一種風電并網電力系統(tǒng)動態(tài)環(huán)境經濟調度方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力系統(tǒng)，尤其設及一種風電并網電力系統(tǒng)調度方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的快速增長，逐漸呈現出能源供應緊張、煤炭運力不足、生態(tài)環(huán)境惡 化等諸多問題。通過強化價格優(yōu)惠和強制性市場份額政策，新能源在我國總體能源結構中 的比例正在逐步提高。風能作為一種源源不斷、永不枯竭的綠色能源，己經成為化石能源的 重要替代能源。與火電機組發(fā)電相比，風電可W為電力系統(tǒng)的調度運行帶來更多、更長遠的 環(huán)境和經濟上的收益。然而，與傳統(tǒng)發(fā)電方式不同，風電場出力的多少取決于當時風速的大 小，運又和氣象、地理環(huán)境等客觀因素密切相關，由此造成風電出力的不確定性和間歇性。 雖然風速預測技術在不斷發(fā)展，但是遠遠不及負荷的預測效果。
[0003] 風電并網電力系統(tǒng)，其包含若干火電機組及風電場，所獲電能用于日?；蚬I(yè)需 求，調度中屯、通過預測實時控制火電機組的停啟。動態(tài)環(huán)境經濟調度即在滿足負荷需求和 運行約束的前提下，合理地分配整個周期內電網中各時段內火電機組的最優(yōu)出力，使得調 度周期內發(fā)電成本及污染物排放盡可能小。風電自身難W消除的不確定性必然對電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運行造成一定的影響，風電并網電力系統(tǒng)動態(tài)環(huán)境經濟調度問題也變得更加復 雜、求解難度相應增大，已有的調度模型和算法存在模型誤差、求解困難等不足。因此，分析 風力發(fā)電對于電力系統(tǒng)調度運行的影響，提出新的或改進的建模和求解方法，研究如何高 效地進行電力系統(tǒng)調度，對于促進我國電力生產調度理論適應低碳經濟"新常態(tài)"具有重要 意義。
[0004] 當風電場接入電網W后，電力系統(tǒng)調度人員所面對的問題不僅是如何分配火電機 組的輸出功率，同時還要兼顧安排風電機組的出力計劃。為了保證系統(tǒng)能夠安全可靠運行， 必須預留足夠的備用容量W彌補調度過程中可能發(fā)生的發(fā)電量盈余或不足。在優(yōu)化模型中 可W考慮由風電不確定性引起的附加旋轉備用容量，并將風電總量的一定百分比作為所選 附加備用需求的參考值。運種通過增加備用容量來應對風電隨機變化特性的建模方法，可 W在一定程度上起到保障系統(tǒng)安全可靠運行的作用，但由于沒有對風電的不確定特性給予 統(tǒng)計分析，只有預留100%的風電容量水平的旋轉備用才能夠確保系統(tǒng)絕對安全。運種確定 性的分析方法所獲得的優(yōu)化結果將過于保守，又因為風電功率不能一直保持在額定功率值 附近，運必將造成備用容量的浪費，進而間接增加了經濟調度的發(fā)電成本。
[0005] 為了克服W上不足，基于隨機概率分布的仿真方法應運而生。針對長期模式下的 經濟調度采用基于Weibull分布規(guī)律的風速模型，通過風速--功率曲線轉換得到相應的風 電功率隨機分布函數，同時在所提調度模型里引入了備用成本和懲罰成本分別對風電功率 高估和低估的風險在優(yōu)化問題的目標函數中加 W考慮。然而，Weibull分布通常用于描述 年平均風速的概率分布情況，所W此類分布并不適合用于安排短期發(fā)電調度問題。與長期 模式下的調度問題不同，短期調度環(huán)境下則需要利用風速/風電功率預測技術估計出未來 具體時刻風電出力的參考值。由于風能本身的隨機性和間歇性，使得風電功率預測較負荷 預測更為困難，難W獲得像負荷預測那樣較為準確的結果。因此，有必要對風速/風電功率 預測誤差進行分析。為突出預測的不確定性，通常的做法是對預測誤差建立概率分布模型。 按照運一思路，在對風速進行預測的基礎上采用服從正態(tài)分布密度函數來描述風速預測誤 差，從而使得風電概率模型更加接近實際調度情況。

【發(fā)明內容】

[0006] 鑒于上述需解決的問題，本發(fā)明W系統(tǒng)思考為思想指導，在深入剖析環(huán)境經濟調 度內涵定義的基礎上，從方法上突破傳統(tǒng)環(huán)境經濟調度模型不能刻畫隨機因素的局限，在 決策保守與激進運對矛盾之間探尋風電發(fā)展的優(yōu)化路徑。具體來說，本發(fā)明在風電并網電 力系統(tǒng)中突出風電的隨機性，兼顧負荷預測W及火電機組停運的不確定性，討論在一定可 靠性、有效性水平控制下，W及常規(guī)約束下，風電出力計劃、火電出力計劃、正、負旋轉備用 =者之間的關系，探究它們協調發(fā)展的平衡點。通過多種情景下不同政策的演化路徑與結 果分析，實現政策優(yōu)選，為決策者制定電力調度政策提供科學方法與理論支撐，并為檢驗或 評價政策的有效性提供模擬工具。
