基于含風電電力系統(tǒng)運行可靠性的優(yōu)化調度

胥佳

（國網陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

基于含風電電力系統(tǒng)運行可靠性的優(yōu)化調度

胥佳

（國網陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

并網型的風電為大規(guī)模風電場，通常容量都超過百兆瓦，一般由上百臺甚至上千臺風電機組構成。風電并網后，我國的電網環(huán)境將得到很大改善，但風電并網的可靠性優(yōu)化調度卻是電力企業(yè)應著重考慮的問題。風電并網新策略為，確保每時段運行可靠性不會低于不含風電時此系統(tǒng)的最低可靠性指標。

風電電力系統(tǒng)；運行可靠性；優(yōu)化調度

隨著傳統(tǒng)化石能源的日益消耗，人們對新能源的研究利用正變得越來越積極，在所有新能源中，對風能的運用相對較早，技術水平也相對較高，并且風能發(fā)電無論如何都不會對自然生態(tài)造成任何形式的破壞。隨著我國風電并網容量的提升，過去那種一味地通過協(xié)調優(yōu)化常規(guī)機組以適應風電全額并網的模式已經不再適應，因此，優(yōu)化調度風電并網運行就成為當前電力行業(yè)在研究利用風電能源時首先考慮的問題。

1　時序多狀態(tài)風電場功率輸出模型

通常來說，常規(guī)的風電場模型體系為以下兩種：一種為等效多狀態(tài)機組模型，另一種為復合修整器模型。等效多狀態(tài)機組模型是將風電功率輸出等值為多狀態(tài)機組，以便很好地考慮到風電的波動性，但這一模型卻沒有考慮到風電的時序性。復合修整器模型將風電功率當做“負”的負荷，從而對風電的時序性作出充分考慮，然而卻難以充分考慮風電的波動性。因此，最優(yōu)質的風電場功率輸出模型應綜合以上兩種模型，對風電的時序性和波動性都作充分考慮，那么此模型的公式應為：

其中，指的是第t時間段輸出的功率序列｛，，，……，｝序列中的項數；指的是功率為的概率。如果風電發(fā)電機組的設計采用了基于時序性和波動性的模型，就能夠很好地結合風電功率輸出的時序性及波動性，通過這一點就能很好地反映風電功率的相關特殊性。

2　考慮風電電力系統(tǒng)優(yōu)化的調度模型

2.1傳統(tǒng)調度模型

目標函數的公式為：

minF=［（t）（（t））+（t）（1-（t-1））]

公式中，F是系統(tǒng)的總運行成本；T是系統(tǒng)調度的時段數；I是系統(tǒng)的機組數量；（t）是機組i在t的時間段內所做的有效功率；（t）是機組i在t時段的狀態(tài)，（t）=1表示運行中，（t）=0表示未運行；（（t））是機組i在t時間內的運行成本。

（（t））=++

此式中，、、是機組的運行成本，是常數而非變量。

約束條件有功率平衡約束、發(fā)電機組輸出功率約束、發(fā)電機爬坡約束、最小運行及停運時間約束以及旋轉備用約束，以旋轉備用約束為例，公式為：

min（（t）-（t），）≥R（t）

式中的是機組i的有功功率上限，=，指的是10min時間；R（t）是t時間點上系統(tǒng)在10min的最小旋轉備用要求，根據系統(tǒng)規(guī)定的不同而有所差異。

2.2風電并網對電力系統(tǒng)優(yōu)化調度的影響

風電機組和其他傳統(tǒng)機組不同，電力系統(tǒng)往往會讓風電機組優(yōu)先并網。在進行電力系統(tǒng)調度時，因風電機組這一優(yōu)勢的影響，可能對傳統(tǒng)機組產生替代效應，替換掉以前傳統(tǒng)機組的部分，這樣對整個電網調度運行都起到了優(yōu)化效果。風電的替代效應可以減少系統(tǒng)的運行總體成本，但也有不利影響：電力系統(tǒng)的可靠性會降低，機組的投運風險指數顯著攀升。

2.3運行可行性

根據以上調度模型，可以看出，此模型是在缺失對風電不確定性考慮的前提下建立的，因此存在非常大的風險，雖然已經有很多專家優(yōu)化改進了這一模型，但依舊不能同時考慮風電的時序性和波動性。

