孫東磊 韓學山

(山東大學電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點實驗室 濟南 250061)

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計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度

孫東磊 韓學山

(山東大學電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點實驗室 濟南 250061)

動力系統(tǒng)是機(包括位能、動能、光能、熱能等外力)和電(電磁能)關(guān)聯(lián)的有機構(gòu)成，電力系統(tǒng)是其重要組成部分之一，其功能是完成一個機-電-機的動力平衡。電力系統(tǒng)調(diào)度涉及滿足機功率平衡的經(jīng)濟調(diào)度和以電功率為核心的、牽制這一機功率平衡的電壓支撐問題，兩者間有機關(guān)聯(lián)，不能分離。由此，以應(yīng)對不確定性為背景，以源(發(fā)電與負荷間機功率)平衡的實現(xiàn)為線索，提出一種新的電力系統(tǒng)調(diào)度模型，該模型充分計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，并有效考慮備用響應(yīng)，統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，目的在于挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對該模型，給出了帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法和蒙特卡洛模擬非線性優(yōu)化并行組合求解方法。算例分析表明了調(diào)度中計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)以增強源平衡能力的可靠性和有效性。

電力系統(tǒng) 經(jīng)濟調(diào)度 電壓支撐 電壓調(diào)節(jié)效應(yīng) 協(xié)同調(diào)度 區(qū)間不確定性

0 引言

從動力系統(tǒng)角度分析，電力系統(tǒng)是承接機(包括位能、動能、光能、熱能等外力)功率平衡的載體，而電(電磁能)則為實現(xiàn)該平衡的媒介，由此，電力系統(tǒng)的功能是完成一個機-電-機的動力平衡。通常所稱的電力系統(tǒng)(實際歸屬動力系統(tǒng))調(diào)度研究可追溯至20世紀20年代，近百年來經(jīng)歷了由靜態(tài)到動態(tài)、由以等耗量微增率為基礎(chǔ)的經(jīng)典優(yōu)化理論到強調(diào)調(diào)度與控制間協(xié)調(diào)的現(xiàn)代調(diào)控理論、由確定性到不確定性的發(fā)展歷程，如今在理論與實踐上已相對成熟[1-6]。

電力系統(tǒng)調(diào)度涉及滿足機功率平衡的經(jīng)濟調(diào)度和以電功率為核心的、牽制這一機功率平衡的電壓支撐問題，兩者間有機關(guān)聯(lián)，不能分離。電功率與電壓、頻率相關(guān)，假設(shè)頻率為額定頻率不變，電功率就僅與電壓相關(guān)，故稱電壓支撐，在調(diào)度中，就對應(yīng)如何考慮電壓水平等制約問題，1962年，法國學者J.Carpentier[7]首次提出了考慮電壓安全的電力系統(tǒng)優(yōu)化潮流概念，掀起了對這一問題經(jīng)久不衰的研究[8-11]。然而，傳統(tǒng)的調(diào)度體系主要是應(yīng)對負荷的不確定性，由于負荷具有周期性的波動規(guī)律，一直以來經(jīng)濟調(diào)度和電壓支撐問題是分離進行研究的[12]，即經(jīng)濟調(diào)度決策中并沒有考慮電功率的牽制，而電壓支撐決策或以無功功率概念為核心的電壓調(diào)控則是基于給定的源(發(fā)電與負荷間機的功率)平衡模式進行的。而即使是考慮了有功與無功功率之間的牽連，優(yōu)化潮流也僅是從網(wǎng)絡(luò)流的角度進行遵從電氣規(guī)律的數(shù)學意義上的剛性優(yōu)化[13]，而對節(jié)點上源的柔性調(diào)節(jié)機制則很少涉及。

