夏依莎，劉俊勇，劉繼春，李蕓漫，韓曉言，丁理杰，高紅均

（1. 四川大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065；2. 國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著我國售電側(cè)改革的穩(wěn)步推進，電力市場中將涌入大量社會主體展開激烈競爭，逐漸形成主體多元、競爭有序的電力交易格局［1］。在偏遠地區(qū)有很多含豐富水光電源的獨立鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體，其在滿足自身負(fù)荷需求的同時，也試圖充分協(xié)調(diào)利用內(nèi)部資源以實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益［2］。由于各個用電體都是獨立運行的，其用電模式和行為存在差異性，對這類鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體進行互補式經(jīng)濟優(yōu)化，能夠合理利用其內(nèi)部資源來實現(xiàn)資源共享，提升整體經(jīng)濟效益。此外，用電體內(nèi)分布式光伏發(fā)電出力隨機性和間歇性的特點給電網(wǎng)的平穩(wěn)經(jīng)濟運行帶來了新的挑戰(zhàn)［3］，通常通過配置水電機組和抽水蓄能機組來補償光伏發(fā)電出力，平滑該出力波動。

目前已有大量文獻對多能互補系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法開展了研究［4-5］。文獻［4］建立風(fēng)光水互補發(fā)電系統(tǒng)，提高了總出力的可調(diào)能力和對風(fēng)光的消納能力。文獻［5］建立以最大化系統(tǒng)收益以及平滑風(fēng)電和光伏發(fā)電出力波動性為目標(biāo)的調(diào)度模型，并利用機會成本方法對可調(diào)元素的替代效益進行分析。雖然關(guān)于清潔能源高比例滲透的多能互補系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究已較為成熟，但這些研究主要針對風(fēng)光水互補，實際上梯級水電與光伏互補系統(tǒng)在緩解光伏波動的同時會影響梯級水電基于水資源利用而制定的發(fā)電計劃，造成水資源無法得到充分利用，因此應(yīng)該考慮在發(fā)電側(cè)利用靈活性更強的抽水蓄能機組來平抑光伏波動［6］，如四川小金縣等地區(qū)采用比常規(guī)恒速恒頻抽水蓄能機組調(diào)節(jié)能力更強、發(fā)電／抽水效率更高的變速恒頻抽水蓄能機組。然而，目前針對水光蓄三者互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究還較少。

此外，眾多學(xué)者在運營商對單個用電體的優(yōu)化管控和可控元素的協(xié)調(diào)調(diào)用方面開展了大量研究［7-8］。文獻［7］提出基于指數(shù)變化的需求響應(yīng)機制，以改善源荷兩側(cè)的匹配度以及提升系統(tǒng)風(fēng)光消納量。文獻［8］通過改變可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的時間使光伏發(fā)電出力與負(fù)荷曲線更貼合，從而提高對光伏發(fā)電的消納。然而上述文獻都只針對單個用電體，沒有考慮對不同用電體的管控協(xié)調(diào)和資源共享。將單個用電體能源管控擴展到多用電體聯(lián)盟形成的聯(lián)合體中，擴大資源共享優(yōu)化范圍，能夠進一步提高各用電體以及整個系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。文獻［9］驗證在社會資本大量涌現(xiàn)的背景下，多獨立個體的聯(lián)盟有利于各個體之間的信息和能量流動。文獻［10］以最小化成本和減少電量偏差為目標(biāo)，優(yōu)化得到可中斷負(fù)荷量及電量互給時的轉(zhuǎn)移電量，并對集合總費用進行分配。上述文獻采用的共享策略均可應(yīng)用于直接與主網(wǎng)交易的用電體聯(lián)盟的優(yōu)化調(diào)度中，但不能應(yīng)用于地處偏遠地區(qū)而無法直接與主網(wǎng)交易的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體聯(lián)盟的優(yōu)化調(diào)度中。

