胡清清, 曹渝昆

(1.上海電力設(shè)計(jì)院有限公司 新能源部, 上海 200025;2.上海電力大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 上海 200090)

隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量持續(xù)增多,風(fēng)電出力的不確定性給系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的影響和沖擊與其他火力發(fā)電機(jī)組一樣,但由于風(fēng)速的隨機(jī)性導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的出力也是隨機(jī)的,風(fēng)電本身的這些特點(diǎn)使得其容量可信度低,影響電能質(zhì)量,因此在提高風(fēng)電的利用率、減少棄風(fēng)現(xiàn)象的同時(shí),系統(tǒng)要預(yù)留一定的備用容量。在火電預(yù)留充分容量的同時(shí),需要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電情況制定相對(duì)應(yīng)的火力機(jī)組發(fā)電計(jì)劃。對(duì)于未來(lái)一天的發(fā)電計(jì)劃的制定,若能夠獲得精細(xì)的風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè),進(jìn)而制定對(duì)應(yīng)的火力發(fā)電廠發(fā)電計(jì)劃及風(fēng)電備用容量,能在一定程度上緩解風(fēng)電隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊。

含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度主要是針對(duì)風(fēng)電并入火電的聯(lián)合調(diào)度,近年來(lái)逐漸開始關(guān)注環(huán)境問(wèn)題。文獻(xiàn)[1]根據(jù)火力發(fā)電機(jī)組的排污特性引入環(huán)境污染懲罰函數(shù)及風(fēng)電環(huán)境價(jià)值,提出了火電機(jī)組環(huán)境補(bǔ)償成本,并且考慮系統(tǒng)功率平衡、機(jī)組爬坡率等約束條件。文獻(xiàn)[2]將風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度的影響因素作為研究對(duì)象,在調(diào)度模型中針對(duì)風(fēng)力發(fā)電量的出力偏差,考慮了正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量約束。文獻(xiàn)[3]建立了風(fēng)電的運(yùn)行成本模型,并網(wǎng)預(yù)測(cè)誤差成本,提出了廣義的風(fēng)力發(fā)電成本,并將風(fēng)電場(chǎng)備用容量的補(bǔ)償成本引入到風(fēng)電的廣義運(yùn)行成本中。文獻(xiàn)[4]考慮了風(fēng)電接入電網(wǎng)帶來(lái)的停電損失及棄風(fēng)損失,并將其納入風(fēng)險(xiǎn)成本中,建立了電力系統(tǒng)調(diào)度及備用決策模型。

針對(duì)含風(fēng)電電力系統(tǒng)中不確定變量,研究者嘗試?yán)枚鄨?chǎng)景技術(shù)[5-6]來(lái)處理變量的不確定性。文獻(xiàn)[7]根據(jù)買入客服鏈原理進(jìn)行了建模。文獻(xiàn)[8]利用多場(chǎng)景技術(shù)處理了在碳交易下含風(fēng)電調(diào)度系統(tǒng)中,因風(fēng)電具有的隨時(shí)間變化特性而增加多場(chǎng)景技術(shù)處理不確定變量的問(wèn)題。

為了建立一種更好的模型減少風(fēng)電隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)的沖擊,大量文獻(xiàn)提出了對(duì)應(yīng)的解決辦法。文獻(xiàn)[9]提出了通過(guò)改進(jìn)的粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法建立的新的隨機(jī)約束模型來(lái)解決風(fēng)電的不確定性成本。文獻(xiàn)[10]將風(fēng)力發(fā)電和抽水蓄能電站相結(jié)合,提高電力系統(tǒng)可再生能源的高滲透水平。文獻(xiàn)[11]明確了風(fēng)電功率隨風(fēng)速等氣象原因變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式,建立了風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)控制調(diào)度優(yōu)化模型。

作為主要的二氧化碳排放源,電力行業(yè)碳化是應(yīng)對(duì)全球氣候變暖這一挑戰(zhàn)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)燃煤式發(fā)電機(jī)是導(dǎo)致碳排放的關(guān)鍵。因此,將當(dāng)前的電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為低碳結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

