劉 闖，孫 傲，王藝博，賀 歡，張海亮，寧遼逸

（1. 東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2. 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114009）

0 引言

煤、石油等化石能源的短缺以及大量化石能源的使用導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題，使得人類對(duì)新能源的發(fā)展產(chǎn)生了足夠的重視。我國(guó)能源消費(fèi)總量十分突出，所以建設(shè)一個(gè)安全、清潔和可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)成為我國(guó)能源發(fā)展的必然要求［1］。截至2019年年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)2.1×108kW，光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)2.04×108kW，裝機(jī)占比達(dá)到20.6%。但新能源并網(wǎng)容量大規(guī)模增加，其波動(dòng)性和反調(diào)峰特性導(dǎo)致電力運(yùn)行成本呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。當(dāng)采用傳統(tǒng)調(diào)度方法時(shí)，需要火電平抑新能源所帶來(lái)的功率波動(dòng)，若繼續(xù)采取傳統(tǒng)調(diào)度方法，則新能源如何進(jìn)行消納將成為難題，同時(shí)會(huì)對(duì)火電機(jī)組的運(yùn)行造成巨大壓力［2-4］。

為了提高系統(tǒng)新能源的消納水平，有關(guān)需求側(cè)負(fù)荷調(diào)控的研究日益興起，利用現(xiàn)有的負(fù)荷端資源參與新能源的就地消納是解決棄風(fēng)問(wèn)題的新思路，通過(guò)增強(qiáng)需求側(cè)與電源側(cè)的互動(dòng)，為電網(wǎng)調(diào)峰模式的轉(zhuǎn)變提供了前提條件［5］。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于需求側(cè)負(fù)荷調(diào)控的研究已經(jīng)取得了一定成果。文獻(xiàn)［6］建立了電熱水器集群溫控負(fù)荷的模型，研究了其在頻率響應(yīng)下的控制策略。文獻(xiàn)［7］提出了具有儲(chǔ)能特性的空調(diào)負(fù)荷快速參與需求響應(yīng)的方案，并建立了空調(diào)負(fù)荷總功率與環(huán)境溫度、室外溫度的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空調(diào)負(fù)荷可調(diào)度潛力的評(píng)估。文獻(xiàn)［8-9］首先分析了電動(dòng)汽車隨機(jī)接入電網(wǎng)時(shí)參加系統(tǒng)需求響應(yīng)的可行性，提出了一種適用于電動(dòng)汽車的分布式需求響應(yīng)算法，以降低系統(tǒng)負(fù)荷最大峰值。文獻(xiàn)［10］定義了“源-網(wǎng)-荷”互動(dòng)協(xié)調(diào)的概念，利用可控負(fù)荷調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的運(yùn)行，并以風(fēng)電消納為目標(biāo)給出了相關(guān)的控制研究框架。將負(fù)荷側(cè)中具有代表性的高耗能負(fù)荷作為參加需求響應(yīng)的主體控制對(duì)象有著明顯的優(yōu)勢(shì)。首先高耗能負(fù)荷具有更高的單體負(fù)荷容量，比商業(yè)和住宅負(fù)荷具有更大的調(diào)節(jié)潛力；其次，高耗能負(fù)荷的自動(dòng)化生產(chǎn)水平較高，更易于實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制［11］。因此，研究以高耗能負(fù)荷為需求響應(yīng)主體的協(xié)調(diào)調(diào)度方法具有較強(qiáng)的工程意義與應(yīng)用價(jià)值［12］。

