，大規(guī)模光伏發(fā)電接入系統(tǒng)后，系統(tǒng)需設(shè)置一 定的備用容量應(yīng)付其隨機(jī)性的功率波動(dòng)。但備用容量過高不僅會(huì)增加備用機(jī)組的機(jī)會(huì)成 本，也會(huì)因降低了負(fù)載率導(dǎo)致火電機(jī)組煤耗增大;而備用容量過低則會(huì)增大系統(tǒng)失負(fù)荷的 風(fēng)險(xiǎn)。因此，備用容量設(shè)置也是光伏接入后系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中出現(xiàn)的一個(gè)新的問題。機(jī) 會(huì)約束規(guī)劃是解決含隨機(jī)變量的決策優(yōu)化的一種有效手段，可W較好的協(xié)調(diào)光伏發(fā)電接入 后系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系問題。
[00M]如圖1所示，本發(fā)明的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征 是，包括W下過程：
[0096] S1，采集歷史太陽福照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)采集到 的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)未來24小時(shí)的太陽福照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣 象參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到未來24小時(shí)太陽福照度、溫度預(yù)測(cè)曲線；
[0097] S2,統(tǒng)計(jì)歷史電力系統(tǒng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)得到未來24小時(shí)電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線；
[0098] S3,建立光伏電站出力模型，并基于建立的光伏電站出力模型，根據(jù)未來24小時(shí)太 陽福照度、溫度預(yù)測(cè)曲線，得到未來24小時(shí)光伏出力預(yù)測(cè)曲線；
[0099] S4,根據(jù)光伏出力的概率分布模型，基于光伏出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得到未來24小時(shí)光伏 出力的概率分布W及不同場(chǎng)景下的光伏出力值；
[0100] S5,建立含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型，給定不同的風(fēng)險(xiǎn)置信度 β，計(jì)算未來24小時(shí)剩余時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)備用，得到風(fēng)險(xiǎn)備用曲線；
[0101] S6,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)備用容量，得到風(fēng)險(xiǎn)容量曲線；
[0102] S7,針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下風(fēng)險(xiǎn)備用曲線及風(fēng)險(xiǎn)容量曲線，調(diào)用Matlab軟件混合 整數(shù)優(yōu)化工具箱求解基本UC優(yōu)化問題，修正機(jī)組組合方案；
[0103] S8,計(jì)算不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下未來一天的電力系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用期望值，求解過程中 發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)函數(shù)最小的調(diào)度方案作為最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。
[0104] 本發(fā)明根據(jù)太陽福照度逐時(shí)的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出光伏出力逐時(shí)的概率特性。 引入基于置信度的風(fēng)險(xiǎn)備用，采用概率的形式考慮系統(tǒng)的備用約束，W適應(yīng)光伏的隨機(jī)性。 在目標(biāo)函數(shù)中，采用相應(yīng)的懲罰成本對(duì)光伏出力波動(dòng)引發(fā)的強(qiáng)迫切負(fù)荷與棄光損失加 W考 慮，且綜合考慮了系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性W及新能源利用。引入機(jī)會(huì)約束規(guī)劃，通過設(shè)置風(fēng) 險(xiǎn)備用的置信水平，優(yōu)化應(yīng)對(duì)光伏出力隨機(jī)性的備用容量，在允許一定電量不足和棄光的 前提下，得到兼顧風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)度策略。
[0105] 下面對(duì)本發(fā)明的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0106] 一、光伏電站出力建模
