葛佳運

（中廣核新能源控股公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

風力發(fā)電是當今時代發(fā)電的主要方式之一，符合建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的發(fā)展理念，得到了國家的大力支持。隨著風電的快速發(fā)展，在具體實施中存在諸多問題。對于大規(guī)模的風電輸出，常規(guī)電源的調節(jié)能力和電網傳統(tǒng)的調度運行方式已經不能滿足現(xiàn)實需要，面臨著一系列技術難題，如電網消納水平有限、外送通道狹窄、外送能力受阻等。因此，須積極尋找新的優(yōu)化方案來解決問題。研究發(fā)現(xiàn)，解決風電消納的有效途徑是形成源荷協(xié)調優(yōu)化運行模式，其中高載能負荷要參與電網調控。高載能負電荷具有可調節(jié)和可中斷特點，能夠消納風電，有效提高風電利用率。對于常規(guī)電源的壓力要求，運用高載能負電荷也可以適當降低要求。高載能負電荷非常穩(wěn)定，有利于風電反調峰特性的應對。它的自動化程度是目前最高的技術水平，可以在管理方面節(jié)省資源。

目前，對于風電的研究主要集中于常規(guī)電源，把高載能負荷作為重要輔助手段，優(yōu)化調度電網，同時進入運行模式。通過分析源荷協(xié)調運行對風電消納的影響機理，建立源荷協(xié)調多目標優(yōu)化模型，以風電消納電量最大和系統(tǒng)運行成本最小為目標，采用多目標差分算法進行求解，根據(jù)結果選擇最優(yōu)方案，從而減少一定量的棄風，最大化效益。

1 源荷協(xié)調運行對風電消納的影響

1.1 風電出力的特征

現(xiàn)階段，生活生產的用電量需求日益增加，風電規(guī)模也在不斷擴大。風電發(fā)電量的大數(shù)據(jù)顯示，風電出力波動范圍在近幾年得到了大范圍擴增，甚至出現(xiàn)從接近零出力到額定出力之間變化的情況。這種大范圍的風電波動造成的負面影響十分明顯，可能會導致等效負荷日檢差異和不確定性增大。另外，風電的發(fā)電量也會因為季節(jié)和時差存在差別，出現(xiàn)明顯的反調峰特性。比如，凌晨三點鐘，風電發(fā)力普遍達到最大值；下午三點，風電發(fā)力最弱。因此，對于系統(tǒng)調節(jié)來說，這種大規(guī)模風電并網的運行模式，無疑增加了對系統(tǒng)調節(jié)能力的需求。

1.2 源荷運行特性

對于常規(guī)電源，它的水電機組自帶強大的調節(jié)功能，具有運行速度快的特點，但缺點也十分明顯。整個發(fā)電過程受到外界因素影響較大，如它的儲水量在降水較少的季節(jié)只能達到裝機容量的25%～30%。同樣，也會影響常規(guī)電源的火電機組。通常，它的調整容量為裝機容量的30%～50%，但在有關調節(jié)方面的速度較慢，無法及時調節(jié)。

高載能負荷在運行中具有兩個特性，一是可調節(jié)性，二是可中斷特性。這兩個特性對于消納風電電量較為適用。具體運行中，它可以對功率調節(jié)控制在0%～100%。因為它的運行可以采用多條線的串聯(lián)方式，所以同時進行的生產方式不會造成太大容量負擔，且能達到一個較好的響應速度。

1.3 源荷協(xié)調運行對風電消納的影響

通過對常規(guī)電源和高載能負荷的運行分析可知，運行過程中，常規(guī)電源會有較差的調節(jié)能力而達不到調節(jié)需求，影響整個風電發(fā)力。特別是在風電出力出現(xiàn)較大波動時，常規(guī)電源通常滿足不了對風電出力波動和負荷的需求。此時，為了保證電力系統(tǒng)的供需平衡，進一步提高風電消納能力，減少棄風，可以通過投入或切除高載能負荷這一操作來實現(xiàn)。

采用傳統(tǒng)的調度方式，風電接入后系統(tǒng)等效負荷等于系統(tǒng)原有的有功負荷減去風電出力的負荷。這種情況下風電會超出一定的范圍，造成嚴重的負荷超載。此時，電網不能強制接受全部風電，否則將可能導致系統(tǒng)癱瘓。風電處于不正常發(fā)力狀態(tài)，還會造成一系列嚴重后果。因此，出于對電網運行的考慮，要保證一定的安全性和經濟效益，電網最好放棄棄風，大大減小風電受限電量，以免對電網造成損害[1]。

所以，源荷協(xié)調運行模式是一種電網的保護運行模式。常規(guī)電源對電力調節(jié)支持不了運行時，可通過高載能負荷來消納受限風電，減小風電電量，提高電網對風電消納的能力。