高耗能負(fù)荷參與對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的作用在國(guó)內(nèi)外已有研究。文獻(xiàn)［13］提出了一種高耗能-風(fēng)電協(xié)調(diào)調(diào)度策略；文獻(xiàn)［14］提出了一種源荷協(xié)調(diào)控制的多目標(biāo)優(yōu)化算法；文獻(xiàn)［15］構(gòu)建了一種考慮風(fēng)電消納成本的源荷協(xié)調(diào)2 層優(yōu)化模型；文獻(xiàn)［16］研究了綜合考慮風(fēng)電價(jià)格約束和電網(wǎng)調(diào)峰約束下高耗能企業(yè)內(nèi)部轉(zhuǎn)移負(fù)荷和增加負(fù)荷，利用優(yōu)化預(yù)測(cè)函數(shù)控制尋優(yōu)算法求解風(fēng)電出力波動(dòng)數(shù)值；文獻(xiàn)［17］綜合考慮源、網(wǎng)、荷三方利益，引入電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提出了風(fēng)電消納模型，以實(shí)現(xiàn)降低風(fēng)電出力波動(dòng)、減少受阻風(fēng)電功率的目的。綜合而言，大多數(shù)研究?jī)H集中在利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與系統(tǒng)的可再生能源消納方面，隨著需求響應(yīng)和儲(chǔ)能技術(shù)的成熟和成本的降低，研究含儲(chǔ)能與高耗能負(fù)荷參與系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)峰的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法具有重要意義。

氧化鎂作為一種高溫耐火材料，在航天、水泥、化工及電子工業(yè)等中都得到了應(yīng)用。我國(guó)遼寧省中部菱鎂礦資源豐富，制備氧化鎂的方法主要是利用電熔鎂爐產(chǎn)生電弧進(jìn)行高溫灼燒，將菱鎂礦石加熱到熔融狀態(tài)，以獲取高純度的氧化鎂晶體［18］。電熔鎂負(fù)荷是一種高能耗的工業(yè)負(fù)荷，由于電熔鎂負(fù)荷的容量為幾十兆瓦級(jí)或數(shù)百兆瓦級(jí)，即使只進(jìn)行部分功率調(diào)節(jié)，也能作為火電機(jī)組調(diào)節(jié)能力的補(bǔ)充，降低火電機(jī)組的調(diào)節(jié)次數(shù)和調(diào)峰深度。目前相關(guān)研究大多數(shù)集中在電熔鎂爐運(yùn)行控制方面。關(guān)于電熔鎂用能的研究，文獻(xiàn)［19］提出了一種基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的電弧爐供電模型，可以達(dá)到縮減電熔鎂熔煉時(shí)間、降低單位用能的效果；文獻(xiàn)［20］考慮了在電熔鎂負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中的不同運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了在不同工況下電熔鎂熔煉過(guò)程中全廠電能分配的實(shí)時(shí)多目標(biāo)優(yōu)化。

針對(duì)上述火電機(jī)組和新能源發(fā)展中的問(wèn)題，本文將高耗能負(fù)荷中具有代表性的電熔鎂負(fù)荷作為負(fù)荷側(cè)調(diào)控的主體對(duì)象，在電熔鎂負(fù)荷側(cè)配置電池儲(chǔ)能裝置，共同參與系統(tǒng)的風(fēng)電消納?？紤]到不同調(diào)峰主體參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的時(shí)間尺度不同，使各參與主體分別參與到相應(yīng)時(shí)段的調(diào)峰過(guò)程中，對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差與負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行逐步消除，形成計(jì)及電熔鎂負(fù)荷和儲(chǔ)能的聯(lián)合調(diào)峰方法。通過(guò)深入分析電熔鎂負(fù)荷和儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)峰的機(jī)理，建立以電力系統(tǒng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷側(cè)調(diào)峰主體和源側(cè)機(jī)組的協(xié)調(diào)運(yùn)行，仿真結(jié)果表明該方法能有效提高系統(tǒng)調(diào)峰靈活性，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提升風(fēng)電的消納能力。

