使含風(fēng)電電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的抽水蓄能電站特性精確模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的方法，尤其涉及一種使含風(fēng)電電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的抽 水蓄能電站特性精確模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于風(fēng)電發(fā)電量的穩(wěn)定性不高，因此風(fēng)電實(shí)際上網(wǎng)的電量與預(yù)測(cè)電量會(huì)有較大偏 差，這給含風(fēng)電電網(wǎng)的年度電力調(diào)度運(yùn)行方案較為準(zhǔn)確的制定帶來困難，形成較好施行年 度電力調(diào)度方案的瓶頸。
[0003] 在含風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行年方案的制定中，為提高電力系統(tǒng)能源綜合利用效 率，解決風(fēng)電發(fā)展瓶頸問題，近年來國內(nèi)外研宄機(jī)構(gòu)開展了多項(xiàng)相關(guān)課題研宄。而利用儲(chǔ)能 技術(shù)解決風(fēng)電出力的不確定性及反調(diào)峰問題是最為直觀的方案?，F(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)中，抽水蓄 能電站技術(shù)最為成熟，應(yīng)用也最為廣泛。抽水蓄能電站是一種特殊的水電站，既是電源又是 負(fù)荷，且具有啟動(dòng)迅速、運(yùn)行可靠靈活的優(yōu)點(diǎn)，能有效跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷的變化，保障系統(tǒng)的安 全穩(wěn)定運(yùn)行。截至目前，風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行方案是提升電網(wǎng)風(fēng)電接納能力中最為成 熟的運(yùn)行方案。因此，如何建立合適的并且接近于電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的抽水蓄能電站模型是電 力系統(tǒng)中研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。特別是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，如何使抽水蓄能電站模型既 符合風(fēng)電調(diào)度運(yùn)行狀態(tài)，又能保證模型計(jì)算效率是迫切需要解決的問題。
[0004] 現(xiàn)有的模型中，文獻(xiàn)一《基于時(shí)序仿真的風(fēng)電年度計(jì)劃制定方法》（電力系統(tǒng)自動(dòng) 化第38卷第11期第13頁）提出一種基于時(shí)序仿真的風(fēng)電年度計(jì)劃方法，綜合考慮風(fēng)電 出力特性、負(fù)荷特性、機(jī)組調(diào)峰特性、電網(wǎng)送出能力等因素，逐時(shí)段優(yōu)化全網(wǎng)含風(fēng)電的電力 平衡，建立了用于研宄省級(jí)電網(wǎng)年度風(fēng)電計(jì)劃的優(yōu)化模型。但是，該優(yōu)化模型中沒有考慮 對(duì)抽水蓄能電站模型的建立，導(dǎo)致模型中電網(wǎng)調(diào)峰能力與實(shí)際電網(wǎng)有所偏差，進(jìn)而影響最 終風(fēng)電年度計(jì)劃的制定。文獻(xiàn)二《Joint environmental and economic power dispatch considering wind power integration:Empirical analysis from Liaoning Province of China》（Renewable Energy第52期第260頁）利用實(shí)際火電機(jī)組、水電機(jī)組、風(fēng)電出力以 及負(fù)荷數(shù)據(jù)，構(gòu)建了含風(fēng)電場(chǎng)及抽水蓄能電站的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境聯(lián)合調(diào)度模型。但其對(duì) 抽水蓄能電站建模時(shí)，并未考慮抽水蓄能電站的庫容約束、發(fā)電出力約束及抽水電力約束。 過于粗糙的抽水蓄能電站建模導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果不能對(duì)實(shí)際抽水蓄能電站運(yùn)行提供有效指導(dǎo)。 文獻(xiàn)三《含風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)風(fēng)電與抽水蓄能匹配容量研宄》（太陽能學(xué)報(bào)第33卷第6期第1037 頁），以社會(huì)效益最大化為目標(biāo)建立風(fēng)電_抽水蓄能聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化模型。文獻(xiàn)四《風(fēng)電一抽 水蓄能聯(lián)合日運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度模型》（電力系統(tǒng)自動(dòng)化第36卷第2期第36頁）以風(fēng)電一抽 水蓄能聯(lián)合運(yùn)行的效益最大化為目標(biāo)，考慮抽水蓄能機(jī)組的啟停限制和發(fā)電一抽水工況轉(zhuǎn) 換限制，以二次約束表征機(jī)組啟停約束和抽水蓄能電站運(yùn)行工況約束。其對(duì)抽水蓄能電站 的模型建立，并不符合實(shí)際風(fēng)電調(diào)度情況。在實(shí)際系統(tǒng)調(diào)度中，如果系統(tǒng)出現(xiàn)棄風(fēng)，那么此 時(shí)，抽水蓄能電站不能進(jìn)行放水發(fā)電，現(xiàn)有的調(diào)度模型中均未針對(duì)此約束進(jìn)行建模。