碳排放交易的啟動(dòng)可以影響火電機(jī)組的發(fā)電成本,使清潔能源發(fā)電更具優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,許多學(xué)者結(jié)合CO2排放,提出了多種智能算法和數(shù)學(xué)方法來(lái)解決火-風(fēng)發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。文獻(xiàn)[12]提出CO2的排放量不僅直接受CO2排放價(jià)格的影響,還可能影響能源市場(chǎng)(如化石燃料價(jià)格)的其他因素,這些因素可能直接影響到CO2排放政策。除了CO2的價(jià)格和政策外,由于風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的增大,所以預(yù)測(cè)誤差對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響也越來(lái)越明顯。為此,文獻(xiàn)[13]引入可信性理論和模糊機(jī)會(huì)約束調(diào)度方法,解決了風(fēng)電系統(tǒng)調(diào)度的模糊機(jī)會(huì)決策問(wèn)題。WANG C X等人[14]將碳排放作為一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)流,在分析碳排放和電力行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了電力系統(tǒng)碳排放的理論框架。文獻(xiàn)[15]站在消費(fèi)者的角度,分析了制定CO2減排政策的必要性,結(jié)合電力系統(tǒng)特點(diǎn),提出了碳排放流測(cè)概念,并將其應(yīng)用于電力負(fù)荷的碳排放計(jì)算。文獻(xiàn)[16]研究了跨區(qū)域電力交易中碳排放權(quán)界定問(wèn)題,構(gòu)建了基于碳流量追蹤的數(shù)學(xué)模型。

本文提出的基于改進(jìn)PSO和遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)的動(dòng)態(tài)低碳調(diào)度模型包括3個(gè)調(diào)度目標(biāo):低碳經(jīng)濟(jì)低碳調(diào)度目標(biāo)、最小火電經(jīng)濟(jì)成本和風(fēng)力發(fā)電。在模型的構(gòu)建中,提出的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)兼顧了能源生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)的低碳排放,可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)問(wèn)題的最優(yōu)化求解。

1 模型框架

基于改進(jìn)PSO和GA的動(dòng)態(tài)低碳調(diào)度模型框架如圖1所示。

圖1 基于改進(jìn)PSO和GA的動(dòng)態(tài)低碳調(diào)度模型

模型包括4個(gè)部分:風(fēng)電和火電的發(fā)電成本、保證電源區(qū)安全穩(wěn)定供電的約束條件、碳交易機(jī)制、基于改進(jìn)的PSO和GA進(jìn)行火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算。

對(duì)風(fēng)力發(fā)電成本、火電廠發(fā)電成本和保證電源區(qū)安全穩(wěn)定供電的約束條件,建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行含風(fēng)電調(diào)度的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析。結(jié)合碳交易機(jī)制,并使用改進(jìn)的PSO和GA進(jìn)行火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算,進(jìn)行低經(jīng)濟(jì)調(diào)度分析。

2 風(fēng)電和火電的發(fā)電成本

風(fēng)電并網(wǎng)的成本,主要包括風(fēng)力發(fā)電成本和火電廠發(fā)電成本。

2.1 風(fēng)力發(fā)電成本

文獻(xiàn)[17-18]指出風(fēng)電成本主要來(lái)自于4個(gè)方面:風(fēng)力并網(wǎng)成本、風(fēng)力發(fā)電成本、輔助服務(wù)成本和環(huán)境效益。此外,由于風(fēng)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性,風(fēng)電接納也會(huì)帶來(lái)額外的成本[19-20]。在常規(guī)的風(fēng)電并網(wǎng)成本基礎(chǔ)上,本文介紹了通過(guò)風(fēng)力發(fā)電的備用容量應(yīng)對(duì)因風(fēng)電功率預(yù)測(cè)偏差引起的系統(tǒng)波動(dòng)。

在考慮風(fēng)電運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的基礎(chǔ)上,本文將風(fēng)電全壽命周期內(nèi)的平均發(fā)電成本Fm近似地表示為與發(fā)電量的線性關(guān)系。

(1)

式中:Cm——風(fēng)機(jī)在時(shí)間段t內(nèi)的發(fā)電成本,元/MWh;

PW,jt——風(fēng)機(jī)j在時(shí)間段t內(nèi)的預(yù)測(cè)發(fā)電量值,MW。

風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差一般可以分為2種情況:一是預(yù)測(cè)風(fēng)電功率大于實(shí)時(shí)風(fēng)電功率;二是預(yù)測(cè)風(fēng)電功率小于實(shí)時(shí)風(fēng)電功率。風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差可表示為