[0107] 1.1光伏電站的出力特性
[0108] 圖2為某光伏電站連續(xù)十日內(nèi)的光伏出力曲線，從圖中可W看出，光伏電站各時(shí)段 出力的最大值具有明顯的晝夜特性，即日間呈現(xiàn)近似正態(tài)分布、夜間零出力的特征。對(duì)于光 伏日間出力，由于太陽福射受到天氣、溫度、季節(jié)等各種因素的影響，其日間出力呈現(xiàn)明顯 的波動(dòng)特征。
[0109] 與風(fēng)電相比，光伏電站只在日間有效發(fā)電，夜間負(fù)荷低谷時(shí)發(fā)電功率為零，因此不 會(huì)增加系統(tǒng)的峰谷差;且上午光伏出力大幅提升的時(shí)間區(qū)間與負(fù)荷增加的時(shí)間區(qū)間非常接 近，能夠有效降低上午負(fù)荷快速增加時(shí)常規(guī)機(jī)組的爬坡壓力。
[0110] 1.2太陽福射的概率分布
[0111] 太陽福射是光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的來源，光伏電站的輸出功率與太陽福照度的大小 密切相關(guān)。由于太陽福射受到太陽位置、季節(jié)、氣候和氣象條件等因素的影響，具有較強(qiáng)的 不確定性。研究表明，在一定時(shí)段內(nèi)（化或幾小時(shí)），太陽福照度近似服從Beta分布。太陽福 照度在時(shí)段t的概率密度函數(shù)可描述為
[0112]
[011引式中，Γ為Gamma函數(shù);at、0t為Beta分布在時(shí)段t的形狀參數(shù)；St為時(shí)段t的太陽福 射率，定義為
[0114]
試
[0115] 式中，rt和rt.max分別為時(shí)段t實(shí)際的太陽福照度和最大可能的太陽福照度。Beta分 布的形狀參數(shù)at、i3t可由下式求出 /
\
[011引式中，yt、0t分別為太陽福射率St的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
[0119] 1.3光伏電站輸出功率的概率分布
[0120] 基于建立的太陽福照度概率模型，W光伏組件與太陽福照度之間的映射關(guān)系為基 礎(chǔ)，建立光伏電站的輸出功率函數(shù)。
[0121] 光伏電站的輸出功率取決于太陽福照度、環(huán)境溫度及光伏組件的特性，為簡(jiǎn)化模 型，假設(shè)光伏電站中每個(gè)光伏組件是完全一樣的，光伏電站總輸出功率為
[0122] p〇(s)=N · FF · Vy · ^ (5)
[0123] 式中，N為光伏組件的數(shù)量;FF為填充因子;Vyjy分別為光伏組件的輸出電壓和輸 出電流。VyJy和FF與太陽福照度、環(huán)境溫度之間的關(guān)系如式(6)-式(9)所示。
[0127]
[012引式中，Tcy、TA分別為光伏組件的溫度和環(huán)境溫度;郵1、￥。。、13。分別為光伏組件的標(biāo) 稱工作溫度、開路電壓和短路電流;Κν、Ki分別為電壓溫度系數(shù)和電流溫度系數(shù);Vmppt、Imppt 分別為最大運(yùn)行點(diǎn)時(shí)的電壓和電流。
[0129] 1.4光伏電站出力不確定性的處理及求解
[0130] 光伏組件參數(shù)如表1所示，太陽福射率St的均值和方差分別為0.66、0.16時(shí)，時(shí)段t 光伏電池出力的概率密度曲線如圖3所示。
[0131] 光伏輸出功率逐時(shí)的概率分布是一條連續(xù)并且光滑的概率曲線，無法直接引入模 型進(jìn)行計(jì)算，本發(fā)明采用多個(gè)離散場(chǎng)景的概率分布進(jìn)行取代，既能保留光伏的概率特性，又 簡(jiǎn)化了計(jì)算。在時(shí)段t，場(chǎng)景i下光伏出力為
[0132]
(10)
[0133] 式中，Ppvt.max為時(shí)段t太陽福射率St等于1時(shí)光伏的輸出功率，即光伏最大輸出功 率；A Ppvt為光伏實(shí)際出力與光伏最大輸出功率PpVt.max的差值。
[0134] 表1:光伏組件參數(shù)
[0135]
[0136] 二、基于場(chǎng)景分析的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃方法
[0137] 機(jī)會(huì)約束規(guī)劃是隨機(jī)規(guī)劃的一種，主要應(yīng)用于含隨機(jī)變量的決策優(yōu)化問題。在隨 機(jī)變量實(shí)現(xiàn)之前，允許所做決策在一定程度上不滿足約束條件，但此決策下約束條件成立 的概率應(yīng)不小于某一置信水平。機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型可表示為
[013 引
[0139]式中，X為一個(gè)η維決策向量;ξ(ω)為定義在概率空間上的m維連續(xù)型隨機(jī)向量;f ^，1(?))為包含隨機(jī)變量的目標(biāo)函數(shù);6^^，弓（〇))為隨機(jī)變量函數(shù)的期望泛函;9(，}表 示{ · }中事件成立的概率;gi(x，C(w))為隨機(jī)約束函數(shù);β為給定的隨機(jī)約束條件gi(x，C (ω))《0 4 = 1，2,…，d的置信水平;集合D是所有的確定約束集。
