胥佳

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

基于含風(fēng)電電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的優(yōu)化調(diào)度

胥佳

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

并網(wǎng)型的風(fēng)電為大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，通常容量都超過百兆瓦，一般由上百臺(tái)甚至上千臺(tái)風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成。風(fēng)電并網(wǎng)后，我國(guó)的電網(wǎng)環(huán)境將得到很大改善，但風(fēng)電并網(wǎng)的可靠性優(yōu)化調(diào)度卻是電力企業(yè)應(yīng)著重考慮的問題。風(fēng)電并網(wǎng)新策略為，確保每時(shí)段運(yùn)行可靠性不會(huì)低于不含風(fēng)電時(shí)此系統(tǒng)的最低可靠性指標(biāo)。

風(fēng)電電力系統(tǒng)；運(yùn)行可靠性；優(yōu)化調(diào)度

隨著傳統(tǒng)化石能源的日益消耗，人們對(duì)新能源的研究利用正變得越來越積極，在所有新能源中，對(duì)風(fēng)能的運(yùn)用相對(duì)較早，技術(shù)水平也相對(duì)較高，并且風(fēng)能發(fā)電無論如何都不會(huì)對(duì)自然生態(tài)造成任何形式的破壞。隨著我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)容量的提升，過去那種一味地通過協(xié)調(diào)優(yōu)化常規(guī)機(jī)組以適應(yīng)風(fēng)電全額并網(wǎng)的模式已經(jīng)不再適應(yīng)，因此，優(yōu)化調(diào)度風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行就成為當(dāng)前電力行業(yè)在研究利用風(fēng)電能源時(shí)首先考慮的問題。

1　時(shí)序多狀態(tài)風(fēng)電場(chǎng)功率輸出模型

通常來說，常規(guī)的風(fēng)電場(chǎng)模型體系為以下兩種：一種為等效多狀態(tài)機(jī)組模型，另一種為復(fù)合修整器模型。等效多狀態(tài)機(jī)組模型是將風(fēng)電功率輸出等值為多狀態(tài)機(jī)組，以便很好地考慮到風(fēng)電的波動(dòng)性，但這一模型卻沒有考慮到風(fēng)電的時(shí)序性。復(fù)合修整器模型將風(fēng)電功率當(dāng)做“負(fù)”的負(fù)荷，從而對(duì)風(fēng)電的時(shí)序性作出充分考慮，然而卻難以充分考慮風(fēng)電的波動(dòng)性。因此，最優(yōu)質(zhì)的風(fēng)電場(chǎng)功率輸出模型應(yīng)綜合以上兩種模型，對(duì)風(fēng)電的時(shí)序性和波動(dòng)性都作充分考慮，那么此模型的公式應(yīng)為：

其中，指的是第t時(shí)間段輸出的功率序列｛，，，……，｝序列中的項(xiàng)數(shù)；指的是功率為的概率。如果風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)采用了基于時(shí)序性和波動(dòng)性的模型，就能夠很好地結(jié)合風(fēng)電功率輸出的時(shí)序性及波動(dòng)性，通過這一點(diǎn)就能很好地反映風(fēng)電功率的相關(guān)特殊性。

2　考慮風(fēng)電電力系統(tǒng)優(yōu)化的調(diào)度模型

2.1傳統(tǒng)調(diào)度模型

目標(biāo)函數(shù)的公式為：

minF=［（t）（（t））+（t）（1-（t-1））]

公式中，F(xiàn)是系統(tǒng)的總運(yùn)行成本；T是系統(tǒng)調(diào)度的時(shí)段數(shù)；I是系統(tǒng)的機(jī)組數(shù)量；（t）是機(jī)組i在t的時(shí)間段內(nèi)所做的有效功率；（t）是機(jī)組i在t時(shí)段的狀態(tài)，（t）=1表示運(yùn)行中，（t）=0表示未運(yùn)行；（（t））是機(jī)組i在t時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行成本。

（（t））=++

此式中，、、是機(jī)組的運(yùn)行成本，是常數(shù)而非變量。

約束條件有功率平衡約束、發(fā)電機(jī)組輸出功率約束、發(fā)電機(jī)爬坡約束、最小運(yùn)行及停運(yùn)時(shí)間約束以及旋轉(zhuǎn)備用約束，以旋轉(zhuǎn)備用約束為例，公式為：

min（（t）-（t），）≥R（t）

式中的是機(jī)組i的有功功率上限，=，指的是10min時(shí)間；R（t）是t時(shí)間點(diǎn)上系統(tǒng)在10min的最小旋轉(zhuǎn)備用要求，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)定的不同而有所差異。

2.2風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的影響

風(fēng)電機(jī)組和其他傳統(tǒng)機(jī)組不同，電力系統(tǒng)往往會(huì)讓風(fēng)電機(jī)組優(yōu)先并網(wǎng)。在進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度時(shí)，因風(fēng)電機(jī)組這一優(yōu)勢(shì)的影響，可能對(duì)傳統(tǒng)機(jī)組產(chǎn)生替代效應(yīng)，替換掉以前傳統(tǒng)機(jī)組的部分，這樣對(duì)整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行都起到了優(yōu)化效果。風(fēng)電的替代效應(yīng)可以減少系統(tǒng)的運(yùn)行總體成本，但也有不利影響：電力系統(tǒng)的可靠性會(huì)降低，機(jī)組的投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯著攀升。