(2)

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測(cè)值比實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電值大時(shí),為了確保系統(tǒng)平衡,需要提高火電機(jī)組的輸出值,火力發(fā)電機(jī)組的輸出值是預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際結(jié)果之間的偏差。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測(cè)值比實(shí)際的輸出值小,就需要減少火力發(fā)電的值或者將風(fēng)電實(shí)際多發(fā)的電量廢棄,引發(fā)棄風(fēng)現(xiàn)象。預(yù)測(cè)值與實(shí)際風(fēng)功率值相差太大或太小,均可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響;偏差越大,影響越大[21]。

為了量化風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差的影響,風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差的影響表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)成本的形式。風(fēng)電預(yù)測(cè)結(jié)果的偏差費(fèi)用函數(shù)為

(3)

(4)

(5)

式中:Fdh,t——在時(shí)間段t內(nèi)的高估成本函數(shù);

Cdh——高估風(fēng)力發(fā)電量預(yù)測(cè)的成本因素,元/MW;

Fdl,t——在時(shí)間段t內(nèi)的低估成本函數(shù);

Cdl——低估風(fēng)力發(fā)電量預(yù)測(cè)的成本因素,元/MW;

Fd——風(fēng)力發(fā)電量高估和低估帶來(lái)的成本總和。

由于風(fēng)電出力的隨機(jī)性,所以風(fēng)電的預(yù)測(cè)輸出值往往會(huì)出現(xiàn)偏差。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定,系統(tǒng)必須增加旋轉(zhuǎn)備用容量。為此,考慮到風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差造成的成本增加,引入了基于風(fēng)電可靠性預(yù)測(cè)的旋轉(zhuǎn)備用容量成本[22],公式為

(6)

式中:Cr——旋轉(zhuǎn)備用的價(jià)格,元/MW;

Er——每小時(shí)第j臺(tái)風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)發(fā)電量的可靠性。

所以,風(fēng)機(jī)發(fā)電量的成本總和為

FW=Fm+Fd+Fr

(7)

2.2 火電廠的發(fā)電成本

電力系統(tǒng)中火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性不同?；痣姍C(jī)組的消耗特性在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析中往往會(huì)趨于平穩(wěn)連續(xù)曲線[23]。火電機(jī)組的發(fā)電成本為

(8)

式中:ai,bi,ci——第i臺(tái)火電機(jī)組發(fā)電成本系數(shù),元/h,元/MWh,元/MW2h;

PG,it——時(shí)間段t內(nèi)火電機(jī)組i的輸出功率,MW。

3 動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度約束

為保證電源區(qū)安全穩(wěn)定供電,必須限制系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。約束條件主要包括:最大輸出功率約束、輸電穩(wěn)定性約束、熱和風(fēng)功率輸出約束和系統(tǒng)備用服務(wù)約束等。

3.1 整個(gè)系統(tǒng)的功率平衡約束

電力系統(tǒng)中發(fā)電廠的發(fā)電容量必須滿足系統(tǒng)的負(fù)荷,以保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(9)

式中:di——機(jī)組i的狀態(tài)標(biāo)識(shí),當(dāng)di=1時(shí)表示機(jī)組在投入運(yùn)行,di=0時(shí)表示機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài);

PG,t——在時(shí)間段t內(nèi)所有火電機(jī)組的總發(fā)電量;

PW,t——在時(shí)間段t內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電量;

Pd,t——在時(shí)段t內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測(cè)值。

3.2 火電機(jī)組運(yùn)行約束條件

每1臺(tái)火電機(jī)組的發(fā)電量的最高和最低的限制為

(10)

3.3 火電機(jī)組爬坡率約束

系統(tǒng)發(fā)電量的廣泛波動(dòng)會(huì)危及電力系統(tǒng)輸入?yún)^(qū)域的安全,因此必須限制發(fā)電機(jī)組單位時(shí)間內(nèi)輸出功率的變化幅度。發(fā)電機(jī)組的爬坡率表示1 h內(nèi)可以提高或降低發(fā)電機(jī)出力的大小。

-Rdown≤PG,it-PG,i(t-1)≤Rup

(11)

式中:Rdown,Rup——第i臺(tái)火電機(jī)組在1 h內(nèi)有功功率的減少量和增加量,一般情況下,Rdown=Rup;

