白 晶，趙 瑞，薛建杰，王 凌，徐 瑩，蘇向陽

(1.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司調(diào)控中心，北京 100031；2.北京清能互聯(lián)科技有限公司，北京 100084)

隨著能源轉(zhuǎn)型穩(wěn)步推進(jìn)，以及碳達(dá)峰、碳中和的“雙碳”目標(biāo)提出，低碳、環(huán)保、清潔、高效的能源主體在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的占比日益提升[1]。其中，光伏、風(fēng)電以其綠色友好的特性發(fā)展尤為迅猛，截至目前，各自總裝機(jī)容量均已超過3億kW，已經(jīng)發(fā)展成為中國(guó)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在中國(guó)能源戰(zhàn)略中具有重要地位，但其天然地具有不確定性和波動(dòng)性，因此給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)，同時(shí)也影響了自身消納[2]。理論上而言，儲(chǔ)能裝置的投入是解決風(fēng)光不確定性的最佳解決方法，文獻(xiàn)[3]歸納了目前國(guó)內(nèi)外在新能源側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景、配置方法及預(yù)評(píng)估等方面的研究進(jìn)展，但在目前的實(shí)際應(yīng)用中，儲(chǔ)能設(shè)備大范圍應(yīng)用仍受成本等要素制約，經(jīng)濟(jì)性方面效果不夠顯著[4]。因此，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者著手研究基于現(xiàn)有能源形式的改善方法，主要可以分為兩類：①基于多能耦合方法，利用水、火、風(fēng)、光等不同形式能源的特性，實(shí)現(xiàn)不同能源間的互補(bǔ)協(xié)同[5-7]。文獻(xiàn)[8]提出了一種平抑風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)的風(fēng)-水-燃?xì)庀到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用風(fēng)電波動(dòng)的概率密度函數(shù)，優(yōu)化水電調(diào)節(jié)速率及燃?xì)怆娬绢~定功率，揭示了風(fēng)電與其他發(fā)電類型的有機(jī)組合以抑制爬坡速率的可行性和經(jīng)濟(jì)性。②采用模型改造方式，采用隨機(jī)優(yōu)化、魯棒優(yōu)化等模型應(yīng)對(duì)不確定性[9]。文獻(xiàn)[10]針對(duì)風(fēng)電的不確定性，提出了將隨機(jī)規(guī)劃和魯棒優(yōu)化相結(jié)合的魯棒機(jī)會(huì)約束優(yōu)化模型，并轉(zhuǎn)換為單層優(yōu)化問題進(jìn)行求解，但對(duì)于模型結(jié)果的可解釋性仍存在提升空間；文獻(xiàn)[11]采用動(dòng)態(tài)場(chǎng)景方法被刻畫新能源出力的不確定性，優(yōu)化目標(biāo)為最小化全系統(tǒng)運(yùn)行成本和主網(wǎng)下網(wǎng)功率波動(dòng)量，利用分段線性化和二階錐松弛方法，將復(fù)雜模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃問題進(jìn)行求解，不難發(fā)現(xiàn)求解轉(zhuǎn)化過程相對(duì)復(fù)雜。綜上，考慮到模型改造后，模型求解復(fù)雜度增加[12]，結(jié)果可解釋性會(huì)變差，目前市場(chǎng)接受程度不夠高，仍需要過渡適應(yīng)階段，因此本文更偏向于多能耦合的研究方向。

