張嘯寒

（華能新能源股份有限公司，北京 100036）

現(xiàn)階段電力系統(tǒng)正朝著規(guī)?；?、集中化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的風電、核電等發(fā)電方式也在快速發(fā)展中。電力系統(tǒng)中不同機組有不同的運行約束和成本特性，而機組組合問題主要指的是在固定調(diào)度周期內(nèi)，選擇最優(yōu)的機組組合，將運行成本降到最低。含風電與抽水蓄能電站的機組組合問題是目前電力領域的研究重點，通過合理選擇機組組合及出力大小，保證電力系統(tǒng)運行的可靠性，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 風電與抽水蓄能電站入網(wǎng)的影響

在傳統(tǒng)能源不斷枯竭的背景下，新能源發(fā)電逐漸成為研究重點內(nèi)容，其中，風能作為效益較好、成果較多的一種能源，在發(fā)電領域中占據(jù)了重要地位。在對風電引入對電力系統(tǒng)造成的影響進行研究時，可明顯觀察到其與傳統(tǒng)能源相比體現(xiàn)出一定的技術特性。風電出力與風速有關，當某一時間段內(nèi)風速波動明顯時，則風電出力的波動較明顯。以東海風場為例，其相關數(shù)據(jù)表明，風電出力的最大波動變化可達10 MW/min，此時，對系統(tǒng)AGC容量和調(diào)峰有更高的要求，影響了系統(tǒng)電力供應的穩(wěn)定性。對于機組組合問題而言，考慮到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，要求多開啟機組來增強系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。

電力儲能技術的應用能有效解決風電引入導致的容量增加問題。在相關設備的作用下，可針對風電不穩(wěn)定性進行調(diào)整，降低風電引入對電力系統(tǒng)造成的不利影響?，F(xiàn)階段，儲能系統(tǒng)中運行優(yōu)勢明顯的是抽水蓄能方式，在風電與抽水蓄能協(xié)調(diào)配合的基礎上，可實現(xiàn)較好的經(jīng)濟效益。隨著抽水蓄能系統(tǒng)的發(fā)展，它已經(jīng)逐漸成為優(yōu)化電力系統(tǒng)的措施之一，主要體現(xiàn)在改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力以及完善線路輸電性能等。

2 含風電及抽水蓄能電站的相關模型

2.1 目標函數(shù)

考慮到抽水蓄能和風電的成本主要在于建設成本，因此，在選擇目標函數(shù)通常要考慮火電機組運行成本。其中，機組啟動成本一般與停機時間有關，當停機時間較長時，熱量消耗有所增加，相應的費用有所增加。利用相關的計算公式可對運行費用進行計算，同時，由于啟動耗量常數(shù)以及冷卻時間確定難度大，可將機組關機費用假設為常數(shù)。

2.2 約束條件

在系統(tǒng)功率平衡方面，同一區(qū)域的電力系統(tǒng)不需要考慮其尾流效應時不同位置風速情況的差異，認為風電場出力基本相同。對于抽水蓄能電站而言，其發(fā)電功率與抽水功率可作為2個變量來計算。在安全約束問題上，還應考慮電力系統(tǒng)網(wǎng)損問題。在系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用方面，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應在滿足電力供應需求前提下，保留一定旋轉(zhuǎn)備用來平衡功率。旋轉(zhuǎn)備用的容量越大，則說明系統(tǒng)有較好的可靠性?？茖W的旋轉(zhuǎn)備用應同時滿足經(jīng)濟性和可靠性，為了實現(xiàn)這一目的，通常加入電力系統(tǒng)的可靠性約束，采用相應的可靠性指標判斷旋轉(zhuǎn)備用是否滿足系統(tǒng)運行需求。

