王雨卓　慈向陽(yáng)

摘要：電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度屬于優(yōu)化問(wèn)題，具有高維性、多約束性、非凸性的特征，難度較高，尤其是在實(shí)行風(fēng)電并網(wǎng)以后，優(yōu)化過(guò)程中又受到不穩(wěn)定風(fēng)力磁場(chǎng)的影響，因此難度進(jìn)一步加大。文章分析了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生的影響，并提出了改進(jìn)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng)；電力系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度；風(fēng)力磁場(chǎng)；電能需求 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM73 文章編號(hào)：1009-2374（2016）07-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.001

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娔艿男枨笤絹?lái)越大，而電能開(kāi)發(fā)和供應(yīng)所帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題也越來(lái)越突出。在這種大背景下，風(fēng)力發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生，并受到全社會(huì)的普遍關(guān)注。一方面，風(fēng)能屬于可再生能源，能夠有效緩解當(dāng)前社會(huì)中的能源危機(jī)；另一方面，風(fēng)能屬于清潔能源，使用過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。而穩(wěn)定性是風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題，如何滿足動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度要求是所有電力部門需要長(zhǎng)期研究的課題。

1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生的影響

風(fēng)能雖然是可再生的清潔能源，但是其具有間歇性的特征，隨機(jī)性較強(qiáng)，因此輸出功率會(huì)產(chǎn)生一定波動(dòng)，如果在電力系統(tǒng)中大規(guī)模接入風(fēng)力電場(chǎng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就得不到保證，其對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

首先是影響旋轉(zhuǎn)備用容量。由于氣流大小以及方向等受到多種因素的影響，因此無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。盡管人們應(yīng)用動(dòng)力學(xué)以及物理學(xué)等多門學(xué)科的原理來(lái)預(yù)測(cè)風(fēng)速，希望盡量提升預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，但是依舊無(wú)法避免25%～40%的誤差。為了減少這種誤差對(duì)實(shí)際應(yīng)用的影響，需要在系統(tǒng)中設(shè)置更多旋轉(zhuǎn)備用容量。

其次會(huì)對(duì)發(fā)電總成本產(chǎn)生影響。由于風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，與其他能源相比是取之不盡、用之不竭的，而且采用風(fēng)力發(fā)電不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不需要額外花費(fèi)人力以及財(cái)力去治理環(huán)境污染。總的來(lái)說(shuō)就是風(fēng)電并網(wǎng)以后，電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本明顯降低，從這一角度來(lái)說(shuō)其所產(chǎn)生的影響是積極的。

再次是對(duì)安全性的影響。前面分析到，氣流是瞬息萬(wàn)變、不受人為控制的，這會(huì)導(dǎo)致輸出功率產(chǎn)生巨大波動(dòng)，而同一地區(qū)氣流變化又會(huì)呈現(xiàn)出相同趨勢(shì)，因此風(fēng)力電場(chǎng)被大規(guī)模接入以后，這種波動(dòng)就會(huì)被明顯擴(kuò)大，系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性就得不到保障，這是動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中必須思考的問(wèn)題。

最后是對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰的影響。風(fēng)電并網(wǎng)之前，日負(fù)荷特性曲線呈現(xiàn)出峰谷交替的特點(diǎn)，但是并網(wǎng)之后曲線的變化就會(huì)受到風(fēng)速的明顯影響，風(fēng)大時(shí)負(fù)荷相對(duì)較小，風(fēng)小時(shí)負(fù)荷相對(duì)較大，產(chǎn)生一種反調(diào)峰現(xiàn)象。

2 風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的改進(jìn)策略

2.1 基本改進(jìn)思想

風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題總的來(lái)說(shuō)就是在滿足各類約束條件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)組最優(yōu)組合，可以將其歸結(jié)為以下三個(gè)小問(wèn)題：

2.1.1 對(duì)約束條件進(jìn)行處理時(shí)，以往都會(huì)選擇粒子群算法，這種算法具有隨機(jī)性的特征，在處理一些約束條件時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生非可行解。引入懲罰項(xiàng)時(shí)，如果懲罰因子偏大，目標(biāo)函數(shù)有可能陷入局部最優(yōu)；如果懲罰因子偏小，有可能無(wú)法得到滿意的最優(yōu)解。為了解決這一問(wèn)題，本研究中提出循環(huán)處理策略，采用循環(huán)模式來(lái)處理約束條件，解決懲罰因子設(shè)置不合理問(wèn)題，得到最

