考慮風(fēng)電時(shí)空特性和相對(duì)波動(dòng)率的平衡成本分?jǐn)偡椒?/h1>
2024-01-03 06:23:52何義瓊李鑫賈海清劉長(zhǎng)璽劉茹谷旭東雷霞
電力建設(shè) 2024年1期
何義瓊,李鑫,賈海清,劉長(zhǎng)璽,劉茹,谷旭東,雷霞
(1.內(nèi)蒙古東部電力交易中心有限公司,呼和浩特市 010000;2.西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院,成都市 610039)
0 引 言
“十三五”以來(lái),全國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅速,棄風(fēng)限電情況逐年改善明顯。2021年全國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)容量4 757 kW,同比增長(zhǎng)16.6%;風(fēng)電年發(fā)電量6 526億kW·h,占全部電源總發(fā)電量的7.8%;年棄風(fēng)電量208.8億kW·h,棄風(fēng)率下降至3.1%。“十四五”是電力低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期,大力發(fā)展風(fēng)電依舊是主旋律,現(xiàn)階段更為積極的目標(biāo)應(yīng)是在提升風(fēng)電消納能力的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善電力交易機(jī)制和價(jià)格激勵(lì)方式,促進(jìn)風(fēng)電和電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。目前,我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)如火如荼,其通過(guò)短時(shí)間尺度的快速交易及與中長(zhǎng)期市場(chǎng)的配合,可進(jìn)一步緩解風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響并減少棄風(fēng),這也對(duì)挖掘短時(shí)間尺度的風(fēng)電成本提出了更高要求。此外,風(fēng)電仍以平準(zhǔn)化度電成本為基準(zhǔn)報(bào)價(jià),其并網(wǎng)產(chǎn)生的成本在市場(chǎng)交易中未量化體現(xiàn),這不利于系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的接納。只有全面厘清與現(xiàn)貨交易時(shí)間尺度一致的風(fēng)電分時(shí)段真實(shí)成本,才能保證新能源現(xiàn)貨市場(chǎng)交易的公平性,并促進(jìn)系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)度方案的制定。
風(fēng)電作為清潔能源對(duì)于節(jié)能減排具有正向價(jià)值,但風(fēng)力發(fā)電易受環(huán)境和自然資源影響,具有波動(dòng)性和不確定性,因此,風(fēng)電并網(wǎng)后需要常規(guī)機(jī)組或儲(chǔ)能的啟停、調(diào)節(jié)、預(yù)留備用等一系列操作來(lái)確保電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)有功平衡[3],由此帶來(lái)的系統(tǒng)額外運(yùn)行成本即為“平衡成本”[4]。針對(duì)風(fēng)電平衡成本計(jì)算方法與定性分析的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作。文獻(xiàn)[5]對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的美國(guó)德州電力市場(chǎng)進(jìn)行了研究,指出在該市場(chǎng)環(huán)境下,風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)市場(chǎng)其他參與者產(chǎn)生影響,評(píng)估風(fēng)電價(jià)值不能忽視風(fēng)電與其他電源之間的影響關(guān)系;文獻(xiàn)[6]研究了英國(guó)風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)平衡成本的影響,結(jié)果表明風(fēng)電并網(wǎng)容量增大時(shí),系統(tǒng)平衡成本顯著增加;文獻(xiàn)[7]研究了風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)平衡成本的量化方法,基于線性回歸和隨機(jī)規(guī)劃的方法對(duì)不同風(fēng)電滲透率下的平衡成本進(jìn)行了計(jì)算;文獻(xiàn)[8]結(jié)合電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度分析了風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響,提出應(yīng)構(gòu)造無(wú)風(fēng)電平衡成本的等效場(chǎng)景,使風(fēng)電能源價(jià)值從平衡成本中剝離,在等效時(shí)將風(fēng)電出力處理為恒值出力;文獻(xiàn)[9]研究了定量分析風(fēng)電平衡成本的計(jì)算思路,并分季節(jié)對(duì)不同風(fēng)電接納量系統(tǒng)的平衡成本進(jìn)行了測(cè)算分析;文獻(xiàn)[10]基于波形相似理論度量風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力曲線和等效出力曲線的波動(dòng)整體性差異,兼顧風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的影響,確定各風(fēng)電場(chǎng)因未能有效跟蹤負(fù)荷波動(dòng)而承擔(dān)的風(fēng)電波動(dòng)成本份額;文獻(xiàn)[11]研究了基于平衡成本的調(diào)峰補(bǔ)償成本測(cè)算方法,并在其基礎(chǔ)上提出了風(fēng)電分段調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制,結(jié)果表明棄風(fēng)段的風(fēng)電因平衡成本過(guò)高而交易價(jià)值較低。以上研究工作主要針對(duì)風(fēng)電在較長(zhǎng)時(shí)間段或調(diào)度周期內(nèi)總的平衡成本進(jìn)行定量和定性分析,難以滿(mǎn)足現(xiàn)貨市場(chǎng)短時(shí)間尺度交易的需要,因此,有必要對(duì)風(fēng)電功率短時(shí)間尺度的波動(dòng)特性及其量化評(píng)估方法進(jìn)行研究。
目前已有很多針對(duì)風(fēng)電波動(dòng)特性方面的研究。文獻(xiàn)[12]提出一種考慮最優(yōu)核函數(shù)帶寬選擇的改進(jìn)型非參數(shù)核密度估計(jì)法,建立了風(fēng)力發(fā)電隨機(jī)分布模型,從不同時(shí)間尺度分析了不同區(qū)域間的風(fēng)電出力概率特性差異;文獻(xiàn)[13]提出了一種基于混合尺度參數(shù)和位置參數(shù)的t分布模型對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)變化率進(jìn)行擬合,該方法基于統(tǒng)計(jì)原理,在對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的研究過(guò)程中消除了時(shí)序特征;文獻(xiàn)[14]研究了在不同裝機(jī)容量和不同差分尺度下的風(fēng)電功率波動(dòng)特性,結(jié)果表明風(fēng)電功率波動(dòng)在時(shí)間尺度分布上具有趨勢(shì)性;文獻(xiàn)[15]研究了風(fēng)電功率波動(dòng)在不同時(shí)間、空間尺度上的分布特性,研究結(jié)果表明,隨著風(fēng)電場(chǎng)群空間分布廣度的增大會(huì)使得風(fēng)電功率的波動(dòng)出現(xiàn)平緩效應(yīng),但并未對(duì)波動(dòng)進(jìn)行定量的刻畫(huà);文獻(xiàn)[16]研究了不同時(shí)間分辨率下各時(shí)段風(fēng)電功率波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性,實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)序特征的風(fēng)電功率波動(dòng)特性的定量分析;文獻(xiàn)[17]提出了分析風(fēng)電功率時(shí)間序列波動(dòng)性與預(yù)測(cè)誤差關(guān)系的方法,對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的時(shí)序特征進(jìn)行了較為準(zhǔn)確地描述。上述關(guān)于風(fēng)電功率波動(dòng)性的研究,對(duì)其功率時(shí)間序列的演進(jìn)變換特征進(jìn)行定量刻畫(huà)的方法主要運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型,對(duì)數(shù)據(jù)要求過(guò)高,從而降低了在風(fēng)電波動(dòng)成本分?jǐn)傊袘?yīng)用的實(shí)用性。
針對(duì)上述問(wèn)題,本文從對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)特性的分析出發(fā),提出一種考慮風(fēng)電時(shí)空特性和相對(duì)波動(dòng)率的平衡成本分?jǐn)偡椒?。首?構(gòu)造“等電量-順負(fù)荷”場(chǎng)景,考慮風(fēng)電每日的出力特性,對(duì)一天的系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,對(duì)比預(yù)測(cè)場(chǎng)景和等效場(chǎng)景優(yōu)化調(diào)度的系統(tǒng)總運(yùn)行成本計(jì)算得到調(diào)度周期內(nèi)總的風(fēng)電平衡成本[9-10];其次,兼顧風(fēng)電場(chǎng)的空間分布和容量對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊?提出風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒?。隨后,提出一種用于刻畫(huà)風(fēng)電功率波動(dòng)時(shí)序特性的指標(biāo)即分時(shí)段三角系數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步定義用于量化風(fēng)電功率分時(shí)段波動(dòng)的分時(shí)段波動(dòng)率,以及反映風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度的指標(biāo)即分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率;最后,以各時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率指標(biāo)為依據(jù)對(duì)風(fēng)電平衡成本進(jìn)行逐時(shí)段的分?jǐn)?即得到風(fēng)電分時(shí)波動(dòng)成本。最后以某地區(qū)含高比例風(fēng)電接入的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真分析,驗(yàn)證所提方法的有效性。
1 風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性及平衡成本分析
波動(dòng)性是一種描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)概念,強(qiáng)調(diào)的是物質(zhì)的時(shí)變特性,只要事物處于持續(xù)變化的狀態(tài),就一定存在波動(dòng)。據(jù)此,風(fēng)電的波動(dòng)性則指風(fēng)電的輸出功率隨時(shí)間的持續(xù)變化狀態(tài)。風(fēng)電波動(dòng)性產(chǎn)生的根本原因在于風(fēng)機(jī)的動(dòng)力元素——風(fēng)能受天氣和地勢(shì)等多種不可抗拒的自然因素影響,且目前風(fēng)電機(jī)組控制功率波動(dòng)的能力有限,因此波動(dòng)性是風(fēng)電的固有特性。即使風(fēng)電預(yù)測(cè)具有很高的準(zhǔn)確度,甚至不存在預(yù)測(cè)誤差,風(fēng)電出力仍然會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)性。
