風(fēng)電并網(wǎng)有利于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)保效益,節(jié)省常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本,但在風(fēng)電呈“反調(diào)峰”特性時(shí),要全額消納風(fēng)電需增加常規(guī)機(jī)組啟停和下調(diào)備用,使火電機(jī)組出力嚴(yán)重偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū),從而影響系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此,有必要制定合理的日前發(fā)電計(jì)劃模式,權(quán)衡風(fēng)電的效益和全額消納風(fēng)電的成本,以保證電網(wǎng)的綜合效益。在風(fēng)電場(chǎng)配置適當(dāng)容量的儲(chǔ)能系統(tǒng),以風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站替代傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,有助于改善風(fēng)電出力的可調(diào)度性和可靠性,提高風(fēng)電消納能力和系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
本文將系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)電消納能力以及風(fēng)電調(diào)度公平性作為優(yōu)化目標(biāo)納入風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化,基于不同的風(fēng)電調(diào)度優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)了3種不同的有功調(diào)度模式。同時(shí),基于分層序列法提出了不同模式的兩階段優(yōu)化模型及快速求解算法。
2風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的有功調(diào)度模式
將系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性(機(jī)組運(yùn)行成本f1、機(jī)組啟動(dòng)成本f2、機(jī)組關(guān)停成本f3)、風(fēng)電消納能力(棄風(fēng)電量f4)以及風(fēng)電調(diào)度公平性(風(fēng)電場(chǎng)出力均勻性f5)作為優(yōu)化目標(biāo)納入日前發(fā)電計(jì)劃。根據(jù)對(duì)不同目標(biāo)的偏好和風(fēng)電調(diào)度優(yōu)先級(jí),設(shè)計(jì)了3種風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)度模式。
日前發(fā)電計(jì)劃模式
Day-aheadgenerationschedulingplanmodes
(1)模式Ⅰ:風(fēng)電最大出力模式
風(fēng)電最大出力模式優(yōu)先通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)和常規(guī)機(jī)組的優(yōu)化協(xié)調(diào),使得風(fēng)電消納能力最大,只有在系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足時(shí)才考慮棄風(fēng)。
(2)模式Ⅱ:經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式
經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式以系運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為首要目標(biāo)。只有當(dāng)機(jī)組啟停代價(jià)較小才會(huì)全額消納風(fēng)電,而當(dāng)常規(guī)機(jī)組啟停代價(jià)過(guò)高時(shí),系統(tǒng)將進(jìn)行棄風(fēng)以保證系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性。與模式I相比,模式Ⅱ下風(fēng)電的調(diào)度優(yōu)先級(jí)有所降低,在優(yōu)化模型中忽略風(fēng)電的發(fā)電成本以保證風(fēng)電調(diào)度優(yōu)先級(jí)。
(3)模式Ⅲ:運(yùn)行成本控制模式
為權(quán)衡系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電消納能力之間的關(guān)系,提出了運(yùn)行成本控制模式。該模式下,系統(tǒng)在預(yù)先設(shè)定的可接收的運(yùn)行成本下優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電,全額消納風(fēng)電的成本超過(guò)運(yùn)行成本上限時(shí),才進(jìn)行棄風(fēng)。風(fēng)電調(diào)度的優(yōu)先級(jí)介于模式Ⅰ和模式Ⅱ之間。
3兩階段優(yōu)化模型
風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化為多目標(biāo)決策問題,如下式表示。
式中,x為日前發(fā)電計(jì)劃決策變量,X為通用模型所有約束條件確定的可行域。
權(quán)重系數(shù)法是實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)決策的常用方法,但權(quán)重系數(shù)的選取較為困難。所設(shè)計(jì)的3種不同日前模式下風(fēng)電調(diào)度優(yōu)先級(jí)以及決策者對(duì)優(yōu)化目標(biāo)f1~f5的偏好均不同。本文基于分層序列法提出兩階段優(yōu)化模型:第1階段優(yōu)化為系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化調(diào)度,根據(jù)決策者對(duì)風(fēng)電消納能力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的不同偏好制定初始發(fā)電計(jì)劃;第2階段優(yōu)化為出力分配優(yōu)化,根據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度在不同的常規(guī)機(jī)組之間分配啟停計(jì)劃、發(fā)電計(jì)劃和備用計(jì)劃,根據(jù)電力系統(tǒng)“三公”調(diào)度的原則,在不同的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站之間分配棄風(fēng)功率和充放電功率。