1 需求側(cè)調(diào)峰主體在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的作用

1.1 電熔鎂負(fù)荷

1.1.1 電熔鎂負(fù)荷運(yùn)行方式

電熔鎂爐的工作原理圖如圖1 所示。圖中1—4 分別為電熔鎂爐接入降壓變壓器的短網(wǎng)、電極升降裝置、電熔鎂爐爐體、可升降電極。在電熔鎂的生產(chǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)電熔鎂爐進(jìn)行制備。從爐體結(jié)構(gòu)上，電熔鎂爐屬于一種交流電弧爐。從生產(chǎn)工藝上，電熔鎂爐是利用交流電弧產(chǎn)生的熱量對(duì)電熔鎂礦石進(jìn)行加熱，使礦石達(dá)到熔融狀態(tài)，進(jìn)而可以得到氧化鎂晶體。電熔鎂爐可以通過(guò)電極控制器對(duì)電極進(jìn)行升降，達(dá)到控制爐內(nèi)電流，進(jìn)而控制電熔鎂爐消耗功率的效果。

圖1 電熔鎂爐原理示意圖Fig.1 Principle diagram of fused magnesium furnace

1.1.2 電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)特性模型

電熔鎂負(fù)荷在生產(chǎn)過(guò)程中受到多種生產(chǎn)工藝的限制，故在電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)程中應(yīng)考慮以下約束。

1）調(diào)節(jié)容量約束。

式（4）表示在電熔鎂爐的一個(gè)完整生產(chǎn)周期T內(nèi)，每臺(tái)電熔鎂爐的調(diào)節(jié)次數(shù)不應(yīng)超過(guò)所設(shè)定的最大調(diào)節(jié)次數(shù)M，這樣可以避免單臺(tái)電熔鎂爐進(jìn)行多次調(diào)節(jié)，影響該臺(tái)電熔鎂爐的產(chǎn)品純度與產(chǎn)量。

3）電熔鎂負(fù)荷功率調(diào)節(jié)時(shí)間約束。

單臺(tái)電熔鎂爐不宜在連續(xù)的幾個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行持續(xù)上調(diào)，否則會(huì)導(dǎo)致電熔鎂爐中熔融的液體溫度持續(xù)升高，造成噴爐等事故。另外，如果電熔鎂爐功率持續(xù)下調(diào)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度不滿足反應(yīng)要求，影響電熔鎂產(chǎn)品純度。所以對(duì)電熔鎂負(fù)荷功率調(diào)節(jié)時(shí)間約束為：

式中：λ1—λ3分別為功率上調(diào)狀態(tài)、功率下調(diào)狀態(tài)、額定功率狀態(tài)下的電熔鎂產(chǎn)率；ΔT為電熔鎂負(fù)荷的調(diào)度周期；Wm為電熔鎂的預(yù)計(jì)產(chǎn)量值。

1.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方式與模型

目前，由于儲(chǔ)能技術(shù)的不斷成熟和成本降低，其能廣泛參與到電力工程的實(shí)際應(yīng)用中。在多種儲(chǔ)能技術(shù)中，電池儲(chǔ)能集成度水平高、響應(yīng)速度快，成為了最受關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)之一。當(dāng)負(fù)荷側(cè)配置集中式電池儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能裝置可以參與電網(wǎng)調(diào)峰與新能源消納，提高電網(wǎng)接納新能源水平，降低火電機(jī)組調(diào)峰負(fù)擔(dān)。

荷電狀態(tài)SOC（State Of Charge）為評(píng)價(jià)電池儲(chǔ)能裝置剩余能量的參數(shù)，其計(jì)算公式為：

1.3 需求側(cè)調(diào)峰主體在調(diào)峰中的作用

通過(guò)整合需求側(cè)的可調(diào)控資源與電網(wǎng)進(jìn)行“雙向互動(dòng)”，是應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)且多樣化的電力需求和緩解電力供需不平衡的有效手段。

在傳統(tǒng)調(diào)度方式下，電力系統(tǒng)的凈負(fù)荷為：

圖2 為3 種調(diào)度方式的系統(tǒng)日凈負(fù)荷對(duì)比圖。由圖可見(jiàn)，在電熔鎂負(fù)荷進(jìn)行調(diào)峰的基礎(chǔ)上，電池儲(chǔ)能在棄風(fēng)時(shí)段吸收風(fēng)電功率，并在后續(xù)出現(xiàn)負(fù)荷高峰時(shí)段釋放功率。這說(shuō)明電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰方式使系統(tǒng)凈負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步減小，緩解了火電機(jī)組調(diào)峰壓力。