新形勢下，電力負荷呈現(xiàn)多元化發(fā)展，其需求的波動性日益增加；風光等可再生能源發(fā)電以分布或集中式逐漸地、且趨勢迅猛地并入電網(wǎng)，增加了發(fā)電側(cè)的不確定性；傳統(tǒng)的火電等化石能源發(fā)電(主動電源)處于減緩或遏制的態(tài)勢[14]，電力系統(tǒng)調(diào)度運行面臨有限的主動電源應(yīng)對強不確定性接納能力的挑戰(zhàn)。與此同時，源網(wǎng)(電功率的載體)間的矛盾日益突出，源平衡的電壓支撐面臨應(yīng)對被動量(指常規(guī)負荷和可再生能源發(fā)電等)不確定性程度日趨增加的考驗。

對此，許多學者從不同角度進行了研究，這些研究分為兩類：一類是應(yīng)對不確定性下源平衡的經(jīng)濟調(diào)度策略的研究[15-20]，如多時間尺度協(xié)調(diào)消納風電的調(diào)度策略，計及機組備用響應(yīng)能力的區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度，安全性與經(jīng)濟性協(xié)調(diào)的魯棒區(qū)間調(diào)度，考慮系統(tǒng)調(diào)控能力的可再生能源發(fā)電接納范圍研究，以及計及頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度等研究，該研究從應(yīng)對不確定性的策略或優(yōu)化方法著手，取得了較好的效果，然而卻均是在剛性的電網(wǎng)電壓水平這一假設(shè)條件下實現(xiàn)的，不能顯現(xiàn)電壓支撐的關(guān)聯(lián)，有一定的局限性；另一類是考慮電壓支撐影響的有功與無功牽連的潮流優(yōu)化方法或策略的研究[21-25]，如考慮電壓控制以提升風電接納的概率潮流，考慮備用響應(yīng)并計及風電的優(yōu)化潮流，計及風電功率不確定性的模糊潮流，考慮被動量相關(guān)性的概率優(yōu)化潮流，以及考慮二次備用響應(yīng)機制的實時調(diào)度研究等，該研究在一定程度上考慮了電壓支撐對源平衡的牽制，但均認為源功率是剛性的，獨立于電壓水平，實際上，電力系統(tǒng)運行時允許電壓在一定范圍內(nèi)變化，而且源自身帶有自愈性的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，這是人造電力系統(tǒng)在一定條件下實現(xiàn)自動平衡的根本，若忽視這一特性必將造成調(diào)度結(jié)果的保守性。

目前國內(nèi)外對事故或擾動情況下考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)以調(diào)動系統(tǒng)自動的平衡能力達成了共識，文獻[26]提出在事故后有功缺額較大時通過降低系統(tǒng)電壓來減少負荷需求、維持功率平衡的方法。文獻[27]提出大規(guī)模間歇式電源接入背景下調(diào)壓輔助調(diào)頻以減少系統(tǒng)備用配置的思路。文獻[10]提出擾動情況下考慮系統(tǒng)的頻率、電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)來維持頻率質(zhì)量的優(yōu)化潮流模型。而至今，正常運行狀態(tài)下，在短期運行調(diào)度中考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)尚未開始。

實現(xiàn)源平衡是電力系統(tǒng)調(diào)度與控制的目標，如何實現(xiàn)調(diào)控一體，即在調(diào)度中考慮控制，控制中計及調(diào)度是電力系統(tǒng)消納不確定性的關(guān)鍵，充分挖掘電力系統(tǒng)自身電壓支撐的協(xié)同潛力以增強不確定性下源平衡能力是本文研究的宗旨。為此，以應(yīng)對不確定性為背景，以源平衡的實現(xiàn)為線索，提出一種新的電力系統(tǒng)調(diào)度模型，該模型充分考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，備用的配置及其響應(yīng)機制一體化決策，統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，以充分挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對該模型，給出求解方法，并進行了算例驗證，算例分析表明了此研究的可靠性和有效性。

1 電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)