在多能耦合領(lǐng)域，相比其他發(fā)電類型機(jī)組，清潔高效的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組具有啟停靈活、出力范圍寬的優(yōu)勢(shì)，具有一定的廣義儲(chǔ)能屬性。若有效安排發(fā)電計(jì)劃，則一定程度上可以提升新能源發(fā)電消納率，彌補(bǔ)新能源出力的不確定性[13-14]。文獻(xiàn)[15]針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電消納能力評(píng)估未充分考慮天然氣等發(fā)電資源約束對(duì)其消納的影響的現(xiàn)象，提出了一種計(jì)及燃?xì)鈾C(jī)組用氣需求和電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)電消納評(píng)估方法，給出了風(fēng)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度、棄風(fēng)罰系數(shù)等對(duì)評(píng)估方法的影響；文獻(xiàn)[16]提出了太陽能燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的模型，分析燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組配置太陽能及儲(chǔ)熱設(shè)備前后運(yùn)行特性及調(diào)峰能力的變化情況，文章主要聚焦在燃?xì)鈱?duì)太陽能儲(chǔ)熱設(shè)備的影響，尚未建立與光伏發(fā)電的聯(lián)合模型。而根據(jù)相關(guān)既有文獻(xiàn)研究和實(shí)際運(yùn)行預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)[17]，目前風(fēng)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率一般平均在60%左右，波動(dòng)性相對(duì)更不可控；光伏發(fā)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率平均在80%左右，波動(dòng)性相對(duì)更小?？紤]到燃?xì)怆m然靈活可調(diào)，但是部分燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電功率相對(duì)較小，光-氣耦合的優(yōu)勢(shì)要優(yōu)于風(fēng)-氣耦合，因此本文主要以光伏-燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組協(xié)同耦合為切入點(diǎn)展開研究，并在機(jī)組組合模型中展開。

本文首先介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)及其功率預(yù)測(cè)特點(diǎn)，以及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組特性，揭示了兩者存在協(xié)同優(yōu)化的空間。然后提出了考慮光伏-燃?xì)鈪f(xié)同機(jī)組組合模型構(gòu)建方法，在對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組和光伏機(jī)組聚合處理的前提下，提出以社會(huì)效益最大化和光伏消納最大化的目標(biāo)函數(shù)，闡述了考慮光伏不確定性下的約束函數(shù)構(gòu)建方法，并在具體算例中加以模擬測(cè)算。

1 光伏發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電特性

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)及其功率預(yù)測(cè)

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，組件通過吸收太陽輻射，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并通過匯流箱、逆變器等級(jí)聯(lián)設(shè)備注入電網(wǎng)系統(tǒng)。組件的發(fā)電功率P主要為組件吸收的有效輻照Ge、電池溫度TC和組件效率η的函數(shù)，而η主要由組件類型等決定，當(dāng)給定組件類型時(shí)，從物理意義上組件發(fā)電功率P可表達(dá)為

P=PSTC(Ge/GSTC)[1+δ(TC-TSTC)]

(1)

式中：PSTC為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件(STC)下的功率數(shù)值；GSTC為STC對(duì)應(yīng)的輻照數(shù)值；δ為功率溫度系數(shù)。上述數(shù)值均可從銘牌參數(shù)獲取。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于運(yùn)行工況復(fù)雜，僅基于物理公式構(gòu)建預(yù)測(cè)模型存在一定的局限性，目前更多基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，即以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)提供的各環(huán)境變量及構(gòu)造變量作為特征[18]，光伏發(fā)電功率作為因變量，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型f[19]。

P=f(GGHI,GDHI,GDNI,TC,Ta,w,t,…)

(2)

式中：GGHI為總水平輻照；GDHI為散射水平輻照；GDNI為直射輻照；Ta為環(huán)境溫度；w為風(fēng)速；t為云層厚度。

預(yù)測(cè)方式分為點(diǎn)預(yù)測(cè)和區(qū)間預(yù)測(cè)[20]，其中，點(diǎn)預(yù)測(cè)提供各時(shí)刻預(yù)測(cè)的期望數(shù)值，其預(yù)測(cè)精度可用平均絕對(duì)誤差(MAPE)或其他指標(biāo)進(jìn)行衡量。

(3)