為此，本文針對偏遠地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出基于電量共享策略的梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度方法。首先，搭建由包括分布式光伏、梯級小水電、剛性負(fù)荷和可控負(fù)荷的鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體與可調(diào)用抽水蓄能的區(qū)域電網(wǎng)組成的系統(tǒng)架構(gòu)，并對鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體之間、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體與區(qū)域電網(wǎng)之間、區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)之間的信息和能量流動關(guān)系進行分析；其次，搭建以實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體和區(qū)域運營商經(jīng)濟效益最大化為目標(biāo)的日前兩階段共享優(yōu)化調(diào)度模型，在模型中考慮梯級水電中水力、電力之間聯(lián)系產(chǎn)生的復(fù)雜約束，可控負(fù)荷可中斷時間和轉(zhuǎn)移時間約束以及區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)的購售電約束，并按參與共享的鄉(xiāng)鎮(zhèn)對應(yīng)的貢獻函數(shù)進行利益最優(yōu)分配；最后，通過不同場景下的算例分析驗證所提模型和方法的合理性和有效性。

1 基于電量共享的水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度策略

1.1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體之間的電量共享策略

經(jīng)濟對等的多方利益主體可以構(gòu)成聯(lián)合體，多個主體之間良好的交互性有利于合理分配資源，提高整體收益，進而提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。由于電能充足的用電體向配電網(wǎng)的售電電價低于存在電能缺口的用電體的購電電價，因此余電鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體與缺電鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體可以構(gòu)成聯(lián)合體，采用電量共享策略使剩余電量在聯(lián)合體內(nèi)部充分消耗后，再與上級電網(wǎng)進行交互。剩余電量是指鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體滿足其自身日用負(fù)荷、可控負(fù)荷和水電發(fā)電需求之后所剩的電量。由用電體內(nèi)部優(yōu)化共享模型可得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)需要從區(qū)域電網(wǎng)購買的電量或售給區(qū)域電網(wǎng)的剩余電量。該調(diào)度方法有利于實現(xiàn)更大范圍的可控資源優(yōu)化共享，減少從配電網(wǎng)的購電量，提升鄉(xiāng)鎮(zhèn)整體經(jīng)濟效益。每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)部的可控元素為可中斷負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和水電，不可控元素為剛性負(fù)荷和光伏發(fā)電。參與電量共享的鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Internal architecture of township consortium

1.2 水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度方法

鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部資源經(jīng)區(qū)域運營商的統(tǒng)一管控被充分消耗后再與區(qū)域電網(wǎng)進行交互。若鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體存在電量缺口，則區(qū)域電網(wǎng)向其售電，所售電量一部分來自抽水蓄能機組出力，另一部分從主網(wǎng)購買。若鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)光伏發(fā)電有富余，則區(qū)域電網(wǎng)從鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體購買剩余電量，并調(diào)用抽水蓄能機組與之進行互補，使輸出的功率曲線更平滑，在保證自身負(fù)荷需求以及滿足購售電波動約束的前提下將電量售給主網(wǎng)，實現(xiàn)自身效益最大化。梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化共享模型如圖2所示。

圖2 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化共享模型Fig.2 Optimal sharing model for hybrid generation system

2 梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化共享模型

2.1 基于電量共享的鄉(xiāng)鎮(zhèn)日前優(yōu)化調(diào)度模型2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)可以與鄰近鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行電量共享，然后鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體在電量出現(xiàn)缺額或盈余時與區(qū)域電網(wǎng)進行交易，實現(xiàn)整體效益最大的目標(biāo)。目標(biāo)函數(shù)中除了外部售電收益還考慮外部購電費用、需求響應(yīng)成本、梯級水電購電成本和過網(wǎng)費成本，如式（1）所示。

2.1.2 約束條件

鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體日前調(diào)度模型的約束條件包括系統(tǒng)的運行約束，光伏發(fā)電、梯級水電等各類型電源機組的運行特性約束及各可控元素的約束等，具體如下：

