本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)新能源消納領(lǐng)域，具體涉及一種考慮聯(lián)絡(luò)線電力交易計劃的多區(qū)域(例如，省)互聯(lián)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：近年來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅猛，裝機容量逐年上漲。但是，由于我國采取大規(guī)模集中式發(fā)展模式，風(fēng)電消納問題突出，多個地區(qū)甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn)象。為了促進風(fēng)電等新能源的并網(wǎng)消納，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，我國先后出臺了相關(guān)政策，確保風(fēng)電等新能源的優(yōu)先調(diào)度。國家能源局在《關(guān)于有序放開發(fā)用電計劃的實施意見》中明確指出：在確保供電安全的前提下，優(yōu)先保障水電和規(guī)劃內(nèi)的風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等清潔能源發(fā)電上網(wǎng)，促進清潔能源多發(fā)滿發(fā)。另外，在跨區(qū)跨省更大范圍內(nèi)協(xié)調(diào)風(fēng)電消納，可以通過優(yōu)化省間聯(lián)絡(luò)線的交換功率，充分利用不同地區(qū)負荷和發(fā)電資源的互補特性，提高風(fēng)電等新能源的消納水平。分析和優(yōu)化多省區(qū)風(fēng)電的消納水平對于風(fēng)電的規(guī)劃運行具有重要意義，可以為跨省區(qū)風(fēng)電交易提供具有實踐意義的消納方案和交易預(yù)案。目前，風(fēng)電消納優(yōu)化模型一般是基于機組組合模型，通過優(yōu)化安排機組的啟停時間和出力，在滿足調(diào)峰約束的條件下，為風(fēng)電留出消納空間。但是，描述機組啟停狀態(tài)涉及到整數(shù)變量，而實際的省級電網(wǎng)往往涉及到成百上千臺發(fā)電機組，這使得多省互聯(lián)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納優(yōu)化模型成為一個大規(guī)模的混合整數(shù)問題，難以在短時間內(nèi)得到最優(yōu)解。另外，為了促進風(fēng)電的優(yōu)先調(diào)度，現(xiàn)有的模型中一般在目標(biāo)函數(shù)中追加棄風(fēng)懲罰項，并設(shè)置懲罰因子，該因子一般為固定值。這時，模型無法區(qū)分棄風(fēng)發(fā)生的地方，可能會導(dǎo)致同一個地方反復(fù)承擔(dān)棄風(fēng)，這不符合公平性原則。此外，傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線計劃一般是電力交易合同的簡單疊加，與省內(nèi)發(fā)電計劃相對獨立，沒有充分發(fā)揮資源全局配置的作用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種考慮聯(lián)絡(luò)線電力交易計劃的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納優(yōu)化方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：1)確定問題研究的時間周期和步長，收集系統(tǒng)各區(qū)域的計算數(shù)據(jù)，包括：火電機組的運行參數(shù)和個數(shù)、相應(yīng)時間周期內(nèi)負荷的預(yù)測序列和風(fēng)電的預(yù)測序列；2)統(tǒng)計系統(tǒng)火電機組的數(shù)據(jù)，將具有相同運行參數(shù)的火電機組歸為同一類型，統(tǒng)計系統(tǒng)內(nèi)各個類型機組的數(shù)量；本發(fā)明所述的火電機組運行參數(shù)包括額定容量、最大技術(shù)出力、最小技術(shù)出力、最小開機時間、最小停機時間和爬坡率；3)建立多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)風(fēng)電消納優(yōu)化模型，該模型的目標(biāo)函數(shù)為最小化全周期內(nèi)的棄風(fēng)電量，該模型的約束條件包括：各類火電機組運行約束、各區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電出力約束、各區(qū)域電網(wǎng)功率平衡約束、各區(qū)域電網(wǎng)備用約束和區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束；4)使用求解器cplex求解該優(yōu)化模型，得到最優(yōu)解，計算系統(tǒng)各區(qū)域電網(wǎng)風(fēng)電消納電量和棄風(fēng)電量。