風(fēng)電作為電源,難以像水電、火電等常規(guī)機(jī)組那樣“完美”地跟蹤負(fù)荷,而且其呈現(xiàn)的波動(dòng)性及反調(diào)峰特性使得風(fēng)電出力與負(fù)荷的變化趨勢(shì)難以同步[18-20],因此從調(diào)度資源來(lái)看,風(fēng)電既具有電源特性也具有負(fù)荷特性[21]。本文將風(fēng)電與負(fù)荷的持續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式定義為風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性,將其認(rèn)為是風(fēng)電出力中的電源異質(zhì)性,呈現(xiàn)的是風(fēng)電的負(fù)荷同質(zhì)性,是平衡成本產(chǎn)生的根源。
隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的逐步增大,風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性造成影響[22-23]。一方面,系統(tǒng)凈負(fù)荷的峰谷差及變化率會(huì)因風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)而改變,此時(shí),常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)自身出力不僅需要實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配,還要平抑因風(fēng)電并網(wǎng)可能導(dǎo)致的更大凈負(fù)荷峰谷差及變化率,這勢(shì)必會(huì)使得其啟停等調(diào)節(jié)成本大大增加;另一方面,風(fēng)電并網(wǎng)使系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少,降低了電網(wǎng)的耐頻能力,需要預(yù)留一定的旋轉(zhuǎn)備用以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,使得系統(tǒng)預(yù)留備用容量的費(fèi)用也進(jìn)一步增加。因此,為了保證系統(tǒng)的供需平衡和安全穩(wěn)定,系統(tǒng)需對(duì)各機(jī)組啟停、出力和旋轉(zhuǎn)備用等進(jìn)行調(diào)節(jié),這部分額外的系統(tǒng)響應(yīng)成本即為風(fēng)電的平衡成本。
2 風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算
風(fēng)電平衡成本的產(chǎn)生源于風(fēng)電的相對(duì)波動(dòng)性,需要由系統(tǒng)調(diào)度常規(guī)機(jī)組來(lái)進(jìn)行平抑,因此其量化可利用電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)度模型完成。求解風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的關(guān)鍵在于:1)將常規(guī)機(jī)組平衡風(fēng)電波動(dòng)的調(diào)度成本與平衡負(fù)荷波動(dòng)的調(diào)度成本剝離;2)根據(jù)各風(fēng)電場(chǎng)的容量大小及其波動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)平衡成本的影響程度,將剝離出的調(diào)度成本分?jǐn)傊粮黠L(fēng)電場(chǎng);3)精準(zhǔn)刻畫(huà)在各調(diào)度時(shí)段風(fēng)電出力相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率的時(shí)序演進(jìn)特征,探尋風(fēng)電平衡成本合理分?jǐn)傊粮鲿r(shí)段的依據(jù)和方法。由于構(gòu)成風(fēng)電平衡成本的主體是常規(guī)火電機(jī)組,為平抑風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)而實(shí)施啟停、調(diào)用出力及提供旋轉(zhuǎn)備用而產(chǎn)生的成本,且各調(diào)度時(shí)段平衡成本的產(chǎn)生并不孤立,而是存在著必然的耦合因素,因此,計(jì)算分時(shí)段平衡成本不能簡(jiǎn)單地僅基于各時(shí)段系統(tǒng)局部?jī)?yōu)化調(diào)度結(jié)果進(jìn)行求解,而應(yīng)該先求解系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)總的平衡成本,再遵循合理原則對(duì)平衡成本進(jìn)行時(shí)段分?jǐn)偂?/p>
風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的計(jì)算框架如圖1所示。
圖1 風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算框架Fig.1 The proposed calculation method flowchart of time-segment balance cost of wind power
首先對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景進(jìn)行等效,得到零風(fēng)電平衡成本的風(fēng)電等效出力場(chǎng)景,分別計(jì)算2種場(chǎng)景下的系統(tǒng)總運(yùn)行成本,二者之差即為調(diào)度周期風(fēng)電總平衡成本;通過(guò)分時(shí)段三角系數(shù)對(duì)風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列的時(shí)序演進(jìn)特征進(jìn)行定量提取,基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法在一定時(shí)間窗口內(nèi)(本文取15 min)篩選分時(shí)段三角系數(shù)的次優(yōu)解,歸一化處理后得到逐時(shí)段描述風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷局部波動(dòng)程度典型狀態(tài)的分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率;以各時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率的局部典型狀態(tài)對(duì)整個(gè)調(diào)度周期風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率的宏觀波動(dòng)特征的影響(即局部波動(dòng)影響因子)大小為依據(jù),對(duì)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電總平衡成本逐時(shí)段分?jǐn)?即得到15 min時(shí)間尺度的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本。
2.1 調(diào)度周期風(fēng)電總平衡成本計(jì)算方法
針對(duì)上述思路的關(guān)鍵點(diǎn)1,本文利用文獻(xiàn)[9-10]提出的“等電量-順負(fù)荷”方法構(gòu)造了一個(gè)零風(fēng)電平衡成本場(chǎng)景,將風(fēng)電等效為調(diào)度周期內(nèi)輸出功率能夠始終跟蹤負(fù)荷的等效替代電源?；谙到y(tǒng)優(yōu)化調(diào)度,通過(guò)計(jì)算風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景和風(fēng)電等效出力場(chǎng)景下系統(tǒng)總運(yùn)行成本差異,得到風(fēng)電調(diào)度周期內(nèi)的總平衡成本。
圖2 風(fēng)電等效替代電源構(gòu)造示意Fig.2 Equivalent alternative power supply construction diagram of wind power
風(fēng)電等效替代電源構(gòu)造方法為:
(1)
2.2 計(jì)及風(fēng)電的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型
本文構(gòu)建的計(jì)及風(fēng)電的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)是在滿(mǎn)足負(fù)荷及系統(tǒng)安全運(yùn)行約束的前提下同時(shí)優(yōu)化火電機(jī)組出力、火電機(jī)組啟停及旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化配置,使調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小。
目標(biāo)函數(shù)為:
minCTOC=min(CG+CSU+CSR+CW)
(2)
式中:CTOC為系統(tǒng)的總運(yùn)行成本;CG、CSU、CSR分別為火電機(jī)組的發(fā)電成本、啟停成本、預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用成本;CW為風(fēng)電運(yùn)維成本。
1)火電機(jī)組發(fā)電成本。
(3)
2)火電機(jī)組啟停成本。
(4)
(5)
3)風(fēng)電的運(yùn)維成本。
(6)
式中:kW為風(fēng)電場(chǎng)的單位運(yùn)維成本;PWj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻的計(jì)劃出力;NW為風(fēng)電場(chǎng)數(shù)。
4)火電機(jī)組預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用的成本。
(7)
約束條件包含以下部分:
1)系統(tǒng)有功功率平衡約束。
(8)
式中:PL,t為t時(shí)刻總的負(fù)荷預(yù)測(cè)功率。
2)機(jī)組出力約束。
(9)
(10)
3)火電機(jī)組爬坡約束。
(11)
4)最小啟停時(shí)間約束。
(12)
5)旋轉(zhuǎn)備用約束。
(13)
(14)
6)線路有功潮流約束。
本文中潮流約束考慮直流潮流模型,各支路有功潮流通過(guò)發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子矩陣Gln計(jì)算得到。
(15)
為第l條線路的有功傳輸上限。
將火電機(jī)組發(fā)電成本分段線性化處理后,利用上述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型分別得到調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景下的系統(tǒng)總平衡成本Cpred和風(fēng)電等效出力場(chǎng)景下的系統(tǒng)總平衡成本Cequ,再由式(16)計(jì)算可得一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電總的平衡成本Ctot。
Ctot=Cpred-Cequ
(16)
2.3 風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒?/h3>
實(shí)際系統(tǒng)中往往存在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng),如果單獨(dú)計(jì)算各自產(chǎn)生的平衡成本,則忽略了風(fēng)電場(chǎng)之間的集群效應(yīng)。本文綜合考慮各風(fēng)電場(chǎng)容量和對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響大小,將總平衡成本分?jǐn)傊粮黠L(fēng)電場(chǎng),以解決關(guān)鍵點(diǎn)2。
風(fēng)電平衡成本的空間分?jǐn)偡椒ㄈ缦滤?