圖2 3種調(diào)度方式的凈負(fù)荷對(duì)比Fig.2 Comparison of net load among three kinds of dispatching modes

2 火電機(jī)組調(diào)峰成本模型

隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的逐步推進(jìn)，新能源機(jī)組將會(huì)大規(guī)模接入電力系統(tǒng)，電源側(cè)將呈現(xiàn)出多能互補(bǔ)的局面，為了提高電力系統(tǒng)新能源占比，火電需要進(jìn)行頻繁調(diào)節(jié)并增大調(diào)峰寬度來(lái)平抑新能源的功率波動(dòng)，這將增加火電機(jī)組的運(yùn)行成本。本節(jié)將從經(jīng)濟(jì)性角度，以火電機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)大規(guī)模新能源接入電力系統(tǒng)后的火電機(jī)組運(yùn)行成本進(jìn)行分析，基于此針對(duì)調(diào)峰過(guò)程的不同階段進(jìn)行細(xì)化，建立火電機(jī)組運(yùn)行成本模型。

由于電源側(cè)呈現(xiàn)多能互補(bǔ)的趨勢(shì)，為更大程度地消納新能源，需要火電機(jī)組降低出力，運(yùn)行在深度調(diào)峰模式，為新能源讓出更大的上網(wǎng)空間。但隨著火電機(jī)組出力的下降，機(jī)組效率也會(huì)隨之降低，因此有必要對(duì)深度調(diào)峰過(guò)程中的火電機(jī)組運(yùn)行成本進(jìn)行分析。

在不投油的深度調(diào)峰階段，除考慮式（16）所示的煤耗成本外，還應(yīng)考慮在交變應(yīng)力作用下機(jī)組壽命衰減所導(dǎo)致的機(jī)組壽命損耗成本。本文選擇Manson-Coffin 公式對(duì)火電機(jī)組的壽命損耗成本fs進(jìn)行定量計(jì)算［21］，如式（17）所示。式中：poil為單位油價(jià)；moil為投油深度調(diào)峰階段使用的油量。

綜上所述，不同調(diào)峰階段的火電機(jī)組成本fsd如表1所示。

表1 不同調(diào)峰階段的火電機(jī)組成本Table 1 Cost of thermal power generators in different peaking stages

3 計(jì)及電熔鎂負(fù)荷和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰的日前-日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型

隨著風(fēng)電等新能源的裝機(jī)容量逐年提升，其消納問(wèn)題也愈發(fā)突出。雖然對(duì)風(fēng)電進(jìn)行功率預(yù)測(cè)可以對(duì)后續(xù)系統(tǒng)調(diào)度提供幫助，但是風(fēng)電預(yù)測(cè)結(jié)果仍存有一定偏差，并且風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度隨著時(shí)間尺度的減小而提高，所以為了達(dá)到更好的風(fēng)電消納效果，考慮分為日前與日內(nèi)2 種時(shí)間尺度對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)可調(diào)度資源進(jìn)行控制，建立日前和日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。根據(jù)第1、2 節(jié)的分析可知，對(duì)于電力系統(tǒng)內(nèi)不同類型的調(diào)峰資源，有著不同的控制方式，電熔鎂負(fù)荷在響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度需求時(shí)，需考慮調(diào)節(jié)時(shí)間約束，調(diào)節(jié)速度和范圍有限。相比于電熔鎂負(fù)荷，電池儲(chǔ)能集成度水平高、響應(yīng)速度快，能靈活響應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)度需求。將電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能在其適宜的時(shí)間尺度內(nèi)進(jìn)行調(diào)度，可最大限度地發(fā)揮兩者的作用。下面從經(jīng)濟(jì)性角度，分別對(duì)日前和日內(nèi)電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