2 考慮風電消納的源荷協(xié)調多目標優(yōu)化模型

2.1 優(yōu)化目標

優(yōu)化方案最重要的是對運行成本的節(jié)約。源荷協(xié)調運行模式的機理是在風電系統(tǒng)內能夠有調節(jié)能力，從而更好地消納更多風電。但是，這種方式相比于單一的常規(guī)電源模式和源荷運行模式，會極大地增加運行成本。因此，這種運行方式大面積實施的關鍵是降低成本。風電消納電量是指在源荷調節(jié)能力下電網調度的風電有功電量。為保證有功電量的最大，要根據(jù)一定的調度時段數(shù)和風電場個數(shù)進行調節(jié)。

最基礎的運行成本是常規(guī)電源的成本，這是風電項目的必要條件。此外，還有針對源荷協(xié)調的模型進行高載能負荷的投切成本。對于這兩個成本，主要是控制好常規(guī)發(fā)電的臺數(shù)和在運行中載能負荷的運行狀態(tài)，適時停機和開機，以減少成本投入。

2.2 約束條件

源荷協(xié)調的相關約束條件有三個，分別是系統(tǒng)功率平衡約束、常規(guī)電源運行約束和高載能負荷投切約束。

系統(tǒng)功率平衡約束條件指的是一種誤差。風電的隨機性導致風電預測出現(xiàn)一定誤差，誤差會影響系統(tǒng)的正常運行。為了避免這種誤差，特別是大規(guī)模風電出力造成的波動，在具體的實施過程中可以通過增加正、負備用容量來應對。風電出力的約束條件是指在一定時間段內進行有功預測出力要小于額定的最大值。另外，針對常規(guī)電源運行約束條件，輸出功率不能隨意設定，而要在指定額度內設定。要對常規(guī)發(fā)電機在運行過程中對最小運行時間和最小停機時間有一個明確規(guī)定。對于爬坡速度，要控制上升出力限制和下降出力限制的范圍。針對源荷協(xié)調項目特有的高載能負荷投切約束條件，主要是針對投切次數(shù)和投切時間的約束。投切過程中，次數(shù)一定要控制在投切最大次數(shù)內，而投切時間則要大于最小連續(xù)投入時間和最小連續(xù)中斷時間。

2.3 源荷協(xié)調多目標優(yōu)化模型

在多目標模型的建立過程中包含多個條件，同時包含多種條件下的最優(yōu)情況。通常來說，不可能保證每一個的條件都達到最優(yōu)。針對多目標函數(shù)來說，最優(yōu)解其實是一個選擇，是在其他條件并不能進一步優(yōu)化更不可能惡化的條件下選擇最優(yōu)的一組解。

3 模型求解

3.1 多目標差分進化算法

這種模型求解能夠處理連續(xù)和離散變量共存的優(yōu)化問題，操作簡單，較為實用，且可以在全局尋找最優(yōu)方案。這種方法定義為一種隨機的并行直接全局搜索算法，目前已廣泛應用于單目標優(yōu)化問題和多目標優(yōu)化問題的求解。在源荷協(xié)調多目標優(yōu)化模型中，它對最后結果存在非整數(shù)的情況進行求整運算，可以較好地處理連續(xù)和離散變量共存的優(yōu)化問題。

3.2 最優(yōu)折衷解的選取

在電網的實際操作中，最終目的是選擇一個合適的解決方案，需要結果中的最優(yōu)折衷解，即對于風電消納有較好的效果，也是經濟效益最好的方案。這個選擇可以通過對滿意度的比較來獲得，即對每一個函數(shù)進行滿意度解析，從最滿意到完全不滿意，找出最滿意的解，即最后結果。

4 算例分析

算例分析是指驗證提出的源荷協(xié)調多目標優(yōu)化方法的可行性和有效性。根據(jù)上文分析可以看出，最優(yōu)折衷解是對系統(tǒng)的整體考慮結果，可以直觀、清晰地反映系統(tǒng)的情況。通過分析最優(yōu)折衷解，可避免決策過程中的一些主觀判斷，實現(xiàn)人員的合理安排。

最終的源荷協(xié)調多目標優(yōu)化模型可行性可以從三個方面來探究。首先，源荷運行情況。在常規(guī)電源調節(jié)能力不足時，為滿足系統(tǒng)功率平衡和負荷供電需求，部分高載能負荷從電網切除，可以保證常規(guī)電源的穩(wěn)定運行。其次，風電消納情況。傳統(tǒng)優(yōu)化調度模型電網消納的風電電量較小，無法滿足輸出需求，且受限電量也會增加，而采用此模型風電電量增加，受限電量減少，提高了風電消納水平，減少了棄風量。最后，整個系統(tǒng)的投入。源荷協(xié)調優(yōu)化模型用較少的高載能負荷調節(jié)成本換取了更少的常規(guī)電源發(fā)電成本和更高的風電消納水平[2]。

5 結 論

現(xiàn)階段，針對風力發(fā)電的諸多問題，如大規(guī)模風電消納困難、常規(guī)電源調節(jié)能力不足等問題，需要一個更優(yōu)化的方案給予解決。源荷協(xié)調能夠有效提高風電消納水平，減少棄風，是一種較好的選擇。所以，將高載能負荷作為調節(jié)手段與常規(guī)電源共同參與電網優(yōu)化調度，是將來相關風電系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。