1)計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)的單一平衡成本。在計(jì)算第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的單一平衡成本時(shí),將其余風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)出力按前文所述等效處理,保留第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的原預(yù)測(cè)出力。計(jì)算第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)原預(yù)測(cè)出力下的調(diào)度成本與風(fēng)電場(chǎng)全部等效出力的調(diào)度成本差值,以該差值作為風(fēng)電場(chǎng)j的單一平衡成本Cj。
2.4 分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率
針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)3,本文提出基于分時(shí)段三角系數(shù)的定量提取風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率時(shí)序演進(jìn)特征的指標(biāo)——分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率。分時(shí)段三角系數(shù)與傳統(tǒng)評(píng)估風(fēng)電波動(dòng)的一階差分形式指標(biāo)[24-25]側(cè)重點(diǎn)各有不同。后者模型簡(jiǎn)單易懂且已經(jīng)在衡量各種能量波動(dòng)的研究中得到廣泛的應(yīng)用,其重點(diǎn)在于描述相鄰時(shí)刻波動(dòng)功率的變化;前者為了與逐時(shí)段合理分?jǐn)傦L(fēng)電平衡成本的目標(biāo)相契合,更著重于捕捉風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列在各時(shí)段內(nèi)的持續(xù)波動(dòng)特征。為了與現(xiàn)貨交易時(shí)間尺度保持一致性,本文將風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)率的時(shí)段定為15 min。
圖3為風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列的15 min三角系數(shù)求解示意圖,圖中標(biāo)注了個(gè)別功率極值點(diǎn)、非極值點(diǎn)、功率三角形的幅值U及相角θ。通過(guò)不同功率三角形的幅值U和相角θ可對(duì)該時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率的持續(xù)波動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行定量描述。
圖3 功率序列分時(shí)三角系數(shù)示意圖Fig.3 Diagram of time-sharing triangle coefficient of power sequence
1)逐小時(shí)輸入1 min時(shí)間尺度風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列PW-L(1),PW-L(2),…,PW-L(k),…,PW-L(15)。
(17)
(18)
3)忽略功率序列中的非極值點(diǎn),形成新的功率序列P′W-L,序列中相鄰2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間連線與垂直和水平方向相交后形成功率三角形,如圖3中陰影部分所示。
4)計(jì)算功率序列P′W-L中各功率三角形的幅值和相角,二者共同構(gòu)成分時(shí)三角系數(shù)。
在每15 min內(nèi)的風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率序列中,如果某時(shí)段的風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)劇烈,則該段時(shí)間的波動(dòng)功率序列變化過(guò)程應(yīng)呈現(xiàn)變化時(shí)間快、波動(dòng)幅度大的特征,即該時(shí)段的三角系數(shù)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足幅值最大和相角最大2個(gè)條件。但上述2個(gè)條件難以同時(shí)滿(mǎn)足,如圖3所示,功率三角形1具有最大相角θ1,而功率三角形2具有最大幅值U2,在該時(shí)間段內(nèi),最大相角和最大幅值并未同時(shí)出現(xiàn),故采用灰色關(guān)聯(lián)分析法這一多屬性決策方法以尋求此15 min內(nèi)幅值和相角的次優(yōu)解。
灰色關(guān)聯(lián)決策提供了一種衡量不同因素間關(guān)聯(lián)程度大小的重要量化處理方法,該方法能夠找出理想最優(yōu)方案對(duì)應(yīng)的效果評(píng)價(jià)向量,由決策問(wèn)題中各個(gè)方案的效果評(píng)價(jià)向量與最優(yōu)方案效果評(píng)價(jià)向量之間的灰色關(guān)聯(lián)度大小確定問(wèn)題的最優(yōu)解決方案和優(yōu)劣排序[26-28]。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法可挖掘代表風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列各時(shí)段波動(dòng)程度典型狀態(tài)的分時(shí)段三角系數(shù),具體步驟如下:
1)根據(jù)事件集A={a1,a2,···,an}和對(duì)策集B={b1,b2,···,bm}構(gòu)造局勢(shì)集S={sij=(ai,bj)|ai∈A,bj∈B}。本文中以各時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷的持續(xù)波動(dòng)狀態(tài)為事件集A={a1,a2,···,a12},分時(shí)段三角系數(shù)的幅值和相角作為對(duì)策集B={U,θ}。
2)確定決策目標(biāo)k,k=1,2,···,s。
(19)
(20)
依據(jù)式(20)提取的各調(diào)度時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷局部波動(dòng)程度特征量(即分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率),對(duì)完整調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷宏觀波動(dòng)狀態(tài)的影響(即局部波動(dòng)影響因子)大小,將調(diào)度周期內(nèi)各風(fēng)電場(chǎng)分?jǐn)偟钠胶獬杀局饡r(shí)段進(jìn)行分?jǐn)?即得到風(fēng)電分時(shí)段平衡成本。
(21)
(22)
式中:Cj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本;φj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻相對(duì)波動(dòng)率的局部波動(dòng)影響因子。
3 算例分析
3.1 算例參數(shù)概述
本文采用某地區(qū)32節(jié)點(diǎn)含高比例風(fēng)電接入的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為計(jì)算調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電分時(shí)平衡成本進(jìn)行仿真分析,系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示,調(diào)度時(shí)間尺度設(shè)置為15 min。
圖4 某地區(qū)32節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)Fig.4 32-node grid structure in a certain area
該系統(tǒng)包含4臺(tái)火電機(jī)組,參數(shù)見(jiàn)表1,9個(gè)風(fēng)電場(chǎng),風(fēng)電出力和負(fù)荷功率數(shù)據(jù)采用該地區(qū)的歷史數(shù)據(jù)。其中火電裝機(jī)容量為2 000 MW,占比28.6%;風(fēng)電裝機(jī)容量為5 000 MW,新能源發(fā)電占比71.4%?；痣姍C(jī)組旋轉(zhuǎn)備用成本為120元/(MW·h),棄風(fēng)懲罰成本為160元/(MW·h)。求解各風(fēng)電場(chǎng)出力相對(duì)于負(fù)荷的分時(shí)段波動(dòng)率時(shí),選取時(shí)間尺度為1 min的風(fēng)電、負(fù)荷預(yù)測(cè)功率序列。
表1 火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)Table 1 Operation parameters of thermal power units
3.2 算例結(jié)果及分析
3.2.1 風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偨Y(jié)果
根據(jù)本文所提風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偡椒?計(jì)算出某典型日的總平衡成本為10 822.4元,其中9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)偝杀救绫?所示。
表2 風(fēng)電平衡成本分?jǐn)俆able 2 Balance cost allocation of wind power
表2反映了9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)傁禂?shù)及各自的分?jǐn)偝杀尽Ｓ杀?可知,W1的單位平衡成本為中等水平,但由于其容量遠(yuǎn)大于其他風(fēng)電,對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響最大,因此分?jǐn)偟降钠胶獬杀咀疃?W3并網(wǎng)下單位容量引起的平衡成本最小,且其容量也較小,因此分?jǐn)傁禂?shù)最小,分?jǐn)偟降钠胶獬杀咀钌?W8雖然容量最小,但由于其波動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行影響較大,所以其分?jǐn)偟钠胶獬杀颈容^大。