[0007] 為了達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明首先構造一類風電并網電力系統(tǒng)動態(tài)環(huán)境經濟 調度模型，具體表現為如下形式，如圖1，設置風電并網電力系統(tǒng)，包含風電場、多于一個火 電機組，及調度中屯、，調度中屯、包括調度控制系統(tǒng)及調度優(yōu)化中屯、，調度控制系統(tǒng)采集系統(tǒng) 所需供應量，所述供應量包括個人用戶、中等負載及大負載之和；所述調度控制系統(tǒng)還采集 風電場及火電機組相關數據，將其傳輸給調度決策中屯、，調度決策中屯、獲取上述相關數據 根據數據模型得出優(yōu)化結果后反饋給調度控制系統(tǒng)，調度控制系統(tǒng)控制風電場及火電機組 的運行，數據模型包括：
[000引 目標函數：
[000引 1)發(fā)電成本
[0010] 電力系統(tǒng)發(fā)電成本最小化可表示為：
朗
[0012] 式中：M為火電機組個數；T為時間間隔數；CiO是第i個火電機組的成本函數； Tiit是時段t內第i個火電機組的計劃出力。
[0013] 具體來說，考慮閥點效應的火電機組發(fā)電成本，可W表現為二次函數與正弦函數 之和的形式：
[0014] (；巧,,)=巧;+巧,,+4+|馬加(/巧驅-7；,,))|，間
[001引式中：曰1，bi，心e郝f 1是第i個火電機組的發(fā)電成本系數；T 是第i個火電機 組的有功出力下限。
[001引。污染物排放
[0017] 在發(fā)電過程中火電機組或多或少會排放出大量硫氧化物、氮氧化物等污染物，類 似于發(fā)電成本函數式（2)，污染物排放最小化可表示為：
[0018]
閒
[0019] 式中：EiO是第i個火電機組的污染物排放函數。
[0020] 具體來說，污染物排放量與火電機組有功出力之間的函數關系，可表現為二次函 數與指數函數之和的形式：
[0021] 與巧,.）=巧G + 巧,十 A + 4. CXP(巧,)，(41
[0022] 式中：a 1，丫 1，A 1，S 1和T 1是第i個火電機組的污染物排放系數。
[002引約束條件：
[0024] 1)考慮電力傳輸損耗的功率平衡約束
巧）
[002引式中：Wt是時段t內風電場的有功出力；Pd,t是L t,s是時段t內系統(tǒng)負荷需求；P^t 是時段t內的電力傳輸損耗；n 1是滿足負荷需求的置信水平。
[0027] 考慮到線路容量約束，直流潮流方法將用來計算各條線路的功率流?；贙ron的 損耗方程，式巧）中的傳輸損耗在各個時間段內可分別表示為：
巧)
[002引式中：Bi，，Bi。和B。。是電力網絡傳輸功率損耗矩陣B中的損耗系數。
[0030]。機組運行約束
[00引]T T ;ax, 1《t《T (7)
[003引式中：Tr是第i個火電機組的有功出力上限。
[0033] 3)機組爬坡率約束
[0034] Tl, t-Ti, t UR 1 ? T抑，1《t《T (8)
[003引 Ti,ti-Ti,t《DRi.Te0，l《t《T (9)
[003引式中：URi、DRi分別表示第i個火電機組的上、下爬坡率限制；A t為每個時段的時 間間隔。
[0037] 4)旋轉備用約束
[0038] 在常規(guī)電力系統(tǒng)中，備用容量可W用來處理系統(tǒng)負荷預測誤差W及火電機組停運 帶來的影響。但是對于風電并網電力系統(tǒng)，由于風電出力預測誤差遠遠大于系統(tǒng)負荷預測 誤差，系統(tǒng)的不確定性明顯增大，有必要引入正、負備用容量來減少不利影響。在風電并網 規(guī)模給定的情形下，風電出力預測值越大，一旦失去或減小運部分電量，其他機組必須提高 輸出功率W快速響應系統(tǒng)功率的缺失，即系統(tǒng)需提供更多的正旋轉備用容量來應對低估風 電出力造成的影響。另一方面，為了維持系統(tǒng)的有功平衡，風電出力可增加的量越大，火電 機組需壓低的功率就越多，系統(tǒng)負旋轉備用的需求量也就越高。當風電場達到最大出力時， 上升空間變?yōu)?,即電力系統(tǒng)無需提供負旋轉備用容量。大規(guī)模風電并網后，為了減少風電 出力隨機性帶給電力系統(tǒng)調度的干擾，應當同時考慮正、負旋轉備用容量約束。其中，正旋 轉備用約束可表示為：
[0039] Pr議7;;' </節(jié),.C + 《化，1 封空T 〔1巧
[0040] 式中：a為系統(tǒng)負荷預測誤差對正旋轉備用的需求；0。為風電出力預測誤差對 正旋轉備用的需求；ri2是滿足正旋轉備用需求的置信水平。其中，正旋轉備用S57?,"具體可 表不為：
CU)
[0042] 本發(fā)明假定火電機組提供的正旋轉備用W 10分鐘為計量單位，且其大小與火電 機組的爬坡率約束有關。從時段t到時段t+1，第i個機組的向上爬坡率上限是URi。相應 地，在10分鐘內，對應的向上爬坡率上限就變?yōu)?br>[0043] 類似地，負旋轉備用約束可表示為：
[0044] 打-做巧'各所,化、-巧作似客化，1 (12)
[004引式中：Wmax為風電場的額定功率；0 d為風電出力預測誤差對負旋轉備用的需求； ru是滿足負旋轉備用需求的置信水平。其中，負旋轉備用S.S7?/具體可表示為：
(13)
[0047] 本發(fā)明所研究的風電并網電力系統(tǒng)調度優(yōu)化問題只是約束條件中含有隨