部分研究［3，11-12］采用二次函數(shù)模型如式（9）所示，通過流量計算梯級水電出力，梯級水電的水位約束、出力約束、流量約束以及上、下游水庫水力聯(lián)系約束如附錄A 式（A1）—（A7）所示；式（10）為分布式光伏發(fā)電的出力模型，本文采用場景生成法解決分布式電源的不確定性問題［13］；式（11）為電量平衡約束；式（12）為光伏最大出力約束；式（13）和式（14）分別為可中斷負(fù)荷上、下限約束和各時段狀態(tài)連續(xù)性約束；式（15）為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷一個時段的上、下限約束；式（16）為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移時間約束；式（17）為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷守恒約束；式（18）為電量共享的上、下限約束；式（19）表示2 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體之間在同一時段只能單向傳輸電量；式（20）表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體和區(qū)域電網(wǎng)在同一時段只能單向輸送電量；式（21）表示區(qū)域電網(wǎng)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體間輸電線路容量約束。

2.2 考慮水光互補的區(qū)域電網(wǎng)日前優(yōu)化模型

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文區(qū)域電網(wǎng)收益來源是向鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體和主網(wǎng)售電，成本包括與鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體、主網(wǎng)的交易成本和抽水蓄能抽水儲電總成本。本階段目標(biāo)為區(qū)域電網(wǎng)在滿足自身負(fù)荷需求和購、售電波動約束的前提下實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大。

2.2.2 約束條件

約束條件如下：

式（29）為區(qū)域電網(wǎng)的電量平衡約束。式（30）為購、售電波動率約束。根據(jù)互補性指標(biāo)可以判斷區(qū)域電網(wǎng)水光蓄互補出力變化率是否滿足向主網(wǎng)售電的要求［14］。式（32）為水光蓄互補約束，表示區(qū)域電網(wǎng)向主網(wǎng)售電時源側(cè)總出力曲線變化率不得超過限值。抽水蓄能機組的運行特性約束如附錄A 式（A8）—（A12）所示。

3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體收益分配模型

多參與者合作模型效益分?jǐn)倖栴}的求解方法有多種［15］，如最大最小費用MCRS（Minimum Cost Re?maining Saving）法等。每個參與鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體都希望自身分配的利益高，分?jǐn)偟某杀镜?，因此需保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體能夠按照自身貢獻公平公正地分配收益和分?jǐn)偝杀?。鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體按集體統(tǒng)一決策決定其與其他用電體之間以及與區(qū)域電網(wǎng)之間的交換電量，這屬于合作博弈問題，當(dāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體數(shù)量較多時，計算的場景數(shù)量和難度呈指數(shù)增加，因此采用MCRS法進行鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體總效益在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體間的分配。MCRS 法按照參與聯(lián)盟者愿意接受的最大收益和最小收益的差值的比例來分?jǐn)傎M用［13］。將全體鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體的集合記為大聯(lián)盟N=｛1，2，…，n｝，其中n為鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體總數(shù)。虛擬集合的費用為v(N)，v(i)和v(N{i})分別為鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體i單獨運行時的費用和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體i沒有加入集合N時的總費用。將鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體i的單獨優(yōu)化效益和邊際收益分別作為其最低分配效益xi，min和最高分配效益xi，max，如式（33）和式（34）所示。

采用MCRS 法得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體i的分配效益xi為：

4 求解算法

對本文模型求解的具體步驟如下。

1）采用場景分析法由原始光伏發(fā)電生成典型場景集。

式中：ε(t-1)為單位沖擊函數(shù)。令ω表示可中斷負(fù)荷持續(xù)中斷或不中斷時間，θ(ω，t)、η(ω，t)、θj，0、ηj，0如式（37）所示。

由此將偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)和區(qū)域電網(wǎng)的日前優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，本文根據(jù)上述模型進行編程并利用MATLAB 2015a 中CPLEX 商業(yè)軟件包進行仿真求解，以驗證模型的有效性。

5 算例分析

5.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文算例以四川某縣水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為驗證模型的合理性和有效性，將該地區(qū)劃分為3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別的區(qū)域，以夏季某日用電情況為例，以Δt=1 h 為1 個時段，對全天共T=24 個時段進行優(yōu)化調(diào)度。首先各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體對內(nèi)部資源進行聚合共享，再由區(qū)域電網(wǎng)根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果制定下一步?jīng)Q策方案。參與聯(lián)盟的用戶均同意進行與鄰域的電量共享。算例中各參數(shù)如下。

1）鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體和區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷參數(shù)。