所述的多區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)風(fēng)電消納優(yōu)化模型屬于混合整數(shù)線性規(guī)劃問題(mixintegerlinearprogramming,milp)，可以在相對較短的時間內(nèi)求解，符合實際工程計算的要求。所述的目標(biāo)函數(shù)中引入棄風(fēng)分段懲罰因子，相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為：式中：t(t)表示時間周期(索引)，a(a)表示區(qū)域電網(wǎng)個數(shù)(索引)，s(s)表示棄風(fēng)量分段數(shù)(索引)，表示區(qū)域電網(wǎng)a第s段的棄風(fēng)懲罰因子，表示區(qū)域電網(wǎng)a第s段的棄風(fēng)功率。求解結(jié)果包括各段棄風(fēng)功率各時段火電機組運行臺數(shù)sg(t)、各時段火電機組輸出功率pg(t)。全網(wǎng)棄風(fēng)電量和風(fēng)電消納電量計算如式(12)所示。式中：ws為全網(wǎng)(系統(tǒng))棄風(fēng)電量，wc為全網(wǎng)(系統(tǒng))風(fēng)電消納電量。所述的各類火電機組運行約束包括：5.1)機組運行臺數(shù)約束：式中：sg(t)為整數(shù)變量，表示時間周期內(nèi)第t個時段第g個類型火電機組開機臺數(shù)；ng表示第g個類型火電機組的總臺數(shù)；syg(t)表示第t個時段開始時刻第g個類型火電機組啟動臺數(shù)；szg(t)表示第t個時段開始時刻第g個類型火電機組停機臺數(shù)；yg(t)為二進制變量，1表示第t個時段開始時刻第g個類型火電機組有啟動機組，0表示沒有啟動機組；zg(t)為二進制變量，1表示第t個時段開始時刻第g個類型火電機組有停機機組，0表示沒有停機機組?？勺C明系統(tǒng)內(nèi)火電機組的啟停情況(yg(t)和zg(t)的取值和組合)均符合約束，如表1所示：表1.機組啟停臺數(shù)變化情況5.2)機組輸出功率約束：式中：pg(t)表示第t個時段第g個類型火電機組的總輸出功率；pgmin是第g個類型火電機組的最小技術(shù)出力；pgmax是第g個類型火電機組的最大技術(shù)出力。5.3)機組爬坡約束：-rdg·sg(t)≤pg(t)-pg(t-1)≤rug·sg(t)(15)式中：rdg是第g個類型火電機組的下爬坡率；rug是第g個類型火電機組的上爬坡率。5.4)最小啟\停機時間約束：式中：mug是第g個類型火電機組的最小啟機時間；mdg是第g個類型火電機組的最小停機時間。所述的風(fēng)電出力約束包括：6.1)棄風(fēng)功率約束：式中：表示第t個時段區(qū)域電網(wǎng)a風(fēng)電功率預(yù)測值。6.2)棄風(fēng)功率分段約束：式中：表示第t個時段區(qū)域電網(wǎng)a第s段棄風(fēng)功率的最大值。所述的區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束包括：7.1)交易電量約束，表示為：式中：是第t個時段區(qū)域電網(wǎng)a、b的聯(lián)絡(luò)線交換功率；td是聯(lián)絡(luò)線交易電量約束周期，一般為1天；表示聯(lián)絡(luò)線交易電量；7.2)交易功率變化速率約束，表示為：式中：是區(qū)域電網(wǎng)a、b聯(lián)絡(luò)線功率下降速率限制；是區(qū)域電網(wǎng)a、b聯(lián)絡(luò)線功率上升速率限制；7.3)聯(lián)絡(luò)線功率曲線峰谷差約束，表示為：式中：d表示電量約束周期的時長，當(dāng)計算步長為1h，電量約束周期為1天時，d取24；α表示允許峰谷差率，2α為允許的峰谷差占平均功率的比例。本發(fā)明具有如下有益效果：1、本發(fā)明將具有相同參數(shù)的機組歸并為同一類機組，從而可以采用相應(yīng)的變量(例如sg(t)、syg(t)、szg(t)、yg(t)、zg(t)和pg(t))描述同類機組的運行過程，這極大地減少了變量的個數(shù)，顯著地提高了問題求解速度。