對(duì)于日前調(diào)度階段，電源側(cè)考慮常規(guī)火電機(jī)組、深度調(diào)峰火電機(jī)組和風(fēng)電，負(fù)荷側(cè)考慮電熔鎂負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)峰，日前調(diào)度以后續(xù)的24 h 為1 個(gè)調(diào)度周期，以1 h 為時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)度，以系統(tǒng)日前24 h內(nèi)的總運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，確定系統(tǒng)風(fēng)電接入量、火電機(jī)組啟停情況、深度調(diào)峰機(jī)組出力和電熔鎂負(fù)荷的調(diào)節(jié)情況。

日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型目標(biāo)函數(shù)為：

在日前調(diào)度中，需要考慮的約束條件包含風(fēng)電出力約束、火電機(jī)組約束、系統(tǒng)運(yùn)行約束和電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)約束，其中電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)約束如式（1）—（7）所示。

1）風(fēng)電出力約束。

風(fēng)電出力的上、下限約束為：

通過(guò)對(duì)日前優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，可以得到各臺(tái)火電機(jī)組在各個(gè)時(shí)刻的啟停情況、電熔鎂負(fù)荷在各個(gè)時(shí)刻的功率調(diào)節(jié)情況、深度調(diào)峰機(jī)組的出力大小，并將上述求得的日前調(diào)度參考值代入日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度模型中做進(jìn)一步求解。

3.2 日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

在日內(nèi)優(yōu)化階段，以1 h 為調(diào)度周期，安排未來(lái)1 h 的火電機(jī)組出力情況和儲(chǔ)能功率變化情況。因此，可以構(gòu)建以下一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小的日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，系統(tǒng)的總運(yùn)行成本主要考慮火電機(jī)組運(yùn)行成本和啟停成本、電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)成本、儲(chǔ)能電池運(yùn)行成本和棄風(fēng)成本。且在系統(tǒng)運(yùn)行約束中也需要考慮系統(tǒng)正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用、機(jī)組爬坡約束和儲(chǔ)能電池運(yùn)行約束。

日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型目標(biāo)函數(shù)為：

通過(guò)對(duì)日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度模型的求解，調(diào)整下一調(diào)度周期內(nèi)的火電機(jī)組的出力情況和風(fēng)電出力情況，并確定電池儲(chǔ)能的充放電情況。日前-日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的流程圖如附錄A圖A1所示。

4 算例分析

4.1 算例參數(shù)

基于改進(jìn)的IEEE 30 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)本文所提出的兩階段日前-日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行驗(yàn)證。改進(jìn)后的IEEE 30 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中含有1 座裝機(jī)容量為1 500 MW 的風(fēng)電場(chǎng)、4 臺(tái)常規(guī)火電機(jī)組、1 臺(tái)可以進(jìn)行深度調(diào)峰的火電機(jī)組，其中參考實(shí)際電網(wǎng)中風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)，將棄風(fēng)成本設(shè)置為200 元／（MW·h），火電機(jī)組參數(shù)如附錄A 表A1 所示。模型求解問(wèn)題屬于一種混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，本文考慮采用遺傳算法進(jìn)行求解。在日前調(diào)度模型中，設(shè)置遺傳算法的最大迭代次數(shù)為1 500次，種群規(guī)模為500，變異概率為0.7，交叉概率為0.3；相較于日前調(diào)度模型，日內(nèi)調(diào)度模型中變量數(shù)量明顯減少，故在日內(nèi)調(diào)度模型中設(shè)置遺傳算法的最大迭代次數(shù)為500 次，種群規(guī)模為100，變異概率為0.7，交叉概率為0.3。

本文假設(shè)電熔鎂企業(yè)在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，采用全天生產(chǎn)方式。且為了避免由于連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)電熔鎂產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，假設(shè)電熔鎂負(fù)荷最長(zhǎng)的持續(xù)上調(diào)時(shí)間不超過(guò)6 h，最長(zhǎng)的持續(xù)下調(diào)時(shí)間不超過(guò)4 h，則電熔鎂負(fù)荷具體的調(diào)節(jié)參數(shù)如表2所示。