式中：Ppre為預(yù)測(cè)功率；Pa為實(shí)際功率；N為功率數(shù)值樣本數(shù)。

圖1 不同天氣類型下光伏功率預(yù)測(cè)曲線和置信區(qū)間

光伏發(fā)電廠基于預(yù)測(cè)模型和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，計(jì)算出短期功率預(yù)測(cè)曲線，并且一般需在第D日的8：00前(或調(diào)度機(jī)構(gòu)指定的其他時(shí)間)上送第D+1日預(yù)測(cè)結(jié)果。因此，預(yù)測(cè)時(shí)間相對(duì)超前，若再疊加復(fù)雜氣象條件，光伏功率預(yù)測(cè)誤差會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。針對(duì)這一不確定性，系統(tǒng)可基于仿射函數(shù)通過燃?xì)狻⑷济旱瓤烧{(diào)機(jī)組靈活應(yīng)對(duì)，具體公式為

(4)

(5)

式中，等式左邊為系統(tǒng)考慮光伏誤差因素后的可調(diào)機(jī)組的實(shí)際出力，右邊前兩項(xiàng)之為當(dāng)前光伏預(yù)測(cè)功率下對(duì)應(yīng)的機(jī)組出力之和，兩者相差量即為光伏預(yù)測(cè)誤差對(duì)應(yīng)所需的系統(tǒng)備用空間。

1.2 燃?xì)獍l(fā)電特性

本文中的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組均指燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，一般由燃?xì)廨啓C(jī)(GT)、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)(ST)組成，蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行由燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的余熱驅(qū)動(dòng)。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式靈活，既可燃?xì)廨啓C(jī)單獨(dú)運(yùn)行，也可以燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)同時(shí)運(yùn)行，如典型的一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)蒸汽輪機(jī)組合而成的一拖一運(yùn)行方式，兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)蒸汽輪機(jī)組合成的二拖一運(yùn)行方式[21]。以2GT(GT1、GT2)+1ST為例，假設(shè)GT1、GT2和ST在t時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)分別為St,1、St,2、St,3，其運(yùn)行模式可包括如下7種：

(6)

因此，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的運(yùn)行范圍寬廣的特性，有助于消納光伏不確定性。需要指出的是，上述各模式間轉(zhuǎn)換時(shí)需滿足如下條件：

-1≤∑(St,1+St,2+St,3)-

∑(St-1,1+St-1,2+St-1,3)≤1

(7)

式中，St-1,1、St-1,2、St-1,3分別為GT1、GT2和ST在t-1時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)。

若在模型中考慮模式轉(zhuǎn)換，各模式下的機(jī)組均需建模成一臺(tái)虛擬機(jī)組，在提高模型求解精度的同時(shí)，也增加了變量維數(shù)和模型復(fù)雜度。

2 市場(chǎng)機(jī)組聚合處理

結(jié)合燃?xì)鈾C(jī)組的套機(jī)實(shí)際運(yùn)行屬性，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)功率預(yù)測(cè)的實(shí)際情況，同時(shí)為減少模型變量維數(shù)，盡可能地提升模型計(jì)算效率，本文在建模過程中引入燃?xì)夂凸夥鼨C(jī)組聚合簡(jiǎn)化預(yù)處理。

針對(duì)燃?xì)馓讬C(jī)，以典型的1GT+1ST和2GT+1ST兩種組合類型的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)馓讬C(jī)為例，考慮到僅運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)的成本相對(duì)較高，因此，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)設(shè)置為同開同停模式。在1GT+1ST燃?xì)馓讬C(jī)中，開機(jī)時(shí)為一拖一運(yùn)行模式，等值為1臺(tái)A類型虛擬燃?xì)鈾C(jī)組，等值虛擬機(jī)組最小技術(shù)出力和額定功率分別為GT和ST最小技術(shù)出力之和、額定功率之和：

(8)

在2GT+1ST中，開機(jī)時(shí)為一拖一或二拖一運(yùn)行模式，被等值為1臺(tái)B類型等值虛擬燃?xì)鈾C(jī)組，相應(yīng)地，其最小技術(shù)出力為兩臺(tái)GT的最小技術(shù)出力較小值與ST的最小技術(shù)出力之和，額定功率為2臺(tái)GT和1臺(tái)ST的額定功率之和：

(9)

此外，考慮到存在燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)通過不同并網(wǎng)點(diǎn)注入電網(wǎng)的這一情形，在安全校核時(shí)，需將虛擬燃?xì)鈾C(jī)組的額定功率按照不同并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行分解。