[0140] 光伏發(fā)電的出力是一個(gè)隨機(jī)變量，電力系統(tǒng)的調(diào)度部口必須在獲知光伏實(shí)際出力 之前做出調(diào)度決策。因此，機(jī)會(huì)約束規(guī)劃方法適用于含光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。 在隨機(jī)變量實(shí)現(xiàn)之前，為避免優(yōu)化方案過于保守，允許調(diào)度方案在一定程度上不滿足約束 條件，用懲罰成本對(duì)不滿足約束條件時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)成本加 W考慮，從而兼顧電力系統(tǒng)的供電可 靠性和經(jīng)濟(jì)性。
[0141] Ξ、含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型
[0142] 3.1目標(biāo)函數(shù)
[0143] 由于光伏發(fā)電不需要消耗燃料，電力系統(tǒng)應(yīng)該優(yōu)先調(diào)度光伏發(fā)電。在不考慮光伏 發(fā)電費(fèi)用的前提下，計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)是常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本及 相關(guān)的懲罰費(fèi)用最小。光伏出力是一個(gè)隨機(jī)變量，使得具有靈活功率調(diào)整能力的常規(guī)電源 的出力也是隨機(jī)的，因此發(fā)電費(fèi)用也是隨機(jī)的。機(jī)會(huì)約束規(guī)劃下，約束條件W概率的形式 給出。因此，W常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本及相關(guān)的懲罰費(fèi)用的數(shù)學(xué)期望最小作為目標(biāo)函數(shù)：
[0144]
[0145] 式中，T為調(diào)度周期的時(shí)段數(shù)，本發(fā)明中T取24;N為系統(tǒng)常規(guī)發(fā)電機(jī)組數(shù);fGit為時(shí) 段t機(jī)組i的發(fā)電成本;uit表示機(jī)組i在時(shí)段t的運(yùn)行狀態(tài)，1代表運(yùn)行，0代表停運(yùn);Sit為時(shí)段 t機(jī)組i的啟動(dòng)成本;fLt為時(shí)段t光伏實(shí)際出力過低時(shí)強(qiáng)制切負(fù)荷的懲罰費(fèi)用;fpvt為時(shí)段t光 伏實(shí)際出力過大時(shí)棄光電量的懲罰費(fèi)用。
[0146] 常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本為
[0147] fGit=(ai+bi化it+CiPGit2)Uit (12)
[014引式中，日1心、(31為機(jī)組1的燃料費(fèi)用系數(shù);口日1*代表機(jī)組巧時(shí)段謝實(shí)際出力。
[0149] 常規(guī)機(jī)組的啟動(dòng)成本為
[0150]
[0151] 式中，細(xì)功機(jī)組i的熱態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用；Sc功機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用；aff為機(jī)組i在啟 動(dòng)時(shí)刻前的連續(xù)停運(yùn)時(shí)間；Γ"為機(jī)組i的最小停運(yùn)時(shí)間；7Γ為機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間。
[0152] 當(dāng)光伏電站實(shí)際出力過低且系統(tǒng)中機(jī)組的上調(diào)能力不足時(shí)，系統(tǒng)中總發(fā)電容量不 足W滿足所有的負(fù)荷，此時(shí)需要采取強(qiáng)迫切負(fù)荷的方式，保證電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功率平衡；當(dāng) 光伏電站實(shí)際出力過大且系統(tǒng)中機(jī)組的下調(diào)能力不足時(shí)，電力系統(tǒng)并不能完全吸納所有的 光伏出力，此時(shí)系統(tǒng)必須采取棄光的措施來保證系統(tǒng)的安全，維持電力平衡。針對(duì)運(yùn)兩種情 況，由于光伏電站出力的隨機(jī)變化而導(dǎo)致的強(qiáng)迫切負(fù)荷懲罰費(fèi)用和棄光懲罰費(fèi)用分別為
[0153] fLt = C^Lt (14)
[0154] fpvt = CpvEpvt.ab (15)
[0155] 式中，Cl為單位失負(fù)荷電量的懲罰費(fèi)用；Cpv為單位棄光電量的懲罰費(fèi)用；ELt和 EpVt.ab分別為系統(tǒng)強(qiáng)迫切負(fù)荷電量期望值和棄光電量期望值。
[0156] 3.2約束條件
[0157] 含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的約束條件包括系統(tǒng)運(yùn)行約束、常規(guī)火 電機(jī)組約束和光伏電站運(yùn)行約束Ξ部分。
[015引（1)系統(tǒng)運(yùn)行約束
[0159] ①系統(tǒng)功率平衡約束
[0160]
[0161] 式中，Ppvt為光伏電站在時(shí)段t的有功出力;Lt為時(shí)段t的負(fù)荷。
[0162] ②旋轉(zhuǎn)備用約束