PG,it——時(shí)間段t內(nèi)火電機(jī)組i的輸出功率,MW;

PG,i(t-1)——時(shí)間段t-1內(nèi)火電機(jī)組i的輸出功率,MW。

3.4 旋轉(zhuǎn)備用約束

當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),發(fā)電側(cè)和需求側(cè)都可能發(fā)生波動(dòng)。為了保證實(shí)時(shí)平衡,應(yīng)通過(guò)增加或降低功率輸出來(lái)調(diào)節(jié)電源的輸出功率在一定的范圍內(nèi)。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電只能提供電能,不具備提供備用的能力,因此由火電機(jī)組提供旋轉(zhuǎn)備用。

(12)

(13)

式中:Sup,t,Sdown,t——確保系統(tǒng)安全的最小正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量;

3.5 風(fēng)電穿透功率約束

為了確保電能質(zhì)量,系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電量不能超過(guò)一定的值,為

PW,t≤μPl,t

(14)

式中:μ——系數(shù);

Pl,t——在時(shí)間段t內(nèi)的負(fù)荷需求。

式(1)～(14)建立了風(fēng)電并網(wǎng)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型。該模型考慮了碳排放量分配和風(fēng)功率的隨機(jī)性對(duì)調(diào)度方案的影響,并以實(shí)際風(fēng)功率作為優(yōu)化變量之一。在優(yōu)化調(diào)度方案的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電的最優(yōu)接入,模型中使用的系數(shù)模擬了實(shí)際的電力系統(tǒng),保證了本文結(jié)果的真實(shí)性。

4 碳交易機(jī)制的構(gòu)建

碳交易可以改善風(fēng)電與火電之間的置換交易,降低火電廠CO2的排放成本。通過(guò)碳交易的價(jià)格差異在一定程度上可以獲得碳排放收益。同時(shí),為了低碳發(fā)展,減少火電廠的分發(fā)電量,提高發(fā)電區(qū)的可再生能源發(fā)電比例,實(shí)行綠色貿(mào)易證書可以帶來(lái)超額收益。根據(jù)上節(jié)提出的碳交易機(jī)制,政府將碳排放權(quán)分配給火力發(fā)電廠。如果實(shí)際排放量小于規(guī)定的排放限額,則剩余碳排放額度可在碳交易市場(chǎng)上銷售以獲取利潤(rùn)。

4.1 CO2實(shí)際排放量

可再生能源風(fēng)力發(fā)電的CO2排放量幾乎為零,可以忽略不計(jì)?；痣姀SCO2排放的主要來(lái)源是火電機(jī)組,常規(guī)火電機(jī)組的碳排放量與機(jī)組參數(shù)有關(guān),為

(15)

式中:σi——機(jī)組i的碳排放強(qiáng)度,t/MWh。

4.2 CO2排放分配額度

碳排放額度與不同發(fā)電機(jī)組的容量成正比。政府分配的初始排放額度為免費(fèi)。發(fā)電單位分配的碳排放限額為

(16)

式中:η——每單位電量的分配額度,t/MWh。

根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的“區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)排放系數(shù)”確定。

4.3 碳排放交易

本文對(duì)火電廠碳交易分為2種情況進(jìn)行了分析。一是當(dāng)火電廠實(shí)際碳排放量大于規(guī)定排放限額時(shí),多余的部分應(yīng)在碳交易市場(chǎng)上購(gòu)買,否則碳排放企業(yè)將受到重罰;二是當(dāng)火電廠實(shí)際碳排放量小于規(guī)定排放限額時(shí),剩余的額度可以在碳交易市場(chǎng)上銷售以獲取利潤(rùn)。

為了達(dá)到最小化系統(tǒng)碳交易成本以及最大化含風(fēng)電系統(tǒng)的整體收益的目的,可用式(17)表示,以達(dá)到本文的最終低碳發(fā)展的目的。

FC=CP(Ep-Eq)

(17)

式中:FC——碳排放成本;

CP——CO2交易的價(jià)格。

FC>0,代表碳過(guò)排放,火力發(fā)電廠需要從碳市場(chǎng)購(gòu)買一定數(shù)量的碳排放物,這就表示碳排放過(guò)量帶來(lái)的成本;FC<0,代表火力發(fā)電廠的碳排放在分配的額度內(nèi),多余的排放配額就可以送到碳交易市場(chǎng)售賣,獲取一定的利益。