本文算例中的日負(fù)荷數(shù)據(jù)取自該縣的實際數(shù)據(jù)，該縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體的日負(fù)荷曲線和可控負(fù)荷參數(shù)分別如附錄A 圖A1 和表A1 所示。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷參考文獻［17］。

2）光伏參數(shù)。

本文首先通過分析歷史數(shù)據(jù)得到各場景下的光伏發(fā)電出力和概率，再通過式（10）得到光伏發(fā)電出力預(yù)測值，結(jié)果如附錄A 圖A2所示。鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體某日光伏電站出力與負(fù)荷如附錄A圖A3所示。

3）抽水蓄能和梯級水電參數(shù)。

區(qū)域電網(wǎng)中的變速恒頻抽水蓄能機組蓄放電成本為0.008元／（kW·h），蓄電量上限為30 MW·h，初始容量為10 MW·h，其他參數(shù)如附錄A 表A1 所示。梯級水電的售電價格以及在不同來水期的具體參數(shù)見文獻［3］。

4）電價參數(shù)。

將全天24 h 的用電情況劃分成高峰時段、平時段和低谷時段，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體1和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2采用工業(yè)電價，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體3 采用商業(yè)電價［14］。區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)執(zhí)行的分時電價體系以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中可中斷負(fù)荷的中斷成本和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的成本見文獻［10］。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體與區(qū)域電網(wǎng)的電價見文獻［18］。過網(wǎng)費成本為區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)購、售電電價的差值。

5.2 優(yōu)化結(jié)果分析

為了驗證本文所提模型和方法的有效性，設(shè)置6個不同的對比場景如表1所示。

表1 仿真場景信息Table 1 Information of simulation scenarios

5.2.1 電量共享策略對優(yōu)化結(jié)果的影響

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體的負(fù)荷大小在不同時段存在明顯差異，因此可在該鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)實現(xiàn)剩余電量的有效共享。附錄A 圖A4為鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體1在場景1下的功率平衡圖，可看出，對各可控元素的合理調(diào)用使得鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體1 與外部區(qū)域電網(wǎng)的交易方式發(fā)生了很大變化：在00:00—03:00 和20:00—24:00 光伏發(fā)電出力不足，不能滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體1 的負(fù)荷需求，其通過調(diào)用可中斷負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和梯級小水電，以及從其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體獲得電量的方式來減少自身電量的缺額，減少從區(qū)域電網(wǎng)的購電量；在08:00和17:00—21:00 電價較高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體1 向其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體供電，可以減少鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體的購電量以及增加向區(qū)域電網(wǎng)的售電量，從而提高經(jīng)濟效益。

根據(jù)MCRS 法，效益分配結(jié)果見表2。由表可知：單獨交易時3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體費用總計1 460 萬元；經(jīng)本文模型優(yōu)化，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體在單獨交易時的效益均低于在鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中參與電量共享時的交易效益。

表2 不同虛擬集合的效益Table 2 Benefit of different virtual sets

場景1 和場景3 下鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體3 內(nèi)可控負(fù)荷的調(diào)用情況如表3 所示。由表可知，電量共享的參與使可控負(fù)荷的調(diào)用次數(shù)明顯減少，由于可控負(fù)荷的調(diào)用成本較高，當(dāng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體電量出現(xiàn)缺口時首先從其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體吸收功率，使資源在鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部被充分消耗，其次再考慮調(diào)用可控負(fù)荷。各可控元素通過協(xié)同配合共同提高了鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體的經(jīng)濟性。

表3 場景1和場景3下鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體3可控負(fù)荷的調(diào)用情況Table 3 Dispatching condition of controllable loads for Township Level Power Consumer 3 under Scenario 1 and Scenario 3

圖3 為場景1 下鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2 的電量交換情況。在07:00—08:00、10:00—14:00、15:00—17:00和20:00—21:00，由于光伏發(fā)電出力不足，鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體中與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2 相鄰的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體將剩余電量輸送到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2，滿足其內(nèi)部負(fù)荷需求。在其他光伏發(fā)電出力充足的時段，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2在運營商的管控協(xié)調(diào)下將一部分電量貢獻給存在電量缺口的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體，將另一部分電量售給區(qū)域電網(wǎng)。