(10)

下文中的燃?xì)鈾C(jī)組均指代上述兩種類型虛擬機(jī)組。需要指出的是，若采用考慮模式轉(zhuǎn)移的燃?xì)馓讬C(jī)建模方式，則替換當(dāng)前的聚合處理即可，不影響本文其他建模。

針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，同一廠站下，所有光伏組件陣列輸出的發(fā)電功率最終通過各集電線路從廠站送出，一般在電網(wǎng)物理模型中，每條集電線路等值成1臺(tái)光伏機(jī)組?？紤]到集電線路匯集后大部分均從同一并網(wǎng)點(diǎn)注入電力系統(tǒng)，因此可以將該類型廠站的光伏發(fā)電系統(tǒng)聚合為1臺(tái)虛擬光伏機(jī)組，下文中的光伏發(fā)電機(jī)組均指代聚合后的虛擬機(jī)組。

3 考慮光伏不確定性的光-氣協(xié)同機(jī)組組合模型

本節(jié)將基于燃?xì)鈾C(jī)組和光伏機(jī)組聚合處理的前提下，結(jié)合光伏不確定性和燃?xì)鈾C(jī)組特點(diǎn)，闡述光伏-燃?xì)鈪f(xié)同機(jī)組組合模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

當(dāng)考慮光伏不確定性時(shí)，機(jī)組組合出清模型目標(biāo)函數(shù)主要包含：①滿足社會(huì)效益最大化，參與出清的機(jī)組總購電成本最低；②市場(chǎng)新能源消納程度高，具體體現(xiàn)為棄光功率少；③保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，具體體現(xiàn)為斷面和支路不越限或越限量少；④保證光伏并網(wǎng)點(diǎn)的功率穩(wěn)定性，具體體現(xiàn)為同時(shí)含有光伏和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)點(diǎn)下所有機(jī)組出力之和波動(dòng)小。具體地，用公式對(duì)應(yīng)表達(dá)為

Fobj=min(F1+F2+F3+F4)

(11)

(12)

式中：F1為總購電成本，主要分量為市場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行成本和啟動(dòng)成本；N為總機(jī)組數(shù)目；T為總時(shí)段數(shù)目；S為總報(bào)價(jià)段數(shù)；Ci,t,s為機(jī)組i報(bào)價(jià)分段s在t時(shí)段的報(bào)價(jià)；Pi,t,s為機(jī)組i報(bào)價(jià)分段s在t時(shí)段的中標(biāo)量；γi,t為機(jī)組i在t時(shí)段的啟動(dòng)狀態(tài);Si,t為機(jī)組i在t時(shí)段的啟動(dòng)費(fèi)用。

(13)

(14)

(15)

3.2 約束條件

機(jī)組組合模型的約束條件包括系統(tǒng)約束、機(jī)組約束和安全約束，本節(jié)將介紹重要約束和部分特殊處理的約束。

3.2.1 系統(tǒng)約束

1)系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束。

(16)

式中：Pi,t為機(jī)組i在t時(shí)段的總出力；Nj為聯(lián)絡(luò)線總數(shù)；Tj,t為聯(lián)絡(luò)線j在t時(shí)刻的傳輸功率，輸入為正，輸出為負(fù)；Lt為t時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷。

2)備用約束。由于負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差、機(jī)組故障和光伏預(yù)測(cè)誤差等不確定性存在，系統(tǒng)一般會(huì)留出相應(yīng)的正負(fù)備用裕度提高系統(tǒng)魯棒性，正、負(fù)備用約束為

(17)

結(jié)合式(5)本文將正、負(fù)備用需求量拆解為非光伏因素部分和光伏因素部分：

(18)