以風(fēng)電出力最大模式為例,兩階段優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)意義為:第1階段優(yōu)化在可行域全集尋找滿足風(fēng)電出力最大的可行域子集,第2階段的優(yōu)化在此子集中進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。第1階段優(yōu)化既縮小了第2階段優(yōu)化的可行域,也限定了再次尋優(yōu)的方向。兩階段優(yōu)化得到的最優(yōu)解是原優(yōu)化問題的一個(gè)有效解。排序越靠前的優(yōu)化目標(biāo)由于可行域越大決策結(jié)果也越滿意,排序越靠后的目標(biāo)其決策結(jié)果越不滿意。
經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式兩階段優(yōu)化模型的工程意義:第1階段通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)和常規(guī)機(jī)組的協(xié)調(diào)確定系統(tǒng)的最低運(yùn)行成本,第2階段在該運(yùn)行成本之下合理分配風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電站的棄風(fēng)功率和儲(chǔ)能充放電功率。
運(yùn)行成本控制模式兩階段優(yōu)化模型的工程意義:第1階段在可接受的運(yùn)行成本下確定系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力,第2階段在最大的風(fēng)電消納能力和可接受的運(yùn)行成本之下分配常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電計(jì)劃。
成本控制系數(shù)的影響
Impactsofoperationcostcontrolparameter
上述兩階段優(yōu)化模型為大規(guī)?；旌险麛?shù)規(guī)劃模型,分支定界法是求解此類問題的常用方法。該算法首先基于整型變量的取值對(duì)解空間進(jìn)行劃分(“分枝”),核心思想是對(duì)解空間進(jìn)行隱式枚舉以求取全局最優(yōu)解。計(jì)算規(guī)模隨整數(shù)變量的增加呈指數(shù)型增長(zhǎng),在數(shù)學(xué)上屬于NP(NondeterministicPolynomial)問題,極端情況下,分支定界法可能等價(jià)于完全枚舉法。在日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化中根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)減少0-1變量數(shù)量,有助于大幅提高求解效率。
4結(jié)語(yǔ)
在系統(tǒng)消納風(fēng)電的代價(jià)較大時(shí),風(fēng)電最大出力模式的經(jīng)濟(jì)性較差,而經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式的風(fēng)能利用率較低,利用本文提出的運(yùn)行成本控制模式,可以實(shí)現(xiàn)在可接受的運(yùn)行成本范圍內(nèi)平衡系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電消納能力之間的關(guān)系;通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能“削峰”,減少開機(jī)方式,增加低谷時(shí)段消納風(fēng)電的空間,在低谷時(shí)段可提供額外的下調(diào)備用,消納過(guò)剩風(fēng)電,從兩個(gè)層面提高風(fēng)電消納能力和系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
主要作者介紹
黃楊,博士,工程師,2014年畢業(yè)于清華大學(xué),現(xiàn)就職于國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制、大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)等。
胡偉,清華大學(xué)電機(jī)系副教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制、大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)的研究與應(yīng)用、含多類型電源的機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制、新能源發(fā)電與多類型儲(chǔ)能優(yōu)化控制。多次參與973、863、自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目;在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60多篇,榮獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),國(guó)家電力科學(xué)三等獎(jiǎng)、廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)和湖北省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。
陳立,博士,高級(jí)工程師,主要研究方向包括:電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)、智能電網(wǎng)等。