3.2.2 風(fēng)電的空間分布對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊懛治?/p>
為分析風(fēng)電的空間分布對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊?本文將W7、W8的容量相易,同時(shí)不改變其出力預(yù)測(cè)曲線的波動(dòng)趨勢(shì),再根據(jù)本文所提風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偡椒ㄖ匦逻M(jìn)行計(jì)算,計(jì)算得到某典型日的總平衡成本為11 351.70元。各風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)偝杀救绫?所示。
表3 W6、W7容量相易后風(fēng)電平衡成本分?jǐn)俆able 3 Balance cost allocation of wind power after capacity conversion of W6 and W7
在W7和W8容量相易,出力預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)趨勢(shì)不變的情況下,系統(tǒng)的總平衡成本是略微有所增加的,對(duì)比表2和表3中W7和W8的單位成本系數(shù)可知,系統(tǒng)總平衡成本的增加是由于相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度更大的W8的容量增大引起的。對(duì)比表2和表3中W7和W8的分?jǐn)偝杀究芍?在機(jī)組容量變化、出力預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)趨勢(shì)不變的情況下,各機(jī)組的并網(wǎng)容量發(fā)生改變會(huì)影響其分?jǐn)偟降钠胶獬杀?。?duì)比表3中容量相同的W3和W8機(jī)組可知,在容量相同的情況下,風(fēng)電場(chǎng)的單位成本系數(shù)更高,則其分?jǐn)偟降钠胶獬杀靖?。這說(shuō)明風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度的大小會(huì)影響到平衡成本的分?jǐn)偂?/p>
由以上結(jié)果分析,風(fēng)電場(chǎng)在系統(tǒng)中所處的空間位置將會(huì)影響其并網(wǎng)產(chǎn)生的平衡成本,這是由于風(fēng)電場(chǎng)所處的地理位置不同,其風(fēng)力資源也不同,進(jìn)而導(dǎo)致其風(fēng)電的出力特性不同。同時(shí),在同一地理位置,若風(fēng)電場(chǎng)的容量增大,則其對(duì)系統(tǒng)的影響也將增大。本文所提風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒ㄔ谶M(jìn)行系統(tǒng)總平衡成本分?jǐn)倳r(shí),同時(shí)考慮了風(fēng)電場(chǎng)容量及其相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度對(duì)系統(tǒng)總平衡成本分?jǐn)偟挠绊憽?/p>
3.2.3 風(fēng)電波動(dòng)程度對(duì)分時(shí)段平衡成本的影響分析
為分析風(fēng)電出力波動(dòng)程度對(duì)分時(shí)段平衡成本的影響,本文選取表2中容量相近且分?jǐn)偝杀净鞠嗤娘L(fēng)電場(chǎng)W6、W7進(jìn)行分析。圖5為W6、W7的凈負(fù)荷曲線以及其分時(shí)段平衡成本。通過(guò)對(duì)比分析不同風(fēng)電波動(dòng)程度下風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的差異和變化來(lái)確定其影響關(guān)系。
圖5 W6、W7凈負(fù)荷曲線及分時(shí)段平衡成本對(duì)比Fig.5 Comparison of net load curves and time-segment balance costs of W6 and W7
結(jié)合圖5可知,各時(shí)段的平衡成本大小與風(fēng)電場(chǎng)的凈負(fù)荷曲線的波動(dòng)程度呈正相關(guān),風(fēng)電場(chǎng)凈負(fù)荷曲線的波動(dòng)程度體現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)追蹤負(fù)荷的能力。在凈負(fù)荷曲線波動(dòng)較劇烈的時(shí)候,表明風(fēng)電追蹤負(fù)荷的能力較差,該時(shí)段的平衡成本就較高,如圖5中17:00—20:00所示。反之,凈負(fù)荷曲線波動(dòng)較平穩(wěn)的時(shí)候,表明風(fēng)電追蹤負(fù)荷的能力較好,該時(shí)段的平衡成本較低,如圖5中08:00—16:00所示。在圖5中,W6、W7的凈負(fù)荷曲線整體趨勢(shì)大體相近,但各個(gè)時(shí)段內(nèi)的波動(dòng)率存在差別,這也導(dǎo)致了兩者在各個(gè)時(shí)段內(nèi)的分時(shí)段平衡成本有所差異。本文所提的分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率為風(fēng)電總平衡成本進(jìn)行逐時(shí)段分?jǐn)偺峁┝肆炕罁?jù)。
4 結(jié) 論
為解決新能源現(xiàn)貨市場(chǎng)的定價(jià)問(wèn)題,針對(duì)風(fēng)電接入電網(wǎng)后其固有的波動(dòng)性給常規(guī)機(jī)組帶來(lái)的額外調(diào)節(jié)成本,本文結(jié)合日前優(yōu)化調(diào)度模型,研究了一種基于風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率特性分析的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算方法。提出了定量描述風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列時(shí)序演進(jìn)特征的指標(biāo)即相對(duì)波動(dòng)率,并基于相對(duì)波動(dòng)率獲取局部波動(dòng)影響因子對(duì)風(fēng)電調(diào)度周期總平衡成本進(jìn)行了逐時(shí)段分?jǐn)?通過(guò)算例仿真驗(yàn)證了模型的有效性,得到不同風(fēng)電并網(wǎng)容量、不同風(fēng)電波動(dòng)程度下的分時(shí)段平衡成本計(jì)算結(jié)果。從算例結(jié)果可以看出,風(fēng)電并網(wǎng)容量越大,其對(duì)系統(tǒng)平衡成本產(chǎn)生的影響也就越大;風(fēng)電在某時(shí)段內(nèi)相對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)越劇烈,則在該時(shí)段對(duì)應(yīng)的平衡成本也越高。且風(fēng)電的平衡成本是一個(gè)動(dòng)態(tài)值,會(huì)隨著風(fēng)電功率、負(fù)荷需求的實(shí)時(shí)波動(dòng)及系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的改變而持續(xù)變化。本文所提的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算方法,一是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)在某地理位置的容量規(guī)劃有一定的指導(dǎo)意義;二是對(duì)后續(xù)建立健全現(xiàn)貨市場(chǎng)風(fēng)電交易機(jī)制和價(jià)格激勵(lì)方式具有一定的實(shí)際價(jià)值,亦可為風(fēng)電消納的輔助服務(wù)市場(chǎng)價(jià)值研究提供理論分析基礎(chǔ)。
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何義瓊,李鑫,賈海清,劉長(zhǎng)璽,劉茹,谷旭東,雷霞
(1.內(nèi)蒙古東部電力交易中心有限公司,呼和浩特市 010000;2.西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院,成都市 610039)
0 引 言
“十三五”以來(lái),全國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅速,棄風(fēng)限電情況逐年改善明顯。2021年全國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)容量4 757 kW,同比增長(zhǎng)16.6%;風(fēng)電年發(fā)電量6 526億kW·h,占全部電源總發(fā)電量的7.8%;年棄風(fēng)電量208.8億kW·h,棄風(fēng)率下降至3.1%。“十四五”是電力低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期,大力發(fā)展風(fēng)電依舊是主旋律,現(xiàn)階段更為積極的目標(biāo)應(yīng)是在提升風(fēng)電消納能力的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善電力交易機(jī)制和價(jià)格激勵(lì)方式,促進(jìn)風(fēng)電和電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。目前,我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)如火如荼,其通過(guò)短時(shí)間尺度的快速交易及與中長(zhǎng)期市場(chǎng)的配合,可進(jìn)一步緩解風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響并減少棄風(fēng),這也對(duì)挖掘短時(shí)間尺度的風(fēng)電成本提出了更高要求。此外,風(fēng)電仍以平準(zhǔn)化度電成本為基準(zhǔn)報(bào)價(jià),其并網(wǎng)產(chǎn)生的成本在市場(chǎng)交易中未量化體現(xiàn),這不利于系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的接納。只有全面厘清與現(xiàn)貨交易時(shí)間尺度一致的風(fēng)電分時(shí)段真實(shí)成本,才能保證新能源現(xiàn)貨市場(chǎng)交易的公平性,并促進(jìn)系統(tǒng)精準(zhǔn)調(diào)度方案的制定。