式中：ΔPPR0、ΔPNR0分別為非光伏因素引起的正、負(fù)備用需求。

當(dāng)備用容量過大時(shí)，會(huì)壓縮機(jī)組的出力空間范圍，增加機(jī)會(huì)成本；備用容量過小時(shí)，會(huì)降低系統(tǒng)安全可靠性。因此本文將對(duì)光伏因素部分進(jìn)行精細(xì)化處理，以兼顧經(jīng)濟(jì)性和魯棒性。考慮到編制計(jì)劃時(shí)，未來時(shí)刻的光伏功率預(yù)測(cè)誤差是無法獲取的，可基于歷史光伏功率預(yù)測(cè)樣本，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出基于接入系統(tǒng)的光伏容量占比β和光伏功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度aWT的備用約束計(jì)算方法，具體為

(19)

3.2.2 機(jī)組出力約束

需要指出的是，由于本文均對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行聚合處理，因此本小節(jié)下的燃?xì)馓讬C(jī)上、下限和機(jī)組爬坡上、下限均轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)類型的等值虛擬燃?xì)鈾C(jī)組的限值。

1)出力上、下限約束：

(20)

2)爬坡約束：

(21)

3.2.3 安全約束

1)支路潮流約束。

(22)

支路潮流采用基于轉(zhuǎn)移分布因子的計(jì)算方法。

2)斷面潮流約束。

(23)

3)同一并網(wǎng)點(diǎn)下機(jī)組出力之和波動(dòng)性約束。若在同一并網(wǎng)點(diǎn)下同時(shí)掛接燃?xì)鈾C(jī)組和光伏機(jī)組，且燃?xì)鈾C(jī)組為自由優(yōu)化狀態(tài)，即具有調(diào)節(jié)自身出力以抑制總并網(wǎng)功率波動(dòng)的空間，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。本文對(duì)該類并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)約束進(jìn)行如下建模：

(24)

式中：IS為同一并網(wǎng)點(diǎn)下的總機(jī)組數(shù)目；ΔPUR、ΔPUD分別為并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)功率上、下波動(dòng)限值。

至此，本文的重點(diǎn)約束條件均已構(gòu)建完成，除此之外的一般約束，如機(jī)組最小開停機(jī)保持時(shí)間約束、機(jī)組出力與機(jī)組狀態(tài)耦合約束等，將沿襲一般建模方式，不再贅述。

4 算例驗(yàn)證

本文基于某市的典型機(jī)組數(shù)據(jù)和電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，構(gòu)建考慮光伏不確定性的光伏-燃?xì)鈪f(xié)同優(yōu)化機(jī)組組合模型算例，并對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行分析。算例模型共包含70臺(tái)機(jī)組，采用聚合處理后，轉(zhuǎn)化為48臺(tái)機(jī)組，其中，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組(等值后)25臺(tái)，燃煤機(jī)組7臺(tái)，光伏發(fā)電機(jī)組(等值后)1臺(tái)，風(fēng)電機(jī)組(等值后)1臺(tái)，生物質(zhì)能機(jī)組14臺(tái)。燃?xì)?、燃煤機(jī)組按發(fā)電成本進(jìn)行階梯報(bào)量報(bào)價(jià)，生物質(zhì)能機(jī)組報(bào)量并按固定出力處理，新能源機(jī)組提供預(yù)測(cè)值，由于風(fēng)電不在本文重點(diǎn)研究對(duì)象，本算例也作固定出力處理。系統(tǒng)負(fù)荷平衡中，輸送外來電的聯(lián)絡(luò)線功率占主要比例。電網(wǎng)安全方面，僅考慮支路安全約束，無斷面安全約束要求。本算例采取IBM CPLEX1280對(duì)模型求解，求解時(shí)段一共為96時(shí)段，光伏功率大于0的起、止時(shí)段分別為TST=26，TED=75，目標(biāo)函數(shù)中懲罰因子大小設(shè)置為M=N?L>U=V。

4.1 備用容量對(duì)出清結(jié)果的影響

從光伏功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度和光伏裝機(jī)容量占比兩個(gè)參數(shù)角度出發(fā)，聯(lián)合分析不同數(shù)值選取對(duì)模型求解結(jié)果的影響。