5 基于改進(jìn)PSO和GA的動(dòng)態(tài)低碳調(diào)度模型

火力和風(fēng)力發(fā)電權(quán)置換與碳排放交易機(jī)制是優(yōu)化熱力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、降低能源消耗和排放的市場(chǎng)機(jī)制。在碳排放交易機(jī)制下,不同機(jī)組技術(shù)的碳排放參數(shù)不同,發(fā)電計(jì)劃也隨之發(fā)生變化。在碳交易機(jī)制下可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)利潤(rùn)最大化。本文研究建立的優(yōu)化模型,以最大化火電和風(fēng)電利潤(rùn)為目的。為了最大限度地降低CO2排放成本、風(fēng)電成本和發(fā)電成本,動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)為

FT=FW+FG+FC

(18)

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的求解方法可分為2類:一類是傳統(tǒng)的求解方法,如線性規(guī)劃方法、非線性規(guī)劃方法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、內(nèi)點(diǎn)法、等微增率等;一類是現(xiàn)代啟發(fā)式算法,如PSO，GA，蟻群算法等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

PSO是一種模仿鳥群社會(huì)行為的優(yōu)化算法,其中用隨機(jī)解決方案(稱為粒子)群體初始化個(gè)體,群體中的每個(gè)粒子代表優(yōu)化問(wèn)題的候選解,如果解是由一組變量組成,則粒子可以相應(yīng)為一組解向量。在PSO求解過(guò)程中,每個(gè)粒子通過(guò)多維搜索空間“飛行”,根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和相鄰粒子的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整其在搜索空間中的位置。因此,粒子利用自身及其鄰居所遇到的最佳位置,將自己定位于最佳解決方案,使用預(yù)定義的適應(yīng)函數(shù)來(lái)評(píng)估每個(gè)粒子的性能,封裝了優(yōu)化問(wèn)題的特征。在每次迭代中,每個(gè)粒子速度的計(jì)算公式為

(19)

式中:w——慣性權(quán)重;

c1,c2——加速度常數(shù);

r1,r2——[0,1]范圍內(nèi)的2個(gè)隨機(jī)數(shù);

xi(t)——粒子的當(dāng)前位置;

pid——粒子當(dāng)前的最優(yōu)解;

pgd——所有粒子已經(jīng)達(dá)到的最優(yōu)解。

計(jì)算出速度后,再計(jì)算每個(gè)粒子的新位置,公式為

xi(t+1)=xi(t)+vi(t+1)

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PSO算法執(zhí)行上述更新方程的重復(fù)應(yīng)用,直到超過(guò)指定的迭代次數(shù),或者直到速度更新接近于零。

GA算法已成功應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)、模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度中。對(duì)于特定問(wèn)題,GA算法將解編碼為單個(gè)染色體,然后確定代表問(wèn)題解的一個(gè)子代群體,搜索空間定義為每個(gè)可行解由不同染色體表示的解空間。在搜索開始前,從搜索空間隨機(jī)選擇一組染色體以形成初始群體,接下來(lái)通過(guò)計(jì)算,基于其通過(guò)特定目標(biāo)函數(shù)測(cè)量的適合度選擇個(gè)體。

將GA選擇算子,如選擇、變異、交叉等應(yīng)用于獲得新一代染色體。重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到終止條件達(dá)到,最后一代的最佳染色體作為最終的解。

GA算法與PSO算法均基于群體疊代。與PSO算法中粒子在解空間追隨最優(yōu)粒子進(jìn)行搜索不同,GA算法擁有典型的交叉及變異,能將每一代個(gè)體按照一定的程度進(jìn)行交叉變異,將結(jié)果較差的子代淘汰。本研究使用GA算法的遺傳變異功能,將粒子群每一代的粒子在一定的程度上進(jìn)行交叉,更新粒子在搜索空間的位置。在計(jì)算每一代粒子的適應(yīng)度值后,根據(jù)迭代次數(shù)的不同,加入不同權(quán)重的罰函數(shù)。改進(jìn)的PSO-GA算法流程如圖2所示。

圖2 PSOGA算法流程

6 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

6.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及環(huán)境

本文以IEEE-30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真分析,系統(tǒng)接線如圖3所示。