[0163] 大規(guī)模光伏電站接入電網(wǎng)后，系統(tǒng)的調(diào)度人員不僅需要考慮常規(guī)機(jī)組的功率分 配，還要合理安排光伏電站的出力計(jì)劃。由于光伏發(fā)電的不可控性和隨機(jī)性，為了確保含光 伏系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需要設(shè)置足夠的備用容量，W彌補(bǔ)光伏出力波動(dòng)引起的電力不足。但 如果要滿足所有光伏出力場(chǎng)景下系統(tǒng)的供電需求，需要設(shè)置與光伏最大可能出力相等的旋 轉(zhuǎn)備用容量，但此優(yōu)化結(jié)果過于保守，運(yùn)樣會(huì)降低常規(guī)機(jī)組的負(fù)荷水平，增大火電發(fā)電燃料 消耗，使運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差。因此，為了平衡經(jīng)濟(jì)性與可靠性的矛盾，兼顧二者的需求，在本發(fā) 明的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中引入風(fēng)險(xiǎn)備用約束，允許在一定的置信水平內(nèi)不滿足備用約束，從而 獲得系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性的折衷。設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)備用的置信度為β，此時(shí)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用為
[0164] ρ( Δ 時(shí)(17)
[0165] 式中，Rt為置信水平β下為了平抑光伏出力波動(dòng)所預(yù)留的風(fēng)險(xiǎn)備用值。
[0166] (2)常規(guī)火電機(jī)組約束
[0167] ①機(jī)組出力約束
[016 引 PGi.min《PGit《PGi.max (18)
[0169] 式中，PGi.max、PGi.min分別為常規(guī)機(jī)組i的最大和最小技術(shù)出力。
[0170] ②機(jī)組爬坡速率約束
[0171] -Di《PGi 廣 PGi(t-i)《Ui (19)
[0172] 式中，Di、化分別為機(jī)組i出力下降速率和上升速率的最大值。
[0173] ③機(jī)組最小啟停時(shí)間約束
[0174] 巧地 (20)
[0175] 式中，?/"、?/"分別為常規(guī)機(jī)組i的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和連續(xù)停運(yùn)時(shí)間；Γ/'η、77"為 常規(guī)機(jī)組i必須滿足的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停運(yùn)時(shí)間。
[0176] (3)光伏電站運(yùn)行約束
[0177] ①光伏電站出力約束
[017引 0<fpv, <P品化 (21)
[0179] 式中，Ppymax為光伏電站的額定容量。
[0180] 四、算例分析
[0181] 為了驗(yàn)證本發(fā)明所提模型及方法的正確性和有效性，本節(jié)對(duì)改進(jìn)的IE邸RTS-96 系統(tǒng)(不含水電）進(jìn)行了仿真計(jì)算和結(jié)果分析。仿真分析在Matlab平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，并調(diào)用其混 合整數(shù)優(yōu)化工具箱求解基本UC優(yōu)化問題。
[0182] 表2:太陽福射形狀參數(shù)
[0183]
[0184]
[0185] 該測(cè)試系統(tǒng)共包括26臺(tái)火電機(jī)組，總裝機(jī)容量為3105MW，機(jī)組的技術(shù)參數(shù)根據(jù)我 國實(shí)際火電機(jī)組特性進(jìn)行了修正。光伏發(fā)電的裝機(jī)水平根據(jù)研究需要設(shè)置不同的滲透率， 光伏組件的相關(guān)參數(shù)取值見表1。某地夏季典型日太陽福照度逐時(shí)概率分布函數(shù)的形狀參 數(shù)如表2所示;系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)如表3所示。單位失負(fù)荷電量的懲罰費(fèi)用取為1000$/MWh;單位 棄光電量的懲罰費(fèi)用為200$/MWh。
[0186] 表3:系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)
[0187]
[0188] 4.1光伏滲透率水平對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響
[0189] 風(fēng)險(xiǎn)備用約束的置信水平β取95%，保持其他參數(shù)不變，得到不同光伏滲透率水平 下對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，如圖4所示。
[0190] 由圖4可W看出，隨著光伏滲透率的增加，火電機(jī)組的生產(chǎn)成本不斷下降，但系統(tǒng) 可靠性隨之下降，系統(tǒng)總成本呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)。當(dāng)光伏滲透率為50%時(shí)，系統(tǒng)的總 成本最低。分析原因可W發(fā)現(xiàn)：由于不考慮光伏的發(fā)電成本，隨著光伏滲透率的增加，光伏 的電量效益不斷凸顯，使得系統(tǒng)中火電機(jī)組的生產(chǎn)成本不斷下降。但光伏大規(guī)模接入電網(wǎng) 使得光伏出力波動(dòng)對(duì)于系統(tǒng)的影響更加明顯，光伏滲透率越高，失負(fù)荷電量和棄光電量越 多，相應(yīng)的懲罰成本也越高。在光伏滲透率為50 %時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)了棄光，說明此時(shí)火電機(jī)組 調(diào)節(jié)能力不足，為了保證系統(tǒng)的安全，必須采取棄光的措施。