風(fēng)電作為清潔能源對(duì)于節(jié)能減排具有正向價(jià)值,但風(fēng)力發(fā)電易受環(huán)境和自然資源影響,具有波動(dòng)性和不確定性,因此,風(fēng)電并網(wǎng)后需要常規(guī)機(jī)組或儲(chǔ)能的啟停、調(diào)節(jié)、預(yù)留備用等一系列操作來(lái)確保電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)有功平衡[3],由此帶來(lái)的系統(tǒng)額外運(yùn)行成本即為“平衡成本”[4]。針對(duì)風(fēng)電平衡成本計(jì)算方法與定性分析的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作。文獻(xiàn)[5]對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的美國(guó)德州電力市場(chǎng)進(jìn)行了研究,指出在該市場(chǎng)環(huán)境下,風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)市場(chǎng)其他參與者產(chǎn)生影響,評(píng)估風(fēng)電價(jià)值不能忽視風(fēng)電與其他電源之間的影響關(guān)系;文獻(xiàn)[6]研究了英國(guó)風(fēng)力發(fā)電對(duì)系統(tǒng)平衡成本的影響,結(jié)果表明風(fēng)電并網(wǎng)容量增大時(shí),系統(tǒng)平衡成本顯著增加;文獻(xiàn)[7]研究了風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)平衡成本的量化方法,基于線性回歸和隨機(jī)規(guī)劃的方法對(duì)不同風(fēng)電滲透率下的平衡成本進(jìn)行了計(jì)算;文獻(xiàn)[8]結(jié)合電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度分析了風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響,提出應(yīng)構(gòu)造無(wú)風(fēng)電平衡成本的等效場(chǎng)景,使風(fēng)電能源價(jià)值從平衡成本中剝離,在等效時(shí)將風(fēng)電出力處理為恒值出力;文獻(xiàn)[9]研究了定量分析風(fēng)電平衡成本的計(jì)算思路,并分季節(jié)對(duì)不同風(fēng)電接納量系統(tǒng)的平衡成本進(jìn)行了測(cè)算分析;文獻(xiàn)[10]基于波形相似理論度量風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力曲線和等效出力曲線的波動(dòng)整體性差異,兼顧風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的影響,確定各風(fēng)電場(chǎng)因未能有效跟蹤負(fù)荷波動(dòng)而承擔(dān)的風(fēng)電波動(dòng)成本份額;文獻(xiàn)[11]研究了基于平衡成本的調(diào)峰補(bǔ)償成本測(cè)算方法,并在其基礎(chǔ)上提出了風(fēng)電分段調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制,結(jié)果表明棄風(fēng)段的風(fēng)電因平衡成本過(guò)高而交易價(jià)值較低。以上研究工作主要針對(duì)風(fēng)電在較長(zhǎng)時(shí)間段或調(diào)度周期內(nèi)總的平衡成本進(jìn)行定量和定性分析,難以滿(mǎn)足現(xiàn)貨市場(chǎng)短時(shí)間尺度交易的需要,因此,有必要對(duì)風(fēng)電功率短時(shí)間尺度的波動(dòng)特性及其量化評(píng)估方法進(jìn)行研究。
目前已有很多針對(duì)風(fēng)電波動(dòng)特性方面的研究。文獻(xiàn)[12]提出一種考慮最優(yōu)核函數(shù)帶寬選擇的改進(jìn)型非參數(shù)核密度估計(jì)法,建立了風(fēng)力發(fā)電隨機(jī)分布模型,從不同時(shí)間尺度分析了不同區(qū)域間的風(fēng)電出力概率特性差異;文獻(xiàn)[13]提出了一種基于混合尺度參數(shù)和位置參數(shù)的t分布模型對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)變化率進(jìn)行擬合,該方法基于統(tǒng)計(jì)原理,在對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的研究過(guò)程中消除了時(shí)序特征;文獻(xiàn)[14]研究了在不同裝機(jī)容量和不同差分尺度下的風(fēng)電功率波動(dòng)特性,結(jié)果表明風(fēng)電功率波動(dòng)在時(shí)間尺度分布上具有趨勢(shì)性;文獻(xiàn)[15]研究了風(fēng)電功率波動(dòng)在不同時(shí)間、空間尺度上的分布特性,研究結(jié)果表明,隨著風(fēng)電場(chǎng)群空間分布廣度的增大會(huì)使得風(fēng)電功率的波動(dòng)出現(xiàn)平緩效應(yīng),但并未對(duì)波動(dòng)進(jìn)行定量的刻畫(huà);文獻(xiàn)[16]研究了不同時(shí)間分辨率下各時(shí)段風(fēng)電功率波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特性,實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)序特征的風(fēng)電功率波動(dòng)特性的定量分析;文獻(xiàn)[17]提出了分析風(fēng)電功率時(shí)間序列波動(dòng)性與預(yù)測(cè)誤差關(guān)系的方法,對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的時(shí)序特征進(jìn)行了較為準(zhǔn)確地描述。上述關(guān)于風(fēng)電功率波動(dòng)性的研究,對(duì)其功率時(shí)間序列的演進(jìn)變換特征進(jìn)行定量刻畫(huà)的方法主要運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型,對(duì)數(shù)據(jù)要求過(guò)高,從而降低了在風(fēng)電波動(dòng)成本分?jǐn)傊袘?yīng)用的實(shí)用性。
針對(duì)上述問(wèn)題,本文從對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)特性的分析出發(fā),提出一種考慮風(fēng)電時(shí)空特性和相對(duì)波動(dòng)率的平衡成本分?jǐn)偡椒?。首?構(gòu)造“等電量-順負(fù)荷”場(chǎng)景,考慮風(fēng)電每日的出力特性,對(duì)一天的系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度,對(duì)比預(yù)測(cè)場(chǎng)景和等效場(chǎng)景優(yōu)化調(diào)度的系統(tǒng)總運(yùn)行成本計(jì)算得到調(diào)度周期內(nèi)總的風(fēng)電平衡成本[9-10];其次,兼顧風(fēng)電場(chǎng)的空間分布和容量對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊?提出風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒?。隨后,提出一種用于刻畫(huà)風(fēng)電功率波動(dòng)時(shí)序特性的指標(biāo)即分時(shí)段三角系數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步定義用于量化風(fēng)電功率分時(shí)段波動(dòng)的分時(shí)段波動(dòng)率,以及反映風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度的指標(biāo)即分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率;最后,以各時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率指標(biāo)為依據(jù)對(duì)風(fēng)電平衡成本進(jìn)行逐時(shí)段的分?jǐn)?即得到風(fēng)電分時(shí)波動(dòng)成本。最后以某地區(qū)含高比例風(fēng)電接入的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真分析,驗(yàn)證所提方法的有效性。
1 風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性及平衡成本分析
波動(dòng)性是一種描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)概念,強(qiáng)調(diào)的是物質(zhì)的時(shí)變特性,只要事物處于持續(xù)變化的狀態(tài),就一定存在波動(dòng)。據(jù)此,風(fēng)電的波動(dòng)性則指風(fēng)電的輸出功率隨時(shí)間的持續(xù)變化狀態(tài)。風(fēng)電波動(dòng)性產(chǎn)生的根本原因在于風(fēng)機(jī)的動(dòng)力元素——風(fēng)能受天氣和地勢(shì)等多種不可抗拒的自然因素影響,且目前風(fēng)電機(jī)組控制功率波動(dòng)的能力有限,因此波動(dòng)性是風(fēng)電的固有特性。即使風(fēng)電預(yù)測(cè)具有很高的準(zhǔn)確度,甚至不存在預(yù)測(cè)誤差,風(fēng)電出力仍然會(huì)表現(xiàn)出波動(dòng)性。
風(fēng)電作為電源,難以像水電、火電等常規(guī)機(jī)組那樣“完美”地跟蹤負(fù)荷,而且其呈現(xiàn)的波動(dòng)性及反調(diào)峰特性使得風(fēng)電出力與負(fù)荷的變化趨勢(shì)難以同步[18-20],因此從調(diào)度資源來(lái)看,風(fēng)電既具有電源特性也具有負(fù)荷特性[21]。本文將風(fēng)電與負(fù)荷的持續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式定義為風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性,將其認(rèn)為是風(fēng)電出力中的電源異質(zhì)性,呈現(xiàn)的是風(fēng)電的負(fù)荷同質(zhì)性,是平衡成本產(chǎn)生的根源。
隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的逐步增大,風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性造成影響[22-23]。一方面,系統(tǒng)凈負(fù)荷的峰谷差及變化率會(huì)因風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷的波動(dòng)而改變,此時(shí),常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)自身出力不僅需要實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的實(shí)時(shí)匹配,還要平抑因風(fēng)電并網(wǎng)可能導(dǎo)致的更大凈負(fù)荷峰谷差及變化率,這勢(shì)必會(huì)使得其啟停等調(diào)節(jié)成本大大增加;另一方面,風(fēng)電并網(wǎng)使系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少,降低了電網(wǎng)的耐頻能力,需要預(yù)留一定的旋轉(zhuǎn)備用以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,使得系統(tǒng)預(yù)留備用容量的費(fèi)用也進(jìn)一步增加。因此,為了保證系統(tǒng)的供需平衡和安全穩(wěn)定,系統(tǒng)需對(duì)各機(jī)組啟停、出力和旋轉(zhuǎn)備用等進(jìn)行調(diào)節(jié),這部分額外的系統(tǒng)響應(yīng)成本即為風(fēng)電的平衡成本。
2 風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算
風(fēng)電平衡成本的產(chǎn)生源于風(fēng)電的相對(duì)波動(dòng)性,需要由系統(tǒng)調(diào)度常規(guī)機(jī)組來(lái)進(jìn)行平抑,因此其量化可利用電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)度模型完成。求解風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的關(guān)鍵在于:1)將常規(guī)機(jī)組平衡風(fēng)電波動(dòng)的調(diào)度成本與平衡負(fù)荷波動(dòng)的調(diào)度成本剝離;2)根據(jù)各風(fēng)電場(chǎng)的容量大小及其波動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)平衡成本的影響程度,將剝離出的調(diào)度成本分?jǐn)傊粮黠L(fēng)電場(chǎng);3)精準(zhǔn)刻畫(huà)在各調(diào)度時(shí)段風(fēng)電出力相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率的時(shí)序演進(jìn)特征,探尋風(fēng)電平衡成本合理分?jǐn)傊粮鲿r(shí)段的依據(jù)和方法。由于構(gòu)成風(fēng)電平衡成本的主體是常規(guī)火電機(jī)組,為平抑風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)而實(shí)施啟停、調(diào)用出力及提供旋轉(zhuǎn)備用而產(chǎn)生的成本,且各調(diào)度時(shí)段平衡成本的產(chǎn)生并不孤立,而是存在著必然的耦合因素,因此,計(jì)算分時(shí)段平衡成本不能簡(jiǎn)單地僅基于各時(shí)段系統(tǒng)局部?jī)?yōu)化調(diào)度結(jié)果進(jìn)行求解,而應(yīng)該先求解系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)總的平衡成本,再遵循合理原則對(duì)平衡成本進(jìn)行時(shí)段分?jǐn)偂?/p>
風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的計(jì)算框架如圖1所示。
圖1 風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算框架Fig.1 The proposed calculation method flowchart of time-segment balance cost of wind power
首先對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景進(jìn)行等效,得到零風(fēng)電平衡成本的風(fēng)電等效出力場(chǎng)景,分別計(jì)算2種場(chǎng)景下的系統(tǒng)總運(yùn)行成本,二者之差即為調(diào)度周期風(fēng)電總平衡成本;通過(guò)分時(shí)段三角系數(shù)對(duì)風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列的時(shí)序演進(jìn)特征進(jìn)行定量提取,基于灰色關(guān)聯(lián)分析方法在一定時(shí)間窗口內(nèi)(本文取15 min)篩選分時(shí)段三角系數(shù)的次優(yōu)解,歸一化處理后得到逐時(shí)段描述風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷局部波動(dòng)程度典型狀態(tài)的分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率;以各時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率的局部典型狀態(tài)對(duì)整個(gè)調(diào)度周期風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率的宏觀波動(dòng)特征的影響(即局部波動(dòng)影響因子)大小為依據(jù),對(duì)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電總平衡成本逐時(shí)段分?jǐn)?即得到15 min時(shí)間尺度的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本。
2.1 調(diào)度周期風(fēng)電總平衡成本計(jì)算方法
針對(duì)上述思路的關(guān)鍵點(diǎn)1,本文利用文獻(xiàn)[9-10]提出的“等電量-順負(fù)荷”方法構(gòu)造了一個(gè)零風(fēng)電平衡成本場(chǎng)景,將風(fēng)電等效為調(diào)度周期內(nèi)輸出功率能夠始終跟蹤負(fù)荷的等效替代電源?；谙到y(tǒng)優(yōu)化調(diào)度,通過(guò)計(jì)算風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景和風(fēng)電等效出力場(chǎng)景下系統(tǒng)總運(yùn)行成本差異,得到風(fēng)電調(diào)度周期內(nèi)的總平衡成本。
圖2 風(fēng)電等效替代電源構(gòu)造示意Fig.2 Equivalent alternative power supply construction diagram of wind power
風(fēng)電等效替代電源構(gòu)造方法為:
(1)
2.2 計(jì)及風(fēng)電的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型
本文構(gòu)建的計(jì)及風(fēng)電的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)是在滿(mǎn)足負(fù)荷及系統(tǒng)安全運(yùn)行約束的前提下同時(shí)優(yōu)化火電機(jī)組出力、火電機(jī)組啟停及旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化配置,使調(diào)度周期內(nèi)的系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小。
目標(biāo)函數(shù)為:
minCTOC=min(CG+CSU+CSR+CW)
(2)
式中:CTOC為系統(tǒng)的總運(yùn)行成本;CG、CSU、CSR分別為火電機(jī)組的發(fā)電成本、啟停成本、預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用成本;CW為風(fēng)電運(yùn)維成本。
1)火電機(jī)組發(fā)電成本。
(3)
2)火電機(jī)組啟停成本。
(4)
(5)
3)風(fēng)電的運(yùn)維成本。
(6)
式中:kW為風(fēng)電場(chǎng)的單位運(yùn)維成本;PWj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻的計(jì)劃出力;NW為風(fēng)電場(chǎng)數(shù)。
4)火電機(jī)組預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用的成本。
(7)
約束條件包含以下部分:
1)系統(tǒng)有功功率平衡約束。
(8)
式中:PL,t為t時(shí)刻總的負(fù)荷預(yù)測(cè)功率。
2)機(jī)組出力約束。
(9)
(10)
3)火電機(jī)組爬坡約束。
(11)
4)最小啟停時(shí)間約束。
(12)
5)旋轉(zhuǎn)備用約束。
(13)
(14)
6)線路有功潮流約束。
本文中潮流約束考慮直流潮流模型,各支路有功潮流通過(guò)發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子矩陣Gln計(jì)算得到。
(15)
為第l條線路的有功傳輸上限。
將火電機(jī)組發(fā)電成本分段線性化處理后,利用上述混合整數(shù)線性規(guī)劃模型分別得到調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電預(yù)測(cè)出力場(chǎng)景下的系統(tǒng)總平衡成本Cpred和風(fēng)電等效出力場(chǎng)景下的系統(tǒng)總平衡成本Cequ,再由式(16)計(jì)算可得一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電總的平衡成本Ctot。
Ctot=Cpred-Cequ
(16)
2.3 風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒?/h3>
實(shí)際系統(tǒng)中往往存在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng),如果單獨(dú)計(jì)算各自產(chǎn)生的平衡成本,則忽略了風(fēng)電場(chǎng)之間的集群效應(yīng)。本文綜合考慮各風(fēng)電場(chǎng)容量和對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響大小,將總平衡成本分?jǐn)傊粮黠L(fēng)電場(chǎng),以解決關(guān)鍵點(diǎn)2。
風(fēng)電平衡成本的空間分?jǐn)偡椒ㄈ缦滤?