圖3 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線

該系統(tǒng)有6臺(tái)發(fā)電機(jī),成本系數(shù)和其他相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 火電機(jī)組參數(shù)

將上文中風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果通過(guò)節(jié)點(diǎn)16接入系統(tǒng),風(fēng)電場(chǎng)容量為150 MW。選取一日為一調(diào)度周期,每一個(gè)調(diào)度周期分為24 h,系統(tǒng)負(fù)荷需求預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)中所使用的參數(shù)值如表1所示。每單位電量的分配額度η為0.798/MWh,風(fēng)力發(fā)電的置信水平Er為0.85。負(fù)荷值的正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用容量值為5%,旋轉(zhuǎn)備用的價(jià)格Cr為200元/MW。運(yùn)行和維護(hù)成本是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)風(fēng)電成本Cm確定的,即55元/MWh。風(fēng)電的高估m(xù)dh和低估m(xù)dl的成本因素的成本系數(shù)估分別為125元/MW和230元/MW。

6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了研究本文低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度的優(yōu)勢(shì)與特性,分別對(duì)以下2種場(chǎng)景下不同的調(diào)度結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了討論。

場(chǎng)景1:以降低火力發(fā)電成本的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),使用傳統(tǒng)的調(diào)度模型,將火電機(jī)組最小運(yùn)行成本作為目標(biāo)函數(shù),碳排放的交易成本不包含在內(nèi)。

場(chǎng)景2:基于本文提出的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,需要滿足風(fēng)力發(fā)電成本、火力發(fā)電成本和碳排放交易成本的總和最小。

在這2種場(chǎng)景下,碳交易價(jià)格為150元/t。以一日24個(gè)時(shí)段作為一個(gè)調(diào)度周期。2種場(chǎng)景下的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度如表2所示。

表2 動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行結(jié)果

在場(chǎng)景1中,目標(biāo)函數(shù)是最小化火力發(fā)電成本,所以從風(fēng)力發(fā)電量和火力發(fā)電量的結(jié)果來(lái)看,場(chǎng)景1的火力機(jī)組發(fā)電的成本比場(chǎng)景2的火力發(fā)電成本低,對(duì)應(yīng)的火力發(fā)電機(jī)組也比場(chǎng)景2的少。由于場(chǎng)景1減少了火力發(fā)電量,為了滿足系統(tǒng)負(fù)荷的平衡,所以相對(duì)應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電量就會(huì)多于場(chǎng)景2,從而帶來(lái)更高的風(fēng)力發(fā)電成本。但是對(duì)比兩種場(chǎng)景下的碳排放成本,可以看出場(chǎng)景2的碳排放成本更低,這是因?yàn)閳?chǎng)景1是以火電機(jī)組的發(fā)電成本最小為目標(biāo)函數(shù),所以在發(fā)電時(shí),優(yōu)先讓發(fā)電成本較小的機(jī)組發(fā)電,但是較小的發(fā)電成本機(jī)組就具有較高的碳排放系數(shù),進(jìn)一步導(dǎo)致了場(chǎng)景1的碳排放成本高于場(chǎng)景2。由于場(chǎng)景2是以火電、風(fēng)電和碳排放三者總的發(fā)電成本為目標(biāo)函數(shù),使得場(chǎng)景2 總的發(fā)電成本低于場(chǎng)景1,從而驗(yàn)證了本文提出的碳排放模型的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。

7 結(jié) 語(yǔ)

風(fēng)電的大規(guī)模接入和碳交易的引入,對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)度模型產(chǎn)生了影響。由于傳統(tǒng)的調(diào)度模型僅僅基于風(fēng)電和火電的組合發(fā)電成本,并未考慮到低碳因素的影響,因此其機(jī)組的開停機(jī)順序更注重的是調(diào)度經(jīng)濟(jì)性。碳交易的引入使得機(jī)組組合方式不能再忽略碳排放成本這一因素。本文基于GA算法和PSO算法的改進(jìn)算法求解機(jī)組的出力,并且通過(guò)3種調(diào)度模式的對(duì)比,討論了碳交易引入對(duì)調(diào)度成本的影響、不同的碳權(quán)比重對(duì)于調(diào)度結(jié)果的影響及碳交易價(jià)格對(duì)于調(diào)度成本的影響。最終的算例分析證明了機(jī)組組合的優(yōu)越性。