從維持電壓水平的角度出發(fā)，驅(qū)動或制動源功率的設(shè)備(發(fā)電機勵磁、電動機、純電阻或靜止阻抗特性等)均有一個特點，即當電壓變化時，其自身都帶有負反饋特性，也就是源有自動適應(yīng)功率平衡的能力。任一波動場景下，該特性的作用就反映出電力系統(tǒng)控制有其本身無序但實質(zhì)有序的協(xié)同能力，這就是源的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)。所有電氣設(shè)備都有其允許的電壓變化范圍，電力系統(tǒng)運行時允許電壓在一定范圍內(nèi)變化是電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)得以發(fā)揮的前提。

隨著電力系統(tǒng)中不確定性因素日趨增加，電壓調(diào)節(jié)的協(xié)同能力不容忽視。實際上，電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)受電壓支撐的影響，其與調(diào)度緊密相關(guān)，是調(diào)度中不可分割的一部分。本文著重考慮在大規(guī)模風電并網(wǎng)背景下，如何在調(diào)度中計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)。電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)主要源自同步發(fā)電機勵磁有差調(diào)節(jié)特性和負荷的靜態(tài)電壓特性，網(wǎng)在其中起受電磁功率分布制約的傳遞作用。

1.1 同步發(fā)電機勵磁有差調(diào)節(jié)特性

同步發(fā)電機勵磁是電力系統(tǒng)中最主動也是最本質(zhì)的電壓支撐，其有差調(diào)節(jié)特性如圖1所示。

圖1 同步發(fā)電機勵磁有差調(diào)節(jié)特性Fig.1 Excitation system’s static error regulation characteristics

圖1所示下垂特性可表示為

VG=VG0-KGIQG

(1)

式中：KG為無功-電壓調(diào)差系數(shù)；IQG為定子繞組無功電流；VG0為勵磁控制空載設(shè)定電壓[10]。機組勵磁的下垂特性為負荷的靜態(tài)電壓特性的發(fā)揮提供了最根本的支撐，即對應(yīng)發(fā)電側(cè)參與實現(xiàn)閉環(huán)地消納不確定性的協(xié)同能力。

1.2 負荷的靜態(tài)電壓特性

電力負荷功率按其靜態(tài)電壓特性隨端電壓的波動而變化。負荷靜態(tài)電壓特性的協(xié)同是伴隨著系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的下垂特性(或稱廣義的電樞反應(yīng))而間接起作用的。系統(tǒng)負荷水平增加，機組電樞反應(yīng)增強，伴隨著電壓水平的降低，負荷功率會相應(yīng)減??；反之，系統(tǒng)負荷水平降低，機組電樞反應(yīng)減弱，伴隨著電壓水平的升高，負荷功率會相應(yīng)增大。不同類型的負荷其電壓靜特性也不同，本文意在說明其協(xié)同潛力，節(jié)點上綜合負荷的靜態(tài)特性以指數(shù)形式表達為

(2)

式中：PN、QN分別為在額定電壓VN下的有功、無功功率負荷；PD、QD分別為在實際電壓VD下的有功、無功功率負荷；αP和αQ分別為負荷有功、無功靜態(tài)電壓特性系數(shù)。由此如圖2所示，當電壓高于額定電壓，負荷的用電需求(機功率)自動提升；當電壓低于額定電壓，負荷的用電需求(機功率)自動削減，這就是負荷側(cè)消納不確定性的協(xié)同能力。

圖2 負荷靜態(tài)電壓特性Fig.2 Load’s static voltage characteristics

因此，電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)就是通過自動的電壓調(diào)節(jié)改變源的機功率的大小，促進源平衡的實現(xiàn)。實際上，源平衡及其電壓支撐的統(tǒng)籌決策就是基于被動量的屬性(期望值及其波動范圍)，依據(jù)上述特性，決策電磁功率特性，以在決策層面上調(diào)動系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。提供或接受電能的源是關(guān)于電壓的函數(shù)，不同的電壓對應(yīng)不同的電能，也就是對應(yīng)不同的機的功率，由此，計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度的主要特點在于若調(diào)度電能，則調(diào)度量就是電壓，這樣做會使調(diào)度更符合實際，以在更大范圍內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)面臨的不確定性。

