胥佳

（國網(wǎng)陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

基于含風(fēng)電電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的優(yōu)化調(diào)度

胥佳

（國網(wǎng)陜西省電力公司渭南供電公司，陜西渭南714000）

并網(wǎng)型的風(fēng)電為大規(guī)模風(fēng)電場，通常容量都超過百兆瓦，一般由上百臺甚至上千臺風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成。風(fēng)電并網(wǎng)后，我國的電網(wǎng)環(huán)境將得到很大改善，但風(fēng)電并網(wǎng)的可靠性優(yōu)化調(diào)度卻是電力企業(yè)應(yīng)著重考慮的問題。風(fēng)電并網(wǎng)新策略為，確保每時段運(yùn)行可靠性不會低于不含風(fēng)電時此系統(tǒng)的最低可靠性指標(biāo)。

風(fēng)電電力系統(tǒng)；運(yùn)行可靠性；優(yōu)化調(diào)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(fēng)能的運(yùn)用相對較早，技術(shù)水平也相對較高，并且風(fēng)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(fēng)電并網(wǎng)容量的提升，過去那種一味地通過協(xié)調(diào)優(yōu)化常規(guī)機(jī)組以適應(yīng)風(fēng)電全額并網(wǎng)的模式已經(jīng)不再適應(yīng)，因此，優(yōu)化調(diào)度風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行就成為當(dāng)前電力行業(yè)在研究利用風(fēng)電能源時首先考慮的問題。

1　時序多狀態(tài)風(fēng)電場功率輸出模型

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

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

2　考慮風(fēng)電電力系統(tǒng)優(yōu)化的調(diào)度模型

2.1傳統(tǒng)調(diào)度模型

目標(biāo)函數(shù)的公式為：

minF=［（t）（（t））+（t）（1-（t-1））]

公式中，F(xiàn)是系統(tǒng)的總運(yùn)行成本；T是系統(tǒng)調(diào)度的時段數(shù)；I是系統(tǒng)的機(jī)組數(shù)量；（t）是機(jī)組i在t的時間段內(nèi)所做的有效功率；（t）是機(jī)組i在t時段的狀態(tài)，（t）=1表示運(yùn)行中，（t）=0表示未運(yùn)行；（（t））是機(jī)組i在t時間內(nèi)的運(yùn)行成本。

（（t））=++

此式中，、、是機(jī)組的運(yùn)行成本，是常數(shù)而非變量。

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

min（（t）-（t），）≥R（t）

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

2.2風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的影響

風(fēng)電機(jī)組和其他傳統(tǒng)機(jī)組不同，電力系統(tǒng)往往會讓風(fēng)電機(jī)組優(yōu)先并網(wǎng)。在進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度時，因風(fēng)電機(jī)組這一優(yōu)勢的影響，可能對傳統(tǒng)機(jī)組產(chǎn)生替代效應(yīng)，替換掉以前傳統(tǒng)機(jī)組的部分，這樣對整個電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行都起到了優(yōu)化效果。風(fēng)電的替代效應(yīng)可以減少系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)組的投運(yùn)風(fēng)險指數(shù)顯著攀升。

2.3運(yùn)行可行性

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

2.4風(fēng)電電力優(yōu)化新策略

雖然通過增加投運(yùn)風(fēng)險約束措施的方法可以對電力系統(tǒng)運(yùn)行過程產(chǎn)生的風(fēng)險因素進(jìn)行強(qiáng)有力的約束，但當(dāng)前如何約束投運(yùn)風(fēng)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(fēng)電能源的正常使用。一般來說，風(fēng)電一旦并網(wǎng)，應(yīng)保證任一時段系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性都不會比在沒有風(fēng)電并入的情況下系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最差時的情況還要差。

3　模型求解

3.1目標(biāo)函數(shù)變換

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

3.2機(jī)組啟停約束條件變換

機(jī)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(xiàn)具有較高此項的約束條件。而在完成了數(shù)學(xué)變換后，就可以調(diào)用Cplex中的MIP優(yōu)化器求解數(shù)學(xué)模型。

4　應(yīng)用混合整數(shù)規(guī)劃算法求解模型

此次提出的含風(fēng)電電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)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(jié)語

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

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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(xué)士，工程師。