2.4風電電力優(yōu)化新策略

雖然通過增加投運風險約束措施的方法可以對電力系統(tǒng)運行過程產生的風險因素進行強有力的約束，但當前如何約束投運風險卻得不到足夠的參考和借鑒，從某種程度上來說，這一約束同樣限制了對風電能源的正常使用。一般來說，風電一旦并網，應保證任一時段系統(tǒng)的運行可靠性都不會比在沒有風電并入的情況下系統(tǒng)運行狀態(tài)最差時的情況還要差。

3　模型求解

3.1目標函數變換

電力系統(tǒng)的優(yōu)化調度主要體現在兩個控制變量上，這兩個控制變量一組是機組的實際輸出功率。而另外一組是機組在尚未開啟的狀態(tài)下所呈現出來的具體功率數據，這兩組變量的數據具有難以想象的復雜性，而最直觀的影響就是：目標函數中發(fā)電成本的部分出現了較高的次項。筆者設機組輸出量為控制變量列舉公式，得到的目標函數公式為：

3.2機組啟停約束條件變換

機組的啟停約束按照常規(guī)的方法，寫入約束的條件，這時候就會出現具有較高此項的約束條件。而在完成了數學變換后，就可以調用Cplex中的MIP優(yōu)化器求解數學模型。

4　應用混合整數規(guī)劃算法求解模型

此次提出的含風電電力系統(tǒng)優(yōu)化調度模型求解的算法流程如圖1所示。

圖1　算法流程Fig.Algorithm flow

5　結語

本次模型的建立是基于風電并網存在的時序性和波動性進行的研究，考慮到風電并網的替代效應，筆者提出了在考慮投運風險約束的前提下優(yōu)化調整后的風電并網模型，此模型具有一定的可靠性，可以實現風電并網的電力系統(tǒng)平穩(wěn)調度過渡，降低電力系統(tǒng)的運行風險，從而更好地促進我國電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定安全發(fā)展。

［1］楊楠，王波，劉滌塵，等.考慮柔性負荷調峰的大規(guī)模風電隨機優(yōu)化調度方法［J］.電工技術學報，2013，28（11）：231-238.

［2］任惠，范佳琪，David Watts，等.風電入網風險量化及對電力系統(tǒng)優(yōu)化調度影響［J］.可再生能源，2015，33（4）：558-564.

［3］江岳文，陳沖，溫步瀛.含風電場的電力系統(tǒng)機組組合問題隨機模擬粒子群算法［J］.電工技術學報，2009，（06）：183.

［4］秦禎芳，岳順民，余貽鑫，等.零售端電力市場中的電量電價彈性矩陣［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004，（05）：90-92.

［5］丁偉，袁家海，胡兆光.基于用戶價格響應和滿意度的峰谷分時電價決策模型［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，（20）：56-58.

［6］張伯明，吳文傳，鄭太一，等.消納大規(guī)模風電的多時間尺度協(xié)調的有功調度系統(tǒng)設計［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，（01）：312.

［7］王卿然，謝國輝，張粒子.含風電系統(tǒng)的發(fā)用電一體化調度模型［J］,電力系統(tǒng)自動化，2011，（05）：169.

［8］王彩霞，魯宗相.風電功率預測信息在日前機組組合中的應用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，（07）：90-94.

［9］吳棟梁，王揚，郭創(chuàng)新，等.電力市場環(huán)境下考慮風電預測誤差的經濟調度模型［J］.電力系統(tǒng)自動化，2012，（06）：173.

Optimal scheduling based on operational reliability of wind power system

XU Jia
(State Grid Shaanxi Weinan Power Supply Company,Weinan 714000,China)

Grid-connected wind power is a large-scale wind farm,usually with a capacity of more than one hundred megawatts.Generally,it consists of hundreds or even thousands of wind turbines.After the wind power is connected to the grid,the grid environment in China will be greatly improved,but the operational reliability of grid-connected wind power generation is the most important consideration for the power enterprises.The new strategy of grid-connected wind power is to ensure that the reliability of the system will not be lower than the minimumreliability index of wind power.

Wind power system;Operational reliability;Optimal scheduling

TM73

B

1674-8646（2016）19-0082-02

2016-08-09

胥佳（1988-），男，學士，工程師。