2 計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度模型

計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度是在不確定性背景下以追求電網(wǎng)運行經(jīng)濟性最優(yōu)為目標，同時滿足系統(tǒng)運行的物理和技術(shù)約束條件，以對所有具有協(xié)同能力的源進行預先安排。模型中被動量以服從區(qū)間均勻分布的隨機變量形式表示。為便于表述，以上標“～”標識隨機變量，以上、下劃線分別標識對應(yīng)變量允許的上下限值。

2.1 目標函數(shù)

(3)

2.2 決策變量

2.3 約束條件

2.3.1 決策變量約束

(4)

(5)

(6)

(7)

0≤βGg, ?g∈NG

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

式中：rGg為自動發(fā)電控制(AGC)機組g(假設(shè)均為AGC機組)二次動作輸出功率最大調(diào)整速率；Δτ為時段長度；NT和NC分別為有載調(diào)壓變壓器和無功補償設(shè)備集合。

2.3.2 隨機不確定性下的運行范圍約束

1)節(jié)點功率平衡約束。

任一節(jié)點i∈NB(NB為節(jié)點集合)，需滿足功率平衡約束

(14)

式中：NG(i)、NW(i)、NC(i)和ND(i)分別為節(jié)點i上的常規(guī)機組、風電場、無功補償設(shè)備和負荷集合；NS(i)和NE(i)分別為以節(jié)點i為首、末端節(jié)點的支路集合；PG、QG、PD和QD分別為發(fā)電機和負荷的有功和無功功率；PW為風電注入功率；QC為無功補償容量。Pl，ij、Ql，ij、Pl，ji和Ql，ji分別為支路l(l∈NL，其兩端節(jié)點分別為節(jié)點i、j，NL為支路集合)兩端的有功和無功功率。以上各變量分別表示為

(15)

(16)

(17)

式中：gl和bl分別為支路l的電導、電納；θij為節(jié)點i、j的電壓相角差。

2)支路允許傳輸載荷約束。

(18)

式中Sl為支路l的視在功率，MV·A。

3)發(fā)電機運行范圍約束。

任一發(fā)電機g∈NG，其端點為節(jié)點i，需滿足以下約束。

發(fā)電機有功功率上下限約束為

(19)

發(fā)電機定子繞組溫升約束為

(20)

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)無功-電壓有差調(diào)節(jié)特性為

(21)

(22)

勵磁上下限約束為

(23)

實際控制過程中的備用響應(yīng)量應(yīng)不超過決策的二次備用容量

(24)

4)節(jié)點電壓運行范圍約束。

(25)

5)棄風和切負荷范圍約束。

(26)

(27)

6)被動量區(qū)間分布表達式。

(28)

(29)

3 模型求解思路

不確定性背景下計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度數(shù)學模型為非線性區(qū)間規(guī)劃問題，其求解屬于大不確定性區(qū)間分析范疇。目前非線性區(qū)間分析方法，尤其是大不確定性區(qū)間分析方法仍處于探索階段，還未形成成熟的理論體系[28]。本文的主要目的在于分析電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)對不確定性下源平衡能力的影響，因此，暫不考慮計算效率等因素，將其轉(zhuǎn)換為兩層嵌套優(yōu)化問題，以帶精英策略的快速非支配排序遺傳算法(NSGA-Ⅱ)[29]和蒙特卡洛模擬非線性優(yōu)化相結(jié)合的并行計算方法求解。

3.1 兩層嵌套優(yōu)化

借助區(qū)間可能度[30]的概念柔化剛性的區(qū)間不確定性約束，從而轉(zhuǎn)換為區(qū)間分布的機會約束規(guī)劃模型，并進一步將其轉(zhuǎn)換為兩層嵌套優(yōu)化問題

(30)

(31)