圖3 場景1下鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體2的電量交換情況Fig.3 Power exchange condition of Township Level Power Consumer 2 under Scenario 1

5.2.2 不同來水期梯級水電對內(nèi)部優(yōu)化結(jié)果的影響

為充分對比不同季節(jié)的來水對水光互補系統(tǒng)運行收益的影響，對場景1 豐水期、場景4 平水期和場景5 枯水期下鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部水光互補系統(tǒng)優(yōu)化出力進行仿真分析，結(jié)果如表4所示。

表4 光伏發(fā)電利用率和效益Table 4 Photovoltaic generation utilization and benefits

由于水電出力能力受到水資源的限制，豐水期、平水期、枯水期各個時間點的水光互補電量呈逐漸下降的趨勢，豐水期的效益是最高的。在豐水期，梯級水電來水充足，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體在滿足自身負(fù)荷和可控元素所需后將剩余電量售給區(qū)域電網(wǎng)，相比于不考慮梯級水電，效益得到明顯提高；在平水期，梯級水電來水量減少，梯級水電的調(diào)節(jié)能力在一定程度上減弱，但仍能與光伏發(fā)電互補出力來提高光伏發(fā)電利用率；在枯水期，梯級水電的調(diào)節(jié)能力進一步減弱，對光伏發(fā)電利用率的提高程度有所下降，效益較豐水期降低，梯級水電的發(fā)電比例隨著梯級水電水量的減少而降低。

5.2.3 區(qū)域電網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化結(jié)果分析

鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體水光互補出力具有較大的波動性，電源質(zhì)量較差，不能滿足主網(wǎng)的購、售電波動約束。區(qū)域電網(wǎng)需調(diào)用抽水蓄能平滑水光出力波動，因此在得到鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體內(nèi)部優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，進行梯級水光蓄互補運行電力系統(tǒng)仿真計算。

水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)與主網(wǎng)交換功率的仿真結(jié)果如圖4 所示，其中交換功率為正值時表示從主網(wǎng)購電，為負(fù)值時表示向主網(wǎng)售電。在00:00—07:00、09:00—10:00 和18:00—24:00，區(qū)域電網(wǎng)從鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體購買的剩余電量遠不及負(fù)荷需求，且這些時段的市場電價不高，此時缺額電量需從主網(wǎng)購買。在其余時段，市場電價高，抽水蓄能放水發(fā)電與購買的剩余電量互補后用以滿足內(nèi)部負(fù)荷需求，在有多余電能時區(qū)域電網(wǎng)向主網(wǎng)售電，從而獲取相應(yīng)收益。

圖4 電量交互情況Fig.4 Power exchanging condition

對于水光蓄互補特性，本文分別從水光蓄互補和水光互補的角度對互補發(fā)電時的波動率進行分析，如表5 所示。水光蓄互補時波動率低于水光互補時的波動率，這說明梯級水電、光伏發(fā)電和抽水蓄能三者聯(lián)合發(fā)電功率輸出的互補性優(yōu)于水光互補功率輸出的互補性。梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電增加了區(qū)域電網(wǎng)的效益，平緩了區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)之間的購、售電波動。

表5 不同運行方式下的結(jié)果比較Table 5 Comparison of results between different operation modes

6 結(jié)論

本文針對光能豐富和輸電困難的偏遠地區(qū)，考慮清潔能源出力的季節(jié)性和波動性，提出基于電量共享的梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度策略。通過對某縣的實際算例分析得出以下結(jié)論。

1）參與電量共享的鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合體可以有效整合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體的資源，以集中優(yōu)化的方式實現(xiàn)外部電網(wǎng)與本地資源的合理交易。

2）梯級水電出力、光伏發(fā)電出力和抽水蓄能三者合成功率輸出的互補性高于水光功率輸出的互補性，梯級水光蓄聯(lián)合發(fā)電可以有效平抑光伏發(fā)電的波動性。調(diào)用抽水蓄能與水光出力互補可以削弱區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)進行電量交易時的功率波動。

3）在效益分配階段，按參與共享的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級用電體的貢獻函數(shù)進行利益最優(yōu)分配，可充分調(diào)動各成員參與聯(lián)盟進行電量共享的積極性。

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