針對(duì)光伏功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，選取歷史同期光伏機(jī)組功率預(yù)測(cè)和實(shí)際數(shù)據(jù)，并基于日均輻照度Gave指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行場(chǎng)景分類，依次為晴天場(chǎng)景SWT1(Gave≥500 W/m2)、多云場(chǎng)景SWT2(500 W/m2>Gave≥200 W/m2)和陰雨場(chǎng)景SWT3(200 W/m2>Gave)，進(jìn)一步地，依次統(tǒng)計(jì)各場(chǎng)景下的光伏功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度：aWT1=0.90，aWT2=0.84，aWT3=0.75。針對(duì)光伏裝機(jī)容量占比，本算例選取3%、8%和13% 3種滲透比例進(jìn)行模擬測(cè)算。在光伏實(shí)際產(chǎn)生輸出功率階段，優(yōu)化備用約束，測(cè)算所得最優(yōu)總購電成本結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同光伏裝機(jī)容量和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度下的系統(tǒng)購電成本

圖2中對(duì)應(yīng)的具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同光伏裝機(jī)容量占比和天氣場(chǎng)景下的購電成本 單位：元

從圖2、表1數(shù)據(jù)可以看出：

1)當(dāng)不考慮備用約束時(shí)，在各種場(chǎng)景下的總購電成本均為最低，且隨著光伏裝機(jī)容量占比增加，系統(tǒng)購電成本不斷降低，但無法保證系統(tǒng)安全性。

2)在考慮光伏不確定性的備用精細(xì)建模時(shí)，在不同光伏滲透率下，隨著光伏功率預(yù)測(cè)精度降低，總購電成本總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

3)在光伏功率滲透率較低時(shí)，SWT3場(chǎng)景下雖然光伏功率預(yù)測(cè)誤差較大，但光伏本身輸出功率相對(duì)較低，且光伏裝機(jī)容量占比小，因此可能會(huì)出現(xiàn)此會(huì)出現(xiàn)本算例中的SWT2場(chǎng)景下的購電成本反而高于SWT3場(chǎng)景下的購電成本的情形。

4)考慮系統(tǒng)備用時(shí)，在相同預(yù)測(cè)精度場(chǎng)景下，隨著光伏比例增大，光伏出力增加，市場(chǎng)其他邊際成本不為0的機(jī)組出力減少，有利于降低購電成本，提升新能源消納水平，但與此同時(shí)備用水平也隨之增加，會(huì)壓縮機(jī)組出力空間，隱形提升購電成本。在本算例中，當(dāng)光伏滲透率由3%提升至8%時(shí)，各場(chǎng)景下總購電成本明顯降低；當(dāng)光伏大規(guī)模接入時(shí)，即滲透率為13%時(shí)，相對(duì)于3%，各場(chǎng)景下購電成本均降低；相對(duì)于8%，由于備用增加的疊加效應(yīng)，購電成本略有提升，對(duì)應(yīng)到圖2中，即呈現(xiàn)為“V”形趨勢(shì)。

5)采用該備用約束建模方式有利于在保證安全性的前提下精細(xì)改善成本。

4.2 含光伏和燃?xì)獍l(fā)電的同一并網(wǎng)點(diǎn)波動(dòng)性抑制

選取光伏發(fā)電功率波動(dòng)較為劇烈的一天進(jìn)行仿真測(cè)算，光伏發(fā)電功率如圖3所示，虛線圓圈內(nèi)43時(shí)段和50時(shí)段分別出現(xiàn)劇烈的下爬坡和上爬坡，在該并網(wǎng)點(diǎn)接入一臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組，燃?xì)鈾C(jī)組在開機(jī)時(shí)出力范圍為418～930 MW，具有充分空間對(duì)光伏功率進(jìn)行補(bǔ)償。

圖3 光伏發(fā)電功率

對(duì)模型進(jìn)行測(cè)算，圖4(a)為該并網(wǎng)點(diǎn)下燃?xì)鈾C(jī)組有功出力，不難看出，其在43時(shí)段和50時(shí)段，分別相應(yīng)地進(jìn)行下爬坡和上爬坡，進(jìn)而導(dǎo)致圖4(b)所示的同一并網(wǎng)點(diǎn)下總注入機(jī)組功率波動(dòng)減小，變化趨緩。