3.2 求解方法

式(30)所述優(yōu)化模型的外層優(yōu)化由NSGA-Ⅱ求解，NSGA-Ⅱ是一種新穎的多目標遺傳算法，以其在最優(yōu)解收斂性和魯棒性好的性能優(yōu)勢而在多目標優(yōu)化領(lǐng)域得到應(yīng)用[31，32]。內(nèi)層為機會約束規(guī)劃問題，具體由蒙特卡洛模擬(MCS)[24]和非線性原對偶內(nèi)點法[33]求解實現(xiàn)。由于上述組合求解方法計算量非常大，而主要的計算量體現(xiàn)在對種群個體適應(yīng)度評價上，由于各種群個體適應(yīng)度評價是獨立的，為此，提出NSGA-Ⅱ的并行計算模式，即基于MPI[34]搭建并行計算平臺，將種群個體適應(yīng)度評價分發(fā)到各從處理器處理，然后匯總至主處理器進行遺傳操作。

3.3 求解流程

所提模型具體求解流程如圖3所示。

圖3 模型求解流程圖Fig.3 Solution flow chart of model proposed

圖3中，t為種群迭代次數(shù)，tmax為最大迭代次數(shù)，N為種群規(guī)模。編碼采用實數(shù)和整數(shù)混合編碼方式，即發(fā)電機有功功率基點和參與因子、發(fā)電機上調(diào)、下調(diào)備用容量、棄風量、切負荷量以及發(fā)電機勵磁空載設(shè)定電壓采用實數(shù)編碼，變壓器非標準電壓比、并聯(lián)無功補償容量則為整數(shù)編碼。非支配排序的原則為根據(jù)內(nèi)層優(yōu)化問題可行的概率是否大于設(shè)的置信水平對種群個體進行分層，上層(滿足設(shè)置信水平的情況)按照目標函數(shù)優(yōu)先級高于內(nèi)層優(yōu)化問題可行水平優(yōu)先級排序，下層(不滿足給定置信水平的情況)則按照內(nèi)層優(yōu)化問題可行水平優(yōu)先級高于目標函數(shù)優(yōu)先級排序。

4 算例分析

為表明所提模型的有效性，對比以下4種調(diào)度方案：①傳統(tǒng)的分離形式的調(diào)度(Traditional Disjunctive Dispatch，TDD)，即計及網(wǎng)損的經(jīng)濟調(diào)度與其電壓支撐分開決策的情況；②考慮備用需求的優(yōu)化潮流(Reserve Aware Optimal Power Flow，RAOPF)[22]，即基于被動量期望值的優(yōu)化潮流決策，被動量的波動由二次備用應(yīng)對；③區(qū)間調(diào)度(Interval Dispatch，ID)，即本文模型不考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的情況；④本文計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度(Voltage regulation effect Aware Synergistic Dispatch，VASD)。

4.1 含風電的IEEE9節(jié)點系統(tǒng)算例

以圖4所示的修改的IEEE9節(jié)點系統(tǒng)為例，分別以無風電接入(Case1)和有風電接入(Case2)兩種情況予以分析。電網(wǎng)支路參數(shù)、發(fā)電機組參數(shù)以及節(jié)點注入不確定性數(shù)據(jù)等見附表1～附表3。

圖4 修改的IEEE9節(jié)點系統(tǒng)接線圖Fig.4 Diagram of the modified IEEE 9-bus system

4.1.1 無風電接入的情況

無風電接入的情況(Case1)下4種方案調(diào)度結(jié)果如表1所示。

表1 Case 1調(diào)度結(jié)果

由表1可知，TDD和RAOPF決策結(jié)果相比，后者成本較低，主要是后者在有功決策中考慮了電壓對網(wǎng)損的影響，常規(guī)機組基點發(fā)生些許調(diào)整，此外，由于兩者均無考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)和備用響應(yīng)過程，系統(tǒng)的不確定性粗略地以備用范圍應(yīng)對，決策出的空載設(shè)定電壓偏高，其原因為系統(tǒng)的有功網(wǎng)損總是隨著全網(wǎng)電壓水平的升高而減少[36]；相對于TDD和RAOPF，ID的成本有所增加，是因為其有效計及了備用響應(yīng)過程，備用容量范圍增加，與此同時，為保證備用響應(yīng)過程全程可行，空載設(shè)定電壓相比前兩者稍有降低；通過對比可知，VASD成本最低，其備用配置少，主要是由于在區(qū)間變動范圍內(nèi)計及了源設(shè)備的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，有功決策中調(diào)動了系統(tǒng)自動的電壓調(diào)節(jié)的協(xié)同能力，能有效減少備用需求。