優(yōu)解。

2.1.2 在處理機(jī)組組合狀態(tài)時(shí)，以往都是選擇隨機(jī)性搜索的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是全局性較好，但是由于機(jī)組組合狀態(tài)的數(shù)量非常大，因此采用這種方法具有一定的盲目性。為了解決這一問(wèn)題，本研究中提出了最優(yōu)啟停策略，降低由于隨機(jī)啟停所帶來(lái)的盲目性。

2.1.3 在應(yīng)用以上兩個(gè)策略時(shí)，最終得到的可行解可能在一些時(shí)段存在冗余，對(duì)于這些冗余機(jī)組進(jìn)行關(guān)停處理并不會(huì)導(dǎo)致粒子異常現(xiàn)象，反而會(huì)使機(jī)組狀態(tài)得到進(jìn)一步優(yōu)化，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本研究中采取了機(jī)會(huì)停機(jī)策略。

2.2 循環(huán)處理策略的流程及應(yīng)用

2.2.1 對(duì)機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，在獲取t-1時(shí)刻的機(jī)組狀態(tài)以后，要分析電力系統(tǒng)中的約束條件，并將此作為依據(jù)判斷出t時(shí)刻的機(jī)組狀態(tài)。

2.2.2 對(duì)機(jī)組的出力狀況進(jìn)行分配，分配原則為等耗量微增率。經(jīng)過(guò)處理以后，如果功率已經(jīng)達(dá)到平衡，說(shuō)明其已經(jīng)滿足輸出條件。如果功率沒(méi)有達(dá)到平衡，則需要采用優(yōu)先啟停策略，對(duì)啟停順序進(jìn)行合理設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組狀態(tài)的調(diào)整。如果電力系統(tǒng)的負(fù)荷比出力要大，則需要開(kāi)啟某些機(jī)組，反之則需要關(guān)停某些機(jī)組。這里將調(diào)整次數(shù)設(shè)置為M，M的大小可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)定。經(jīng)過(guò)M次調(diào)整以后，如果功率仍舊沒(méi)有達(dá)到平衡，就不再對(duì)這一時(shí)段功率進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 需要對(duì)旋轉(zhuǎn)備用進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)以后發(fā)現(xiàn)備用充足，則進(jìn)入下一時(shí)段的處理；如果備用不充足，則重新回到第一步。最后一步是需要建立一個(gè)排錯(cuò)系統(tǒng)，對(duì)粒子狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)并記錄，如果發(fā)現(xiàn)異常粒子，馬上對(duì)其異常軌跡做輸出處理，方便程序的調(diào)試排錯(cuò)，粒子合格率會(huì)明顯提升。

2.3 優(yōu)先啟停策略的流程及應(yīng)用

在判斷機(jī)組狀態(tài)的過(guò)程中，需要根據(jù)判斷過(guò)程及結(jié)果制定優(yōu)先啟停順序，順序的制定有兩種方法：一種是針對(duì)某一時(shí)段進(jìn)行，就是設(shè)置一段相對(duì)獨(dú)立的順序；另一種是對(duì)所有時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)定。在循環(huán)處理過(guò)程中，在發(fā)現(xiàn)異常粒子以后，開(kāi)始采用優(yōu)先啟停策略，這在上一個(gè)階段已經(jīng)分析過(guò)。實(shí)際上這種策略的核心就是將啟停的權(quán)利賦予各個(gè)機(jī)組，提升高效率機(jī)組的運(yùn)行率，降低低效率機(jī)組的運(yùn)行率。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)，很多研究者習(xí)慣將最小比耗量當(dāng)作機(jī)組優(yōu)先投入順序，但實(shí)際上這種選擇并不適合所有情況，如果實(shí)際功率與額定值有較大差距，采用這種排序方式的弊端就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，經(jīng)濟(jì)性不高。為了解決這一問(wèn)題，本研究將μmin與Pmax的比值作為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其中前者代表最小比消耗量，后者代表最大出力，遵循從小到大的原則，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先