表2 電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)Table 2 Regulation parameters of fused magnesium load

系統(tǒng)中除電熔鎂負(fù)荷外，常規(guī)負(fù)荷的日前預(yù)測(cè)曲線如附錄A 圖A2 所示，并假設(shè)常規(guī)負(fù)荷的日前、日內(nèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果相同。電熔鎂企業(yè)內(nèi)裝配的儲(chǔ)能電池采用磷酸鐵鋰電池，容量為200 MW·h，儲(chǔ)能電池的具體參數(shù)如附錄A 表A2 所示。設(shè)儲(chǔ)能電池的運(yùn)行成本為50元／（MW·h）。

4.2 算例結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文所提出的日前-日內(nèi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的有效性，設(shè)定以下場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析。

1）場(chǎng)景1：僅依靠常規(guī)火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰。

2）場(chǎng)景2：僅依靠火電機(jī)組和電熔鎂負(fù)荷進(jìn)行日前調(diào)峰。根據(jù)日前風(fēng)電預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，充分考慮電熔鎂的運(yùn)行約束的同時(shí)，使電熔鎂負(fù)荷主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)峰。

3）場(chǎng)景3：依靠火電機(jī)組，聯(lián)合電熔鎂負(fù)荷與儲(chǔ)能電池進(jìn)行日前-日內(nèi)聯(lián)合調(diào)峰。

結(jié)合風(fēng)電日前-日內(nèi)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得出3 種場(chǎng)景下的系統(tǒng)運(yùn)行成本情況如表3 所示，各場(chǎng)景下的棄風(fēng)量對(duì)比如附錄A圖A3所示。

表3 不同場(chǎng)景下電力系統(tǒng)運(yùn)行總成本對(duì)比Table 3 Comparison of total operating costs of electric power system among different scenarios

從表3 中所示不同場(chǎng)景下的系統(tǒng)運(yùn)行各項(xiàng)成本對(duì)比可知，采用傳統(tǒng)調(diào)度方式時(shí)，系統(tǒng)棄風(fēng)情況最為嚴(yán)重。在場(chǎng)景2 中，將電熔鎂負(fù)荷作為一種調(diào)峰資源后，系統(tǒng)棄風(fēng)成本有了顯著降低。進(jìn)而在場(chǎng)景3中，采用電熔鎂和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰方式后，相較于場(chǎng)景2，系統(tǒng)的棄風(fēng)成本又降低了29.2%，且儲(chǔ)能和電熔鎂負(fù)荷的總調(diào)節(jié)成本僅占系統(tǒng)總運(yùn)行成本的1.41%。由此可見(jiàn)，使用儲(chǔ)能電池對(duì)降低系統(tǒng)運(yùn)行成本有更好的效果。采用本文所提出的電熔鎂和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰模式能夠降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，緩解火電機(jī)組調(diào)峰壓力，提高風(fēng)電消納水平。

圖3 和圖4 分別為采用電熔鎂負(fù)荷和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰策略后，各個(gè)時(shí)刻的風(fēng)電出力情況和電熔鎂負(fù)荷的調(diào)節(jié)情況。由圖4 可見(jiàn)，在棄風(fēng)率較高的時(shí)刻（如01:00—04:00 和20:00—24:00），電熔鎂負(fù)荷均進(jìn)行了功率上調(diào)，以幫助系統(tǒng)消納風(fēng)電，且當(dāng)風(fēng)電功率降低時(shí)（如12:00）電熔鎂負(fù)荷進(jìn)行了功率下調(diào)，以滿足系統(tǒng)源側(cè)與荷側(cè)的供需平衡，避免了火電機(jī)組進(jìn)行頻繁調(diào)節(jié)。

圖3 采用日前-日內(nèi)調(diào)峰策略后的棄風(fēng)情況Fig.3 Amount of wind curtailment after adopting day-ahead and intra-day peak shaving strategy