1)計(jì)算各風(fēng)電場(chǎng)的單一平衡成本。在計(jì)算第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的單一平衡成本時(shí),將其余風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)出力按前文所述等效處理,保留第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的原預(yù)測(cè)出力。計(jì)算第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)原預(yù)測(cè)出力下的調(diào)度成本與風(fēng)電場(chǎng)全部等效出力的調(diào)度成本差值,以該差值作為風(fēng)電場(chǎng)j的單一平衡成本Cj。
2.4 分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率
針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)3,本文提出基于分時(shí)段三角系數(shù)的定量提取風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率時(shí)序演進(jìn)特征的指標(biāo)——分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率。分時(shí)段三角系數(shù)與傳統(tǒng)評(píng)估風(fēng)電波動(dòng)的一階差分形式指標(biāo)[24-25]側(cè)重點(diǎn)各有不同。后者模型簡(jiǎn)單易懂且已經(jīng)在衡量各種能量波動(dòng)的研究中得到廣泛的應(yīng)用,其重點(diǎn)在于描述相鄰時(shí)刻波動(dòng)功率的變化;前者為了與逐時(shí)段合理分?jǐn)傦L(fēng)電平衡成本的目標(biāo)相契合,更著重于捕捉風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列在各時(shí)段內(nèi)的持續(xù)波動(dòng)特征。為了與現(xiàn)貨交易時(shí)間尺度保持一致性,本文將風(fēng)電相對(duì)波動(dòng)率的時(shí)段定為15 min。
圖3為風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列的15 min三角系數(shù)求解示意圖,圖中標(biāo)注了個(gè)別功率極值點(diǎn)、非極值點(diǎn)、功率三角形的幅值U及相角θ。通過(guò)不同功率三角形的幅值U和相角θ可對(duì)該時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率的持續(xù)波動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行定量描述。
圖3 功率序列分時(shí)三角系數(shù)示意圖Fig.3 Diagram of time-sharing triangle coefficient of power sequence
1)逐小時(shí)輸入1 min時(shí)間尺度風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列PW-L(1),PW-L(2),…,PW-L(k),…,PW-L(15)。
(17)
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3)忽略功率序列中的非極值點(diǎn),形成新的功率序列P′W-L,序列中相鄰2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)間連線與垂直和水平方向相交后形成功率三角形,如圖3中陰影部分所示。
4)計(jì)算功率序列P′W-L中各功率三角形的幅值和相角,二者共同構(gòu)成分時(shí)三角系數(shù)。
在每15 min內(nèi)的風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷功率序列中,如果某時(shí)段的風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)劇烈,則該段時(shí)間的波動(dòng)功率序列變化過(guò)程應(yīng)呈現(xiàn)變化時(shí)間快、波動(dòng)幅度大的特征,即該時(shí)段的三角系數(shù)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足幅值最大和相角最大2個(gè)條件。但上述2個(gè)條件難以同時(shí)滿(mǎn)足,如圖3所示,功率三角形1具有最大相角θ1,而功率三角形2具有最大幅值U2,在該時(shí)間段內(nèi),最大相角和最大幅值并未同時(shí)出現(xiàn),故采用灰色關(guān)聯(lián)分析法這一多屬性決策方法以尋求此15 min內(nèi)幅值和相角的次優(yōu)解。
灰色關(guān)聯(lián)決策提供了一種衡量不同因素間關(guān)聯(lián)程度大小的重要量化處理方法,該方法能夠找出理想最優(yōu)方案對(duì)應(yīng)的效果評(píng)價(jià)向量,由決策問(wèn)題中各個(gè)方案的效果評(píng)價(jià)向量與最優(yōu)方案效果評(píng)價(jià)向量之間的灰色關(guān)聯(lián)度大小確定問(wèn)題的最優(yōu)解決方案和優(yōu)劣排序[26-28]。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法可挖掘代表風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列各時(shí)段波動(dòng)程度典型狀態(tài)的分時(shí)段三角系數(shù),具體步驟如下:
1)根據(jù)事件集A={a1,a2,···,an}和對(duì)策集B={b1,b2,···,bm}構(gòu)造局勢(shì)集S={sij=(ai,bj)|ai∈A,bj∈B}。本文中以各時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷的持續(xù)波動(dòng)狀態(tài)為事件集A={a1,a2,···,a12},分時(shí)段三角系數(shù)的幅值和相角作為對(duì)策集B={U,θ}。
2)確定決策目標(biāo)k,k=1,2,···,s。
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依據(jù)式(20)提取的各調(diào)度時(shí)段風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷局部波動(dòng)程度特征量(即分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率),對(duì)完整調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷宏觀波動(dòng)狀態(tài)的影響(即局部波動(dòng)影響因子)大小,將調(diào)度周期內(nèi)各風(fēng)電場(chǎng)分?jǐn)偟钠胶獬杀局饡r(shí)段進(jìn)行分?jǐn)?即得到風(fēng)電分時(shí)段平衡成本。
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式中:Cj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本;φj,t為風(fēng)電場(chǎng)j在t時(shí)刻相對(duì)波動(dòng)率的局部波動(dòng)影響因子。
3 算例分析
3.1 算例參數(shù)概述
本文采用某地區(qū)32節(jié)點(diǎn)含高比例風(fēng)電接入的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為計(jì)算調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電分時(shí)平衡成本進(jìn)行仿真分析,系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示,調(diào)度時(shí)間尺度設(shè)置為15 min。
圖4 某地區(qū)32節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)Fig.4 32-node grid structure in a certain area
該系統(tǒng)包含4臺(tái)火電機(jī)組,參數(shù)見(jiàn)表1,9個(gè)風(fēng)電場(chǎng),風(fēng)電出力和負(fù)荷功率數(shù)據(jù)采用該地區(qū)的歷史數(shù)據(jù)。其中火電裝機(jī)容量為2 000 MW,占比28.6%;風(fēng)電裝機(jī)容量為5 000 MW,新能源發(fā)電占比71.4%?；痣姍C(jī)組旋轉(zhuǎn)備用成本為120元/(MW·h),棄風(fēng)懲罰成本為160元/(MW·h)。求解各風(fēng)電場(chǎng)出力相對(duì)于負(fù)荷的分時(shí)段波動(dòng)率時(shí),選取時(shí)間尺度為1 min的風(fēng)電、負(fù)荷預(yù)測(cè)功率序列。