本發(fā)明考慮到聯(lián)絡(luò)線的電力交易計劃，提出了省間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束，通過優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率，在多區(qū)域(省)內(nèi)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，可實現(xiàn)全網(wǎng)風(fēng)電優(yōu)先消納。2、為了確保風(fēng)電的優(yōu)先消納，本發(fā)明以最小化風(fēng)電棄風(fēng)量為目標(biāo)函數(shù)，并引入棄風(fēng)分段懲罰因子，通過設(shè)置各段懲罰因子的值，可以控制棄風(fēng)發(fā)生的順序。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例中考慮聯(lián)絡(luò)線電力交易計劃的多省互聯(lián)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納優(yōu)化方法的流程圖。圖2為兩省互聯(lián)電力系統(tǒng)示意圖；g表示火電機組。圖3為兩省棄風(fēng)功率分段懲罰因子變化圖。圖4為兩省間聯(lián)絡(luò)線交換功率曲線(a)和風(fēng)電消納功率曲線(b)。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。顯然，所描述的僅僅是本發(fā)明的一個較優(yōu)的實施例。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出一種考慮聯(lián)絡(luò)線電力交易計劃的多省互聯(lián)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納優(yōu)化方法。首先，不同于現(xiàn)有的機組組合模型，對每一臺機組一般涉及3個整數(shù)變量或二進制變量，本發(fā)明考慮到我國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求，大多數(shù)火電機組具有相同運行參數(shù)，因而可以對具有相同參數(shù)的機組歸并為同一類機組，并采用相應(yīng)的變量描述同類機組的運行過程，這極大地減少了變量的個數(shù)，顯著地提高了問題求解速度。其次，為了確保風(fēng)電的優(yōu)先消納，本發(fā)明以最小化風(fēng)電棄風(fēng)量為目標(biāo)函數(shù)，并引入棄風(fēng)分段懲罰因子，通過設(shè)置各段懲罰因子的值，可以控制棄風(fēng)發(fā)生的順序。最后，本發(fā)明考慮到聯(lián)絡(luò)線的電力交易計劃，提出了省間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束，通過優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率，在多省內(nèi)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)全網(wǎng)風(fēng)電優(yōu)先消納。上述風(fēng)電消納優(yōu)化方法包括如下步驟(圖1)：1)確定問題研究的時間周期和步長，收集各省的計算數(shù)據(jù)，包括：火電機組的運行參數(shù)和個數(shù)、相應(yīng)時間周期內(nèi)負荷的預(yù)測序列和風(fēng)電的預(yù)測序列。2)統(tǒng)計系統(tǒng)火電機組的數(shù)據(jù)，將具有相同運行參數(shù)的機組歸為同一類型，統(tǒng)計各個類型機組的數(shù)量；3)建立多省互聯(lián)電力系統(tǒng)風(fēng)電消納優(yōu)化模型，該模型的目標(biāo)函數(shù)為最小化全周期內(nèi)的棄風(fēng)電量，該模型的約束條件包括：各類火電機組運行約束、各省級電網(wǎng)風(fēng)電出力約束、各省級電網(wǎng)功率平衡約束、各省級電網(wǎng)備用約束和省間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束；4)使用求解器cplex求解該優(yōu)化模型，得到最優(yōu)解，計算各省風(fēng)電消納電量和棄風(fēng)電量。具體的，確定問題的研究時間范圍為1個星期(168小時)，步長為1小時。所研究的互聯(lián)電力系統(tǒng)如圖2所示，省i和省ii兩個省級電網(wǎng)(即兩個區(qū)域電網(wǎng))通過聯(lián)絡(luò)線連接，構(gòu)成互聯(lián)電力系統(tǒng)的兩個區(qū)域(本發(fā)明所述方法可以拓展為更多省，只要相互聯(lián)通即可，實施例中以兩個省級電網(wǎng)組成互聯(lián)系統(tǒng)為例是為了說明本發(fā)明的使用，而不是僅限于兩個區(qū)域電網(wǎng))。