排序。

2.4 機(jī)會(huì)停機(jī)策略的流程及應(yīng)用

該策略的具體流程如下：制定某時(shí)間段內(nèi)的啟停順序，順序明確以后再確認(rèn)該時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行機(jī)組，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。如果這些機(jī)組不滿足停機(jī)約束條件，則不對(duì)其進(jìn)行停機(jī)處理；反之，如果滿足停機(jī)約束條件，則對(duì)其進(jìn)行停機(jī)約束處理，需要對(duì)各機(jī)組的出力情況進(jìn)行調(diào)整。如果粒子軌跡正常，就可以進(jìn)行停機(jī)操作了。如果得到更優(yōu)的處理結(jié)果則接受，如果處理結(jié)果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)更優(yōu)則放棄。該策略在應(yīng)用過(guò)程中有以下注意事項(xiàng)：（1）要對(duì)機(jī)組數(shù)量進(jìn)行限制。使用該策略以后，機(jī)組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)先停機(jī)順序。電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，程序會(huì)將該順序作為依據(jù)對(duì)所有機(jī)組是否需要停機(jī)做出判斷，能停的盡量停。無(wú)論是在哪個(gè)時(shí)段，只要能夠保證粒子軌跡正常，都要盡量減小機(jī)組的運(yùn)行率。（2）要對(duì)機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行合理設(shè)置。如果機(jī)組自身容量比較大，啟停過(guò)程需要花費(fèi)的時(shí)間也較長(zhǎng)，則可以將其設(shè)置為基荷，應(yīng)該盡量避免對(duì)其進(jìn)行啟停操作，因此在設(shè)置時(shí)應(yīng)該賦予其較小的機(jī)會(huì)。反之，如果機(jī)組容量較小，啟停過(guò)程不需要花費(fèi)太長(zhǎng)時(shí)間，則可以將其應(yīng)用于調(diào)峰中，設(shè)置時(shí)應(yīng)賦予其較大的機(jī)會(huì)。（3）要對(duì)停機(jī)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。如果達(dá)到了優(yōu)化的目的，就接受這一結(jié)果；如果沒(méi)有達(dá)到這一目的，就要放棄這一結(jié)果。

2.5 粒子群算法的改進(jìn)

應(yīng)用以上策略以后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子群算法的改進(jìn)，具體步驟如下：（1）要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)種群的初始化；（2）應(yīng)用前兩個(gè)策略對(duì)粒子進(jìn)行處理；（3）對(duì)粒子進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，異常則直接進(jìn)入后面的第八步，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常則進(jìn)入第四步；（4）采用最后一項(xiàng)策略生成新粒子；（5）繼續(xù)利用排錯(cuò)系統(tǒng)對(duì)新粒子進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)異常，則直接進(jìn)入第七步，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，則進(jìn)入下一步；（6）對(duì)經(jīng)過(guò)處理后粒子的適應(yīng)度值進(jìn)行計(jì)算，如果達(dá)到更優(yōu)目的則接受，如果沒(méi)有達(dá)到則放棄；（7）對(duì)最優(yōu)值進(jìn)行更新；（8）判斷經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的粒子是否滿足終止條件，如果滿足則結(jié)束優(yōu)化過(guò)程，如果沒(méi)有滿足則需要對(duì)粒子進(jìn)行更新，并回到第二步。

3 結(jié)語(yǔ)

在能源與環(huán)境的雙重危機(jī)下，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)電力事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必然選擇。風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題產(chǎn)生重要影響，對(duì)此，本文提出了三種改進(jìn)策略，并將其應(yīng)用在粒子算法中，旨在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁鐵江，晁勤.大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)清潔經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度的建模[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，12（14）.

[2] 周瑋，孫輝.計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)備用約束的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，11（15）.

[3] 楊媛媛，楊京燕.計(jì)及過(guò)負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].陜西電力，2012，10（12）.

[4] 陳功貴，陳金富.含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)調(diào)度建模與算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，14（16）.

[5] 劉德偉，郭劍波.基于風(fēng)電功率概率預(yù)測(cè)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)約束的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，11（13）.

[6] 付一木，劉明波.求解多目標(biāo)隨機(jī)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的場(chǎng)景解耦方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，10（13）.

[7] 陳海焱，陳金富.含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的模糊建模及優(yōu)化算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，13（17）.

作者簡(jiǎn)介：王雨卓（1988-），女，黑龍江哈爾濱人，上海電力學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院在讀碩士，研究方向：風(fēng)力發(fā)電及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）