4.1.2 有風電接入的情況

考慮系統(tǒng)中含有風電場的情況(Case2)，調(diào)度結(jié)果如表2所示。

表2 Case 2調(diào)度結(jié)果

由表2可知，4種方案決策結(jié)果均為系統(tǒng)留有的二次動作備用容量達到了時間區(qū)間允許的最大值，即正負26 MW備用容量配置仍無法滿足負荷與風電預期的最大波動，超出備用容量部分就必須切負荷或棄風電；TDD和RAOPF決策結(jié)果相比，后者成本較低，主要是后者在有功決策中考慮了電壓對網(wǎng)損的影響，常規(guī)機組基點發(fā)生些許調(diào)整，此外，由于兩者均無考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)和備用響應(yīng)過程，系統(tǒng)的不確定性粗略地以備用范圍(包括棄風或切負荷情況)應(yīng)對，決策出的空載設(shè)定電壓偏高；相對于TDD和RAOPF，ID的成本有所降低，是因為其有效計及了備用響應(yīng)過程，而系統(tǒng)中網(wǎng)損的變化與風電出力變化近似為正相關(guān)，因此決策的備用容量范圍有所減小，與此同時，為保證備用響應(yīng)過程全程可行，空載設(shè)定電壓相比前兩者稍有降低；通過對比可知，由于本文中棄風或切負荷邊際成本一致，TDD或RAOPF的決策結(jié)果并無明確的棄風或切負荷對象，而計及備用響應(yīng)過程的決策結(jié)果是明確的，由于ID沒有考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，故其決策的結(jié)果為切除對網(wǎng)損影響最大的節(jié)點9上的部分負荷，而VASD考慮了電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，其選擇切除隨被動量變化電壓波動最小(對應(yīng)單位負荷的協(xié)同能力最小)的節(jié)點5上的負荷；與ID相比，VASD將電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)引入有功決策，能夠調(diào)動系統(tǒng)自動的電壓調(diào)節(jié)的協(xié)同能力，相當于在調(diào)度中間接地考慮了控制，從而擴大了調(diào)度解的空間，有效緩解了在調(diào)度中切負荷或棄風電的情況。

4.2 含風電的IEEE39節(jié)點系統(tǒng)算例

進一步采用含風電的IEEE39節(jié)點系統(tǒng)算例(Case3)，發(fā)電機組參數(shù)和風電場數(shù)據(jù)見附表4和附表5，IEEE39系統(tǒng)由39個母線、10臺發(fā)電機、19個負荷及46條輸電支路組成，具體數(shù)據(jù)參見文獻[37]。調(diào)度結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表3 Case 3調(diào)度結(jié)果

由表3可知，4種方案決策結(jié)果均為系統(tǒng)的二次備用能力全部得到利用，但仍無法滿足負荷與風電預期的最大波動，超出二次動作備用容量就必須切負荷或棄風電；本文計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度方案(VASD)能夠調(diào)動系統(tǒng)自動的電壓調(diào)節(jié)，具有發(fā)電成本低，有效減少調(diào)度中切負荷或棄風電的優(yōu)點?？紤]備用需求的最優(yōu)潮流(RAOPF)和計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度(VASD)方案中各機組調(diào)度結(jié)果對比詳見表4。