圖4 電熔鎂負(fù)荷調(diào)節(jié)曲線Fig.4 Regulation curve of fused magnesium load

圖5 為電池儲(chǔ)能充放電功率情況，通過(guò)電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能的功率動(dòng)態(tài)調(diào)整后，場(chǎng)景2和場(chǎng)景3中系統(tǒng)的凈負(fù)荷對(duì)比情況如圖6 所示。由圖可見(jiàn)，經(jīng)日前-日內(nèi)兩階段的優(yōu)化調(diào)度后，系統(tǒng)凈負(fù)荷的日峰谷差降低了30.98 MW。綜上所述，電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰策略能夠降低系統(tǒng)的凈負(fù)荷峰谷差值，同時(shí)可以充分接納風(fēng)電，具有良好的實(shí)用價(jià)值。

圖5 電池儲(chǔ)能充放電功率情況Fig.5 Charging and discharging power of battery energy storage

圖6 場(chǎng)景2和場(chǎng)景3中系統(tǒng)凈負(fù)荷對(duì)比Fig.6 Comparison of net load in electric power system between Scenario 2 and Scenario 3

當(dāng)采用本文所提出的電熔鎂負(fù)荷與儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)峰的運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)中的火電機(jī)組出力情況如圖7 所示。由圖7 可知：當(dāng)風(fēng)電消納存在困難時(shí)（如01:00—04:00 和20:00—24:00），深度調(diào)峰機(jī)組會(huì)降低出力，為風(fēng)電上網(wǎng)提供更大空間；且當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)電有降低趨勢(shì)時(shí)（如07:00—08:00），深度調(diào)峰機(jī)組可以補(bǔ)足風(fēng)電功率的缺失。由此可見(jiàn)，深度調(diào)峰機(jī)組可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)調(diào)峰的靈活性，配合電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能共同參與系統(tǒng)調(diào)度，提高系統(tǒng)風(fēng)電消納水平。

圖7 火電機(jī)組出力情況Fig.7 Output of thermal power units

5 結(jié)論

本文提出了一種計(jì)及需求側(cè)電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能的聯(lián)合調(diào)峰調(diào)度方法，得到主要結(jié)論如下。

1）從需求側(cè)中的電熔鎂負(fù)荷和電池儲(chǔ)能模型入手，討論了二者在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的作用，從理論上揭示了通過(guò)合理調(diào)節(jié)電熔鎂負(fù)荷和配置電池儲(chǔ)能可以幫助系統(tǒng)提高風(fēng)電消納量。

2）火電機(jī)組中的深度調(diào)峰火電機(jī)組由于有著更寬的調(diào)節(jié)裕度，可以進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)風(fēng)電功率的接入能力。通過(guò)聯(lián)合電熔鎂負(fù)荷以及儲(chǔ)能進(jìn)行輔助調(diào)峰，在提高系統(tǒng)靈活性的同時(shí)可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)棄風(fēng)水平。由算例分析結(jié)果可知，本文所提優(yōu)化調(diào)度策略相較于僅考慮電熔鎂負(fù)荷調(diào)峰的場(chǎng)景，日平均棄風(fēng)功率降低了29.2%，系統(tǒng)凈負(fù)荷的日峰谷差降低了30.98 MW。在未來(lái)，隨著儲(chǔ)能的成本的降低，本文所提出的調(diào)度策略將有更為廣闊的應(yīng)用前景。

3）本文以系統(tǒng)總運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，提出了一種日前-日內(nèi)兩階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，使各調(diào)峰主體在不同時(shí)間尺度上發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，靈活響應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)度需求。該方法可以用于分析風(fēng)火系統(tǒng)中，利用電熔鎂負(fù)荷和儲(chǔ)能在不同模式下參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的運(yùn)行成本，為電力系統(tǒng)調(diào)度和電熔鎂企業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃提供了一種有效的決策信息。

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