[0191 ] 4.2風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平靈敏度分析
[0192] 風(fēng)險(xiǎn)備用約束的置信水平會(huì)影響系統(tǒng)火電機(jī)組的開機(jī)容量和負(fù)載率水平，從而影 響火電機(jī)組的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。圖5給出不同風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平下系統(tǒng)發(fā)電總成本的變化曲線。
[0193] 由圖5可W看出，隨著風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平的下降，火電機(jī)組的生產(chǎn)成本不斷下降， 失負(fù)荷電量不斷增加，系統(tǒng)總成本呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平為 97.5%時(shí)，系統(tǒng)總成本最低。分析原因可W發(fā)現(xiàn):風(fēng)險(xiǎn)備用置信水平的下降使得系統(tǒng)為彌補(bǔ) 光伏波動(dòng)所留的旋轉(zhuǎn)備用減少，火電開機(jī)減少，火電的運(yùn)行水平提高，運(yùn)行成本降低。但另 一方面，旋轉(zhuǎn)備用的減少減弱了電力系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)能力，光伏波動(dòng)引起電力不足的概率 增加，從而需要調(diào)度人員更加頻繁地采取強(qiáng)迫切負(fù)荷、棄光等緊急措施來保障電力系統(tǒng)安 全運(yùn)行。
[0194] 因此，為了適應(yīng)光伏運(yùn)種不確定性較高的發(fā)電形式大規(guī)模接入電網(wǎng)，應(yīng)該對(duì)電力 系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行優(yōu)化和控制，在保證電力系統(tǒng)可靠性符合相關(guān)規(guī)定的前提下，兼顧經(jīng) 濟(jì)性的要求。
[0195] 本發(fā)明通過研究光伏的出力特點(diǎn)及其概率分布，針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度方法難W適應(yīng)含 大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的問題，構(gòu)建了考慮風(fēng)險(xiǎn)備用的新型動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模 型。本發(fā)明引入了機(jī)會(huì)約束規(guī)劃，通過設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)備用的置信水平，優(yōu)化應(yīng)對(duì)光伏出力隨機(jī)性 的備用容量，在允許一定電量不足和棄光的前提下，得到兼顧風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)度策略。 算例分析表明，本發(fā)明提出的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型是有效的，所得調(diào)度方案對(duì)含大規(guī)模光伏電力 系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度具有一定參考價(jià)值。
[0196] 針對(duì)含光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，本發(fā)明建立了基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃 的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，該模型不僅計(jì)及常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本，同時(shí)考慮了由于光 伏出力波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)的失負(fù)荷損失和光伏電站棄光的懲罰費(fèi)用;采用Be化分布對(duì)太陽福照 度逐時(shí)的概率分布特性進(jìn)行建模，根據(jù)太陽福照度與光伏出力的關(guān)系獲得光伏出力逐時(shí)的 概率分布特性。本發(fā)明通過引入風(fēng)險(xiǎn)備用約束，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行控制，通過對(duì)IEEE RTS-96系統(tǒng)的仿真計(jì)算與分析，驗(yàn)證了模型的合理性。