2.3運(yùn)行可行性

根據(jù)以上調(diào)度模型，可以看出，此模型是在缺失對(duì)風(fēng)電不確定性考慮的前提下建立的，因此存在非常大的風(fēng)險(xiǎn)，雖然已經(jīng)有很多專家優(yōu)化改進(jìn)了這一模型，但依舊不能同時(shí)考慮風(fēng)電的時(shí)序性和波動(dòng)性。

2.4風(fēng)電電力優(yōu)化新策略

雖然通過增加投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)約束措施的方法可以對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行過程產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行強(qiáng)有力的約束，但當(dāng)前如何約束投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)卻得不到足夠的參考和借鑒，從某種程度上來說，這一約束同樣限制了對(duì)風(fēng)電能源的正常使用。一般來說，風(fēng)電一旦并網(wǎng)，應(yīng)保證任一時(shí)段系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性都不會(huì)比在沒有風(fēng)電并入的情況下系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最差時(shí)的情況還要差。

3　模型求解

3.1目標(biāo)函數(shù)變換

電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度主要體現(xiàn)在兩個(gè)控制變量上，這兩個(gè)控制變量一組是機(jī)組的實(shí)際輸出功率。而另外一組是機(jī)組在尚未開啟的狀態(tài)下所呈現(xiàn)出來的具體功率數(shù)據(jù)，這兩組變量的數(shù)據(jù)具有難以想象的復(fù)雜性，而最直觀的影響就是：目標(biāo)函數(shù)中發(fā)電成本的部分出現(xiàn)了較高的次項(xiàng)。筆者設(shè)機(jī)組輸出量為控制變量列舉公式，得到的目標(biāo)函數(shù)公式為：

3.2機(jī)組啟停約束條件變換

機(jī)組的啟停約束按照常規(guī)的方法，寫入約束的條件，這時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)具有較高此項(xiàng)的約束條件。而在完成了數(shù)學(xué)變換后，就可以調(diào)用Cplex中的MIP優(yōu)化器求解數(shù)學(xué)模型。

4　應(yīng)用混合整數(shù)規(guī)劃算法求解模型

此次提出的含風(fēng)電電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型求解的算法流程如圖1所示。

圖1　算法流程Fig.Algorithm flow

5　結(jié)語

本次模型的建立是基于風(fēng)電并網(wǎng)存在的時(shí)序性和波動(dòng)性進(jìn)行的研究，考慮到風(fēng)電并網(wǎng)的替代效應(yīng)，筆者提出了在考慮投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)約束的前提下優(yōu)化調(diào)整后的風(fēng)電并網(wǎng)模型，此模型具有一定的可靠性，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)平穩(wěn)調(diào)度過渡，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而更好地促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定安全發(fā)展。

［1］楊楠，王波，劉滌塵，等.考慮柔性負(fù)荷調(diào)峰的大規(guī)模風(fēng)電隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（11）：231-238.

［2］任惠，范佳琪，David Watts，等.風(fēng)電入網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)量化及對(duì)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度影響［J］.可再生能源，2015，33（4）：558-564.

［3］江岳文，陳沖，溫步瀛.含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)機(jī)組組合問題隨機(jī)模擬粒子群算法［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，（06）：183.

［4］秦禎芳，岳順民，余貽鑫，等.零售端電力市場(chǎng)中的電量電價(jià)彈性矩陣［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，（05）：90-92.

［5］丁偉，袁家海，胡兆光.基于用戶價(jià)格響應(yīng)和滿意度的峰谷分時(shí)電價(jià)決策模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，（20）：56-58.

［6］張伯明，吳文傳，鄭太一，等.消納大規(guī)模風(fēng)電的多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)的有功調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，（01）：312.

［7］王卿然，謝國(guó)輝，張粒子.含風(fēng)電系統(tǒng)的發(fā)用電一體化調(diào)度模型［J］,電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，（05）：169.

［8］王彩霞，魯宗相.風(fēng)電功率預(yù)測(cè)信息在日前機(jī)組組合中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，（07）：90-94.

［9］吳棟梁，王揚(yáng)，郭創(chuàng)新，等.電力市場(chǎng)環(huán)境下考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，（06）：173.

Optimal scheduling based on operational reliability of wind power system

XU Jia
(State Grid Shaanxi Weinan Power Supply Company,Weinan 714000,China)

Grid-connected wind power is a large-scale wind farm,usually with a capacity of more than one hundred megawatts.Generally,it consists of hundreds or even thousands of wind turbines.After the wind power is connected to the grid,the grid environment in China will be greatly improved,but the operational reliability of grid-connected wind power generation is the most important consideration for the power enterprises.The new strategy of grid-connected wind power is to ensure that the reliability of the system will not be lower than the minimumreliability index of wind power.

Wind power system;Operational reliability;Optimal scheduling

TM73

B

1674-8646（2016）19-0082-02

2016-08-09

胥佳（1988-），男，學(xué)士，工程師。