[0005] 因此，提供一種用于含風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行年方案的抽水蓄能電站的數(shù)學(xué)建 模方法是非常迫切的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的是大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，如何使抽水蓄能電站模型既符合風(fēng)電調(diào)度 運(yùn)行狀態(tài)又能保證模型計(jì)算效率，以用于含風(fēng)電的電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行年方案的制定的問 題，而提供的一種使含風(fēng)電電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的抽水蓄能電站特性精確模擬方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的抽水蓄能電站特性精確模擬方法，包括將所述系 統(tǒng)棄風(fēng)狀態(tài)建模為相關(guān)于二進(jìn)制變量的棄風(fēng)狀態(tài)線性函數(shù)，并基于該二進(jìn)制變量將系統(tǒng)內(nèi) 所有抽水蓄能電站的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)建模為相關(guān)于所述二進(jìn)制變量的所述電站運(yùn)行狀態(tài)的 線性函數(shù)，兩所述線性函數(shù)聯(lián)合約束系統(tǒng)，模擬出系統(tǒng)在棄風(fēng)狀態(tài)下抽水蓄能電站出力狀 O
[0008] 所述棄風(fēng)狀態(tài)線性函數(shù)表征的是：t時(shí)段系統(tǒng)的風(fēng)電理論預(yù)測(cè)功率與t時(shí)段 接系統(tǒng)接納風(fēng)電功率之差為相關(guān)于二進(jìn)制變量At的線性函數(shù)，依據(jù)系統(tǒng)接納風(fēng)電功率的 大小判斷當(dāng)前棄風(fēng)狀態(tài)。
[0009] 所述棄風(fēng)狀態(tài)線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0011] 式中：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)棄風(fēng)，At= 1 ;當(dāng)系統(tǒng)未出現(xiàn)棄風(fēng)，At= 0時(shí)； <為非負(fù)連續(xù)變 量；為常數(shù)；印s為正無窮小量。
[0012] 所述電站運(yùn)行狀態(tài)的線性函數(shù)至少包括電站出力狀態(tài)線性函數(shù)，該電站出力狀態(tài) 線性函數(shù)表征的是：t時(shí)段抽水蓄能電站發(fā)電功率/ 3Ae為相關(guān)于二進(jìn)制變量At的線性函數(shù)， 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)棄風(fēng)時(shí)抽水蓄能電站的出力為零，當(dāng)系統(tǒng)未出現(xiàn)棄風(fēng)時(shí)，抽水蓄能電站出力在 理論最大發(fā)電功率和理論最小發(fā)電功率之間。
[0013] 所述系電站出力狀態(tài)線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0015] 式中：為非負(fù)變量，和$?;_為常數(shù)，分別表示抽水蓄能電站最大理論 發(fā)電功率和最小理論發(fā)電功率。
[0016] 所述電站的運(yùn)行狀態(tài)的線性函數(shù)還包電站抽放水狀態(tài)的線性函數(shù)，該抽放水狀 態(tài)的線性函數(shù)表征的是：t時(shí)段抽水狀態(tài)或放水狀態(tài)依次為二進(jìn)制變量/?丨、，任意時(shí) 亥Ij，所述電站只能出現(xiàn)抽放或放水的一種動(dòng)作狀態(tài)。
[0017] 所述電站t時(shí)段抽放水狀態(tài)的線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0019] 式中，/^=0表示電站沒有進(jìn)行抽水操作，烈丨=1表示電站正在進(jìn)行抽水操作； 表示電站沒有進(jìn)行放水操作，/>$=1表示電站正在進(jìn)行放水操作。
[0020] 所述電站運(yùn)行狀態(tài)的線性函數(shù)還包括所述電站出力約束的線性函數(shù)和電站抽水 狀態(tài)的線性函數(shù)；所述電站出力波動(dòng)狀態(tài)的線性函數(shù)表征的是：所述電站放水發(fā)電時(shí)，發(fā) 電功率在理論最大放水發(fā)電功率Praemax和理論最小放水發(fā)電功率之間任意波動(dòng)， 該線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0021] PStbXP；SGmin <Ptpso <PStbXP1psamax(4)
[0022] 所述電站抽水狀態(tài)的線性函數(shù)表征的是：所述電站抽水時(shí)，抽水機(jī)組一旦開啟，就 處于滿發(fā)狀態(tài)，該線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
為非負(fù)變量，表示抽水蓄能電站抽水功率；A^max為正整數(shù)變量，表示抽水蓄能電站參 與優(yōu)化的抽水機(jī)組臺(tái)數(shù)；為單臺(tái)抽水機(jī)組裝機(jī)容量；為正常數(shù)，表示抽水蓄能 電站抽水機(jī)組總臺(tái)數(shù)。
[0024] 所述電站運(yùn)行狀態(tài)的線性函數(shù)還包括機(jī)組優(yōu)化功率約束的線性函數(shù)、最小啟停機(jī) 時(shí)間約束的線性函數(shù)、供熱期供熱機(jī)組出力約束的線性函數(shù)和啟停機(jī)邏輯狀態(tài)約束的線性 函數(shù)，
[0025] 所述機(jī)組優(yōu)化功率約束的線性函數(shù)表征的是：區(qū)域第j臺(tái)常規(guī)機(jī)組輸出功率f的 大小為相關(guān)于二進(jìn)制變量< 的線性函數(shù)，該線性函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0026]PjminX]<Ptj<Pjmax Xtj(6)
[0027] 式中：Pj^x, Pj,min為常數(shù)，分別表示為第j臺(tái)機(jī)組的出力上限和出力下限；$是j 臺(tái)機(jī)組在時(shí)段t的運(yùn)行狀態(tài)的二進(jìn)制變量，