圖4 燃?xì)鈾C(jī)組對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)抑制效果

進(jìn)一步地，若光伏發(fā)電機(jī)組所在并網(wǎng)點(diǎn)無燃?xì)鈾C(jī)組，且并網(wǎng)點(diǎn)靠近重負(fù)荷區(qū)域，可綜合權(quán)衡功率波動(dòng)抑制效果和經(jīng)濟(jì)性，考慮是否存在新增一定比例的燃?xì)鈾C(jī)組的必要性。文獻(xiàn)[8]中給出了一種水-風(fēng)-氣聯(lián)合運(yùn)行時(shí)的配比設(shè)計(jì)方式，本文從工程化角度出發(fā)，給出光伏功率波動(dòng)抑制效果角度的配比設(shè)計(jì)思路，假設(shè)光伏發(fā)電機(jī)組額定容量為P，燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)設(shè)計(jì)容量為ηP，運(yùn)行時(shí)最小技術(shù)出力為kηP，光伏最大功率波動(dòng)數(shù)值為λ1P，給定置信度水平下的光伏波動(dòng)功率為λ2P，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)波動(dòng)功率限制值為λ3P，燃?xì)鈾C(jī)組爬坡能力為λ4ηP，配置比例系數(shù)基準(zhǔn)值η設(shè)計(jì)原則為通過燃?xì)鈾C(jī)組啟停以應(yīng)對(duì)光伏功率最大波動(dòng)，通過正常爬坡應(yīng)對(duì)一定置信度下的光伏功率波動(dòng)，具體為

(25)

考慮到其他約束的限制，可在此基準(zhǔn)值進(jìn)行上下擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，以獲取合適的數(shù)值。舉例說明，光伏功率額定容量為500 MW，最大波動(dòng)系數(shù)λ1為0.5，95%置信度水平下的波動(dòng)系數(shù)λ2為0.3，并網(wǎng)點(diǎn)波動(dòng)功率限制系數(shù)λ3為0.25，燃?xì)鈾C(jī)組最小技術(shù)出力比例系數(shù)k為0.5，爬坡系數(shù)λ4為0.4，則配置比例系數(shù)η最小為0.5，即250 MW。對(duì)此結(jié)果進(jìn)行仿真擾動(dòng)測(cè)試，結(jié)果見表2，可以看出沒有其他約束干擾時(shí)，該基準(zhǔn)值可以滿足要求，松弛變量數(shù)值為0，向下擾動(dòng)不可行，但是在最小開、停機(jī)時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，模型求解情況會(huì)發(fā)生變化，需向上擾動(dòng)。

表2 不同配置比例系數(shù)下模型求解情況

5 結(jié)語

在清潔能源占比不斷提高的電力系統(tǒng)背景下，本文結(jié)合光伏發(fā)電功率的不確定性和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的靈活性，對(duì)光伏-燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，具體實(shí)現(xiàn)了如下內(nèi)容：

1)提出了一種提高模型求解效率的機(jī)組聚合處理方法。

2)提出了一套兼顧購電成本、電網(wǎng)安全性、光伏消納程度和光伏功率波動(dòng)限制的光伏-燃?xì)鈪f(xié)同優(yōu)化模型。

3)提出了一種基于光伏預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度和光伏裝機(jī)功率占比的精細(xì)化備用約束構(gòu)建方式，并在仿真測(cè)算中進(jìn)行了備用約束對(duì)購電成本的影響。

4)提出了光伏和燃?xì)馔瑫r(shí)所在并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)性表達(dá)形式，并給出了抑制波動(dòng)性下的容量配比的計(jì)算方式，進(jìn)一步增強(qiáng)電網(wǎng)安全的魯棒性。

在后續(xù)的研究中，可對(duì)配比設(shè)計(jì)模型進(jìn)一步細(xì)化。