[0197] W上所述只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤飾也被視為本發(fā) 明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是，包括以下過程： S1，采集歷史太陽輻照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣象數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)未來24小時(shí)的太陽輻照度、溫度等對(duì)光伏發(fā)電出力產(chǎn)生影響的氣象參 數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到未來24小時(shí)太陽輻照度、溫度預(yù)測(cè)曲線； 52, 統(tǒng)計(jì)歷史電力系統(tǒng)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)得到未來24小時(shí)電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線； 53, 建立光伏電站出力模型，并基于建立的光伏電站出力模型，根據(jù)未來24小時(shí)太陽福 照度、溫度預(yù)測(cè)曲線，得到未來24小時(shí)光伏出力預(yù)測(cè)曲線； 54, 根據(jù)光伏出力的概率分布模型，基于光伏出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得到未來24小時(shí)光伏出力 的概率分布以及不同場(chǎng)景下的光伏出力值； 55, 建立含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型，給定不同的風(fēng)險(xiǎn)置信度β，計(jì) 算未來24小時(shí)剩余時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)備用，得到風(fēng)險(xiǎn)備用曲線； 56, 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)備用容量，得到風(fēng)險(xiǎn)容量曲線； 57, 針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下風(fēng)險(xiǎn)備用曲線及風(fēng)險(xiǎn)容量曲線，調(diào)用Matlab軟件混合整數(shù) 優(yōu)化工具箱求解基本UC優(yōu)化問題，修正機(jī)組組合方案； 58, 計(jì)算不同風(fēng)險(xiǎn)置信度下未來一天的電力系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用期望值，求解過程中發(fā)現(xiàn) 的目標(biāo)函數(shù)最小的調(diào)度方案作為最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是， 在步驟S3中，所述建立光伏電站出力模型的過程包括以下步驟： 1) 對(duì)太陽福射的概率分布進(jìn)行建模： 太陽輻照度在時(shí)段t的概率密度函數(shù)可描述為：式中，Γ為Gamma函數(shù);atJdBeta分布在時(shí)段t的形狀參數(shù);st為時(shí)段t的太陽輻射率， 定義為：式中，rt和rt.max分別為時(shí)段t實(shí)際的太陽輻照度和最大可能的太陽輻照度； Beta分布的形狀參數(shù)atjt可由下式求出：式中，yt、σ t分別為太陽輻射率s t的均值和標(biāo)準(zhǔn)差； 2) 對(duì)光伏電站輸出功率的概率分布進(jìn)行建模： 光伏電站的輸出功率取決于太陽輻照度、環(huán)境溫度及光伏組件的特性，為簡(jiǎn)化模型，假 設(shè)光伏電站中每個(gè)光伏組件是完全一樣的，光伏電站的總輸出功率為： P〇(s)=N · FF · Vy · Iy (5) 式中，N為光伏組件的數(shù)量;FF為填充因子;Vy、Iy分別為光伏組件的輸出電壓和輸出電 流； Vy、Iy和FF與太陽輻照度、環(huán)境溫度之間的關(guān)系為：式中，?^、Τα分別為光伏組件的溫度和環(huán)境溫度;Not、V。。、Is。分別為光伏組件的標(biāo)稱工 作溫度、開路電壓和短路電流;Kvi分別為電壓溫度系數(shù)和電流溫度系數(shù);VMPPT、IMPPT分別 為最大運(yùn)行點(diǎn)時(shí)的電壓和電流； 3)光伏電站出力不確定性的處理及求解 光伏輸出功率逐時(shí)的概率分布是一條連續(xù)并且光滑的概率曲線，在時(shí)段t，場(chǎng)景i下光 伏出力為： -^PV, max + ^Ppyt L 1 ()) 式中，Pm.max為時(shí)段t太陽輻射率St等于1時(shí)光伏的輸出功率，即光伏最大輸出功率；Δ PpVt為光伏實(shí)際出力與光伏最大輸出功率PpVt.max的差值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是， 在步驟S4中，首先對(duì)光伏出力進(jìn)行離散化處理： 對(duì)光伏出力的概率分布進(jìn)行離散化處理，將光伏出力的概率分布曲線分成若干個(gè)區(qū) 間，得到每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的概率，然后通過對(duì)每個(gè)區(qū)間分別計(jì)算并進(jìn)行加權(quán)，從而逼近光伏出 力概率分布曲線的結(jié)果。