綜上所述，含風電與抽水蓄能電站的系統(tǒng)機組問題的關鍵在于建立一個滿足電力系統(tǒng)約束的模型，在實際建立模型時，通常在數(shù)學模型上建立抽水蓄能和風電的UC模型。常規(guī)機組約束條件主要包括開關機時間、爬坡速度約束等，抽水蓄能電站則考慮水庫容量約束、發(fā)電及抽水的相關約束等。在充分考慮約束條件的基礎上，可促進電力系統(tǒng)的長期安全運行。

3 對隨機性機組組合的探究

在對含風電與抽水蓄能電站的電力系統(tǒng)機組組合問題進行探究時，應重點考慮風電預測的機組組合問題，將風電出力看作是發(fā)電負荷來處理。但自然風速的變化波動較大，導致風電出力很難有準確預測。由于受到預測技術限制，風電預測值與實際值間有一定差異，將對系統(tǒng)機組組合問題造成影響。此時，需要重點研究風電隨機性條件下對含風電與抽水蓄能電站機組組合問題的求解。

3.1 風電隨機性的分析

目前，通常利用正態(tài)分布圖表示誤差負荷，正態(tài)分布的準確性和廣泛適用性，使其成為最適用于風電功率預測的分布模型。根據(jù)現(xiàn)有的風電預測技術，通常誤差標準差在風電出力大小10%左右，當風電容量較大時，將對系統(tǒng)中的其他機組有更高的要求。

3.2 風電隨機性對機組組合問題的影響

在含風電與抽水蓄能機組組合問題上，通常有足夠的旋轉(zhuǎn)備用，可保證系統(tǒng)安全性。而風電隨機性具有的變化快等特點，將對機組組合的最優(yōu)解產(chǎn)生影響。主要是由于利用與間歇性相同的方法，計算結果較為合理，但考慮到風電隨機性問題，得到的機組組合無法保證系統(tǒng)運行可靠性。當風電出力在某個時間段與預測值有一定差異時，電力系統(tǒng)內(nèi)有充足的備用容量，但傳統(tǒng)機組的出力速度受到爬坡效率的限制，可能造成沒有充足的爬坡容量進行調(diào)節(jié)。此外，確定數(shù)量的備用容量能保障系統(tǒng)安全性，但無法保證風電系統(tǒng)經(jīng)濟性的最優(yōu)化，即額外備用在經(jīng)濟和安全性上不能獲得平衡狀態(tài)，使得風電隨機性較差。

為了解決機組組合問題，可以采用Benders分解法，利用蒙特卡羅抽象以及場景樹縮減技術來生成一定量的風電場景，分析風電隨機性，對不同風電出力情況下的系統(tǒng)機組組合問題進行求解。根據(jù)相關計算結果，可得出在考慮到風電隨機性情況下，電力系統(tǒng)內(nèi)的機組組合成本將小幅度增長，并會隨著風電出力預測誤差的增加而增加。為了保證系統(tǒng)運行可靠性，要求系統(tǒng)多開啟機組來保持爬坡容量。將抽水蓄能引入系統(tǒng)中后，機組組合成本將得到較好的控制，提高了組合經(jīng)濟性。在對不同預測誤差和抽水蓄能容量進行對比后，全面分析了不同情況下抽水蓄能對機組組合產(chǎn)生的影響，可發(fā)現(xiàn)抽水蓄能的加入提高了電力系統(tǒng)的安全性，對電力系統(tǒng)效能的實現(xiàn)有積極作用。

4 結論

綜上所述，電力系統(tǒng)的安全運行對社會進步和人們生活水平的提高有重要作用，為了提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，需要加強對機組組合問題研究的重視。通過建立包含風電及抽水蓄能隨機性組合的相關模型，對相關問題進行求解，進一步得到最佳的機組組合，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的完善發(fā)展。

參考文獻：

［1］余民.含風電和抽水蓄能電站的電力系統(tǒng)機組組合研究［D］.上海：上海交通大學，2013.

［2］宗瑾.含風電和抽水蓄能的電力系統(tǒng)二階段發(fā)電調(diào)度模型及算法研究［D］.北京：華北電力大學，2012.