兩省火電機組數(shù)據(jù)如表2所示。表2.各類型發(fā)電機組數(shù)據(jù)具體的，所述的多省互聯(lián)電力系統(tǒng)風(fēng)電消納優(yōu)化模型描述如下：1)目標(biāo)函數(shù)：引入棄風(fēng)分段懲罰因子，最小化全周期內(nèi)棄風(fēng)量，即2)約束條件：各類火電機組運行約束各省級電網(wǎng)風(fēng)電出力約束各省級電網(wǎng)功率平衡約束式中：da(t)表示第t個時段區(qū)域電網(wǎng)a(省i電網(wǎng)或省ii電網(wǎng))的負荷需求；ga表示區(qū)域電網(wǎng)a包含的火電機組類型；na表示與區(qū)域電網(wǎng)a相連的其他區(qū)域電網(wǎng)。各省級電網(wǎng)備用約束式中：rpa表示區(qū)域電網(wǎng)a正備用容量；rna表示區(qū)域電網(wǎng)a負備用容量。省間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束本發(fā)明將具有相同參數(shù)的機組歸并為同一類機組，并采用相應(yīng)的變量描述同類機組的運行過程，這極大地減少了變量的個數(shù)，顯著地提高了問題求解速度。為了確保風(fēng)電的優(yōu)先消納，本發(fā)明以最小化風(fēng)電棄風(fēng)量為目標(biāo)函數(shù)，并引入棄風(fēng)分段懲罰因子，通過設(shè)置各段懲罰因子的值，可以控制棄風(fēng)發(fā)生的順序。具體的，參見圖3，兩省風(fēng)電場各段風(fēng)電懲罰因子的按升序排列依次是：省i第1段、省ii第1段、省i第2段、省ii第2段……因而，在發(fā)生棄風(fēng)時，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的需要，省i會先進行棄風(fēng)，當(dāng)省i第1段全部棄風(fēng)之后，對省ii進行棄風(fēng)，當(dāng)省ii第1段全部棄風(fēng)之后，對省i第2段進行棄風(fēng)……依次類推，棄風(fēng)懲罰因子越小，棄風(fēng)順序越靠前。兩省各段懲罰因子值設(shè)置如表3所示。表3.分段棄風(fēng)功率懲罰因子棄風(fēng)功率段0～50mw50～100mw100～150mw150～200mw200mw以上省i12345省ii1.52.53.54.55.5為了說明本發(fā)明所述的優(yōu)化方法(聯(lián)絡(luò)線功率優(yōu)化方法)對提高全網(wǎng)風(fēng)電消納能力的作用，采用兩種方案來安排火電機組出力和聯(lián)絡(luò)線交換功率。方案一：不優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率。為了保證每日交易電量不變，聯(lián)絡(luò)線交換功率保持為每日平均功率。方案二：優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線。聯(lián)絡(luò)線功率為優(yōu)化變量，并且滿足本發(fā)明所述的聯(lián)絡(luò)線電力交易約束。兩個方案聯(lián)絡(luò)線交換功率和風(fēng)電消納功率的變化曲線如圖4所示。一周內(nèi)全網(wǎng)的風(fēng)電消納情況如表4所示，方案二與方案一相比，棄風(fēng)功率減少了14.4％。可見，通過優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率可以顯著減少棄風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，提高風(fēng)電利用水平和電網(wǎng)風(fēng)電消納水平，對于電網(wǎng)經(jīng)濟運行和可再生能源的有效利用都具有積極意義。表4.一周內(nèi)全網(wǎng)風(fēng)電消納情況消納電量棄風(fēng)電量方案一617341mwh23857mwh方案二620774mwh20425mwh本發(fā)明考慮到聯(lián)絡(luò)線的電力交易計劃，提出了省間聯(lián)絡(luò)線電力交易約束，具體的，聯(lián)絡(luò)線交換滿足聯(lián)絡(luò)線功率曲線峰谷差約束、交易功率變化速率約束和交易電量約束。通過優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率，在多省內(nèi)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)全網(wǎng)風(fēng)電優(yōu)先消納。當(dāng)前第1頁12