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是， 在步驟S5中，所述含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為： 以常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本及相關(guān)的懲罰費(fèi)用的數(shù)學(xué)期望最小作為目標(biāo)函數(shù)：式中，T為調(diào)度周期的時(shí)段數(shù);N為系統(tǒng)常規(guī)發(fā)電機(jī)組數(shù);fClt為時(shí)段t機(jī)組i的發(fā)電成本； Uit表示機(jī)組i在時(shí)段t的運(yùn)行狀態(tài)，1代表運(yùn)行，0代表停運(yùn);Sit為時(shí)段t機(jī)組i的啟動(dòng)成本;fu 為時(shí)段t光伏實(shí)際出力過低時(shí)強(qiáng)制切負(fù)荷的懲罰費(fèi)用；fPVt為時(shí)段t光伏實(shí)際出力過大時(shí)棄 光電量的懲罰費(fèi)用。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是， 目標(biāo)函數(shù)中的各參數(shù)計(jì)算如下： 常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本為 fcit一（Eli+biPcit+CiPcit )Uit (12) 式中，為機(jī)組i的燃料費(fèi)用系數(shù);PClt代表機(jī)組i在時(shí)段t的實(shí)際出力； 常規(guī)機(jī)組的啟動(dòng)成本為式中，SHi為機(jī)組i的熱態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用；SCi為機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)費(fèi)用;Xi°f f為機(jī)組i在啟動(dòng)時(shí) 刻前的連續(xù)停運(yùn)時(shí)間為機(jī)組i的最小停運(yùn)時(shí)間;T，為機(jī)組i的冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間； 由于光伏電站出力的隨機(jī)變化而導(dǎo)致的強(qiáng)迫切負(fù)荷懲罰費(fèi)用和棄光懲罰費(fèi)用分別為 fLt = CLELt (14) fpVt = CpvEpVt.ab (15) 式中，Cl為單位失負(fù)荷電量的懲罰費(fèi)用;Cpv為單位棄光電量的懲罰費(fèi)用;ELt和Epvt.ab分 別為系統(tǒng)強(qiáng)迫切負(fù)荷電量期望值和棄光電量期望值。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種計(jì)及光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征是， 在步驟S5中，所述含光伏電站的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型的約束條件如下： (1) 系統(tǒng)運(yùn)行約束 ① 系統(tǒng)功率平衡約束式中，Ppvt為光伏電站在時(shí)段t的有功出力;Lt為時(shí)段t的負(fù)荷； ② 旋轉(zhuǎn)備用約束 設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)備用的置信度為β，此時(shí)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用為 p(| APpvt|^Rt)^P (17) 式中，Rt為置信水平β下為了平抑光伏出力波動(dòng)所預(yù)留的風(fēng)險(xiǎn)備用值； (2) 常規(guī)火電機(jī)組約束 ① 機(jī)組出力約束 PGi.min^Pcit^PGi.max (18) 式中，Pci.max、Pci.min分別為常規(guī)機(jī)組i的最大和最小技術(shù)出力； ② 機(jī)組爬坡速率約束 -Di^PGit-PGi(t-l)^Ui (19) 式中，Di、Ui分別為機(jī)組i出力下降速率和上升速率的最大值； ③ 機(jī)組最小啟停時(shí)間約束 (20) /;off > 2；oft 式中，分別為常規(guī)機(jī)組i的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和連續(xù)停運(yùn)時(shí)間；為常規(guī)機(jī) 組i必須滿足的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停運(yùn)時(shí)間； (3) 光伏電站運(yùn)行約束 ①光伏電站出力約束 〇<^Vi <Ρ^Γ (21) 式中，Ρρ嚴(yán)為光伏電站的額定容量。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK106058917SQ201610378909
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王志磊, 王博, 邵傳軍, 王延安, 魏玉榮, 戎曉雪, 孫妍昕, 趙旭東, 潘筱, 李靜, 宋向前, 侯王賓, 楊濤, 肖萌, 商希彤, 呂文嬡, 徐大偉, 劉龍, 劉允
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