表1 火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)Table 1 Operation parameters of thermal power units
3.2 算例結(jié)果及分析
3.2.1 風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偨Y(jié)果
根據(jù)本文所提風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偡椒?計(jì)算出某典型日的總平衡成本為10 822.4元,其中9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)偝杀救绫?所示。
表2 風(fēng)電平衡成本分?jǐn)俆able 2 Balance cost allocation of wind power
表2反映了9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)傁禂?shù)及各自的分?jǐn)偝杀尽Ｓ杀?可知,W1的單位平衡成本為中等水平,但由于其容量遠(yuǎn)大于其他風(fēng)電,對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響最大,因此分?jǐn)偟降钠胶獬杀咀疃?W3并網(wǎng)下單位容量引起的平衡成本最小,且其容量也較小,因此分?jǐn)傁禂?shù)最小,分?jǐn)偟降钠胶獬杀咀钌?W8雖然容量最小,但由于其波動(dòng)特性對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行影響較大,所以其分?jǐn)偟钠胶獬杀颈容^大。
3.2.2 風(fēng)電的空間分布對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊懛治?/p>
為分析風(fēng)電的空間分布對(duì)平衡成本分?jǐn)偟挠绊?本文將W7、W8的容量相易,同時(shí)不改變其出力預(yù)測(cè)曲線的波動(dòng)趨勢(shì),再根據(jù)本文所提風(fēng)電場(chǎng)平衡成本分?jǐn)偡椒ㄖ匦逻M(jìn)行計(jì)算,計(jì)算得到某典型日的總平衡成本為11 351.70元。各風(fēng)電場(chǎng)的分?jǐn)偝杀救绫?所示。
表3 W6、W7容量相易后風(fēng)電平衡成本分?jǐn)俆able 3 Balance cost allocation of wind power after capacity conversion of W6 and W7
在W7和W8容量相易,出力預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)趨勢(shì)不變的情況下,系統(tǒng)的總平衡成本是略微有所增加的,對(duì)比表2和表3中W7和W8的單位成本系數(shù)可知,系統(tǒng)總平衡成本的增加是由于相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度更大的W8的容量增大引起的。對(duì)比表2和表3中W7和W8的分?jǐn)偝杀究芍?在機(jī)組容量變化、出力預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)趨勢(shì)不變的情況下,各機(jī)組的并網(wǎng)容量發(fā)生改變會(huì)影響其分?jǐn)偟降钠胶獬杀?。?duì)比表3中容量相同的W3和W8機(jī)組可知,在容量相同的情況下,風(fēng)電場(chǎng)的單位成本系數(shù)更高,則其分?jǐn)偟降钠胶獬杀靖?。這說(shuō)明風(fēng)電場(chǎng)相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度的大小會(huì)影響到平衡成本的分?jǐn)偂?/p>
由以上結(jié)果分析,風(fēng)電場(chǎng)在系統(tǒng)中所處的空間位置將會(huì)影響其并網(wǎng)產(chǎn)生的平衡成本,這是由于風(fēng)電場(chǎng)所處的地理位置不同,其風(fēng)力資源也不同,進(jìn)而導(dǎo)致其風(fēng)電的出力特性不同。同時(shí),在同一地理位置,若風(fēng)電場(chǎng)的容量增大,則其對(duì)系統(tǒng)的影響也將增大。本文所提風(fēng)電平衡成本的空間分布分?jǐn)偡椒ㄔ谶M(jìn)行系統(tǒng)總平衡成本分?jǐn)倳r(shí),同時(shí)考慮了風(fēng)電場(chǎng)容量及其相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)程度對(duì)系統(tǒng)總平衡成本分?jǐn)偟挠绊憽?/p>
3.2.3 風(fēng)電波動(dòng)程度對(duì)分時(shí)段平衡成本的影響分析
為分析風(fēng)電出力波動(dòng)程度對(duì)分時(shí)段平衡成本的影響,本文選取表2中容量相近且分?jǐn)偝杀净鞠嗤娘L(fēng)電場(chǎng)W6、W7進(jìn)行分析。圖5為W6、W7的凈負(fù)荷曲線以及其分時(shí)段平衡成本。通過(guò)對(duì)比分析不同風(fēng)電波動(dòng)程度下風(fēng)電分時(shí)段平衡成本的差異和變化來(lái)確定其影響關(guān)系。
圖5 W6、W7凈負(fù)荷曲線及分時(shí)段平衡成本對(duì)比Fig.5 Comparison of net load curves and time-segment balance costs of W6 and W7
結(jié)合圖5可知,各時(shí)段的平衡成本大小與風(fēng)電場(chǎng)的凈負(fù)荷曲線的波動(dòng)程度呈正相關(guān),風(fēng)電場(chǎng)凈負(fù)荷曲線的波動(dòng)程度體現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)追蹤負(fù)荷的能力。在凈負(fù)荷曲線波動(dòng)較劇烈的時(shí)候,表明風(fēng)電追蹤負(fù)荷的能力較差,該時(shí)段的平衡成本就較高,如圖5中17:00—20:00所示。反之,凈負(fù)荷曲線波動(dòng)較平穩(wěn)的時(shí)候,表明風(fēng)電追蹤負(fù)荷的能力較好,該時(shí)段的平衡成本較低,如圖5中08:00—16:00所示。在圖5中,W6、W7的凈負(fù)荷曲線整體趨勢(shì)大體相近,但各個(gè)時(shí)段內(nèi)的波動(dòng)率存在差別,這也導(dǎo)致了兩者在各個(gè)時(shí)段內(nèi)的分時(shí)段平衡成本有所差異。本文所提的分時(shí)段相對(duì)波動(dòng)率為風(fēng)電總平衡成本進(jìn)行逐時(shí)段分?jǐn)偺峁┝肆炕罁?jù)。
4 結(jié) 論
為解決新能源現(xiàn)貨市場(chǎng)的定價(jià)問(wèn)題,針對(duì)風(fēng)電接入電網(wǎng)后其固有的波動(dòng)性給常規(guī)機(jī)組帶來(lái)的額外調(diào)節(jié)成本,本文結(jié)合日前優(yōu)化調(diào)度模型,研究了一種基于風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率特性分析的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算方法。提出了定量描述風(fēng)電相對(duì)負(fù)荷波動(dòng)功率序列時(shí)序演進(jìn)特征的指標(biāo)即相對(duì)波動(dòng)率,并基于相對(duì)波動(dòng)率獲取局部波動(dòng)影響因子對(duì)風(fēng)電調(diào)度周期總平衡成本進(jìn)行了逐時(shí)段分?jǐn)?通過(guò)算例仿真驗(yàn)證了模型的有效性,得到不同風(fēng)電并網(wǎng)容量、不同風(fēng)電波動(dòng)程度下的分時(shí)段平衡成本計(jì)算結(jié)果。從算例結(jié)果可以看出,風(fēng)電并網(wǎng)容量越大,其對(duì)系統(tǒng)平衡成本產(chǎn)生的影響也就越大;風(fēng)電在某時(shí)段內(nèi)相對(duì)于負(fù)荷波動(dòng)越劇烈,則在該時(shí)段對(duì)應(yīng)的平衡成本也越高。且風(fēng)電的平衡成本是一個(gè)動(dòng)態(tài)值,會(huì)隨著風(fēng)電功率、負(fù)荷需求的實(shí)時(shí)波動(dòng)及系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的改變而持續(xù)變化。本文所提的風(fēng)電分時(shí)段平衡成本計(jì)算方法,一是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)在某地理位置的容量規(guī)劃有一定的指導(dǎo)意義;二是對(duì)后續(xù)建立健全現(xiàn)貨市場(chǎng)風(fēng)電交易機(jī)制和價(jià)格激勵(lì)方式具有一定的實(shí)際價(jià)值,亦可為風(fēng)電消納的輔助服務(wù)市場(chǎng)價(jià)值研究提供理論分析基礎(chǔ)。
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