由表4可知，RAOPF和VASD決策結(jié)果相比，后者考慮了備用響應(yīng)過程并計及了電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，機組勵磁控制空載設(shè)定電壓相比稍有降低，常規(guī)機組基點有所調(diào)整，源功率也相應(yīng)地改變，由此電壓水平?jīng)Q定了源平衡方式。

表4 Case 3 各機組調(diào)度結(jié)果對比

5 結(jié)論

為應(yīng)對新形勢下電力系統(tǒng)中日趨增加的不確定性因素，提出了計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度模型，充分計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，并有效考慮備用響應(yīng)，統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，以挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力，隨之給出了求解方法并進行了算例驗證分析。結(jié)論如下：

1)源功率受電功率牽制，且具有自動的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，電壓水平?jīng)Q定源平衡的方式，若要調(diào)度電能，調(diào)度量就是電壓，這樣調(diào)度更符合實際，以在更大范圍內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)面臨的不確定性。

2)將電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)引入調(diào)度模型，以在決策層面上調(diào)動自動的電壓調(diào)節(jié)的協(xié)同能力，有效地增強源平衡能力，緩解了在調(diào)度中切負荷或放棄可再生能源發(fā)電的情況。

3)計及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度能更好地實現(xiàn)調(diào)度與控制的友好銜接，從而明確備用目標，使得備用配置有的放矢。

本研究是電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度理論研究的重要組成部分。下一步會將電壓協(xié)同效應(yīng)融入到考慮時間耦合約束的動態(tài)優(yōu)化決策問題中，以在時變過程中揭示協(xié)同調(diào)度的價值，如分析電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)對緩解機組爬坡約束的影響機制等，以期促進新形勢下電力系統(tǒng)調(diào)度理論的發(fā)展。

附 錄

附表2 修改的IEEE 9節(jié)點系統(tǒng)發(fā)電機組參數(shù)

附表3 修改的IEEE 9節(jié)點系統(tǒng)節(jié)點注入不確定數(shù)據(jù)

附表4 修改的IEEE 39節(jié)點系統(tǒng)發(fā)電機組參數(shù)

附表5 修改的IEEE 39節(jié)點系統(tǒng)風電場數(shù)據(jù)

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Power System Synergistic Dispatch Considering Voltage Regulation Effect

SunDongleiHanXueshan

(Key Laboratory of Power System Intelligent Dispatch and Control of Ministry of Education Shandong University Jinan 250061 China)

The power system is characterized by associating mechanical energy (including potential energy，kinetic energy，light energy，and thermal energy，etc.) and electromagnetic energy，and its function is to realize the balance between mechanical power and electrical power.The power system dispatch involves the economic dispatch to achieve the balance of mechanical power and the voltage support problem that takes electrical power as the kernel and links the mechanical power balance.These two parts are interrelated and inseparable.Taking the accommodation of injection uncertainties as the background and the realization of source power (i.e.mechanical power of the supply and the demand side) balance as the clue，a novel dispatch model is proposed，in which the voltage regulation effect and the unit reserve response mechanism are well considered.Additionally，the source power balance and its voltage support are effectively integrated to exploit the potential synergistic capability of the power system to accommodate the injection uncertainties.Then a parallel solution methodology formed by the combination of the fast and elitist non-dominated sorting generic algorithm (NSGA-Ⅱ) and the Monte Carlo simulation with nonlinear programming is proposed for the model.Finally，validity and effectiveness analyses are conducted for several cases.Presented analyses demonstrate that the proposed model can take the advantage of the voltage regulation effect to keep the balance of source power under uncertainty.

Power system，economic dispatch，voltage support，voltage regulation effect，synergistic dispatch，interval uncertainty

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展(973)計劃(2013CB228205)和國家自然科學基金(51177091，51477091)資助項目。

2015-02-16 改稿日期2015-05-19

TM71

孫東磊 男，1988年生，博士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)源網(wǎng)協(xié)同理論與工程應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。(通信作者)

韓學山 男，1959年生，博士，教授，博士生導師，研究方向為電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、EMS及電力市場。