張建功 劉 學(xué) 李 寧

（國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司滄州供電分公司，河北 滄州 061001）

0 引言

當(dāng)前溫室氣體引發(fā)的全球氣候變化已成為全人類面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，積極應(yīng)對(duì)氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已成為國(guó)際社會(huì)的普遍共識(shí)［1-2］。在這個(gè)背景下，發(fā)現(xiàn)并積極應(yīng)用新清潔能源非常重要。為滿足國(guó)家對(duì)能源的使用需求及對(duì)環(huán)境的改善需求，我國(guó)也在積極應(yīng)用清潔能源。近年來(lái)，我國(guó)在電力系統(tǒng)中接入大量的光伏、風(fēng)力等清潔能源電源，用新能源發(fā)電來(lái)替代傳統(tǒng)火電，以解決電力行業(yè)發(fā)展帶來(lái)的能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題［3］。電力是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡哪茉?，?duì)人民的工作和生活都有著重要影響［4］。電力缺乏將導(dǎo)致各個(gè)領(lǐng)域無(wú)法有序運(yùn)行。我國(guó)電力工業(yè)歷史悠久，相關(guān)研究也已經(jīng)取得了眾多成果，且伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，我國(guó)人均用電量也越來(lái)越大，故對(duì)大規(guī)模光伏電源接入電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方法研究是非常重要的。

光伏發(fā)電主要依賴太陽(yáng)能，易受天氣等因素的影響，整體不確定性較高，輸配電波動(dòng)較大，直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。此外，受地形、地理等因素的影響，容易出現(xiàn)光伏能源浪費(fèi)問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究一般是對(duì)光伏發(fā)電特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，提出通過(guò)發(fā)電預(yù)測(cè)來(lái)完成電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度，以提高發(fā)電平穩(wěn)性。此外，我國(guó)相關(guān)研究人員還結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求，設(shè)計(jì)出規(guī)?；植际焦夥娫醇簞澐址椒ǎ靡詢?yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法［5］。而大多數(shù)調(diào)度方法還使用保守度可調(diào)的魯棒模型來(lái)描述運(yùn)行不確定因子，盡管調(diào)度平穩(wěn)性有所提高，但易受時(shí)間平滑作用的影響，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本偏高。為解決上述問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)出一種全新的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法。

1 大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建大規(guī)模光伏接入的電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度模型

大規(guī)模光伏接入電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中易受太陽(yáng)輻照度、溫度等的影響，出現(xiàn)較高的隨機(jī)波動(dòng)性。因此，本研究利用模態(tài)分解技術(shù)來(lái)消除參與噪聲［6］，關(guān)鍵的光伏接入功率預(yù)測(cè)參數(shù)x(i)見(jiàn)式（1）。

式中：ck(i)為不同的光伏接入模態(tài)分解量；RN為分解殘差值。

在光伏計(jì)入電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度預(yù)測(cè)過(guò)程中，可能受集成作用的影響，導(dǎo)致難以獲取最優(yōu)分解值，因此，本研究利用模態(tài)混疊算法生成最優(yōu)分解式NAk，見(jiàn)式（2）。

式中：Lk為分解噪聲等級(jí)；σ為光伏發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)差。

此時(shí)要計(jì)算不同模態(tài)分解量間的相關(guān)系數(shù)，生成運(yùn)行功率分解值。電力系統(tǒng)預(yù)測(cè)運(yùn)行功率區(qū)間mek見(jiàn)式（3）。

式中：CK,CK2,....,CK-1分別為不同預(yù)測(cè)區(qū)間下的光伏分解均值。

根據(jù)上述預(yù)測(cè)運(yùn)行區(qū)間可獲取虛假模態(tài)分量，此時(shí)得到的綜合調(diào)度指標(biāo)K見(jiàn)式（4）。

式中：CRK為特定的調(diào)度頻率分量，在實(shí)際預(yù)測(cè)過(guò)程中，隨接入光伏發(fā)電量變化，其運(yùn)行功率區(qū)間也會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)改變。因此，本研究設(shè)計(jì)的方法使用分段慣性權(quán)重法來(lái)計(jì)算局部全局搜索能力，提高調(diào)度收斂性能，此時(shí)構(gòu)建的電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度模型w見(jiàn)式（5）。

式中：a為迭代次數(shù)；t為迭代時(shí)間；wend為最終慣性權(quán)重；δ為初始慣性權(quán)重。

由此，完成電力系統(tǒng)運(yùn)行功率預(yù)測(cè)模型的建立。

1.2 經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)及求解

為解決電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中受時(shí)間平滑作用影響而出現(xiàn)的調(diào)度成本過(guò)高問(wèn)題，本研究將電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度轉(zhuǎn)換成一種多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，即將調(diào)度經(jīng)濟(jì)因素看成多維決策變量，此時(shí)生成的電力系統(tǒng)大規(guī)模光伏電源接入經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)minf見(jiàn)式（6）。

式中：f1(x),f2(x),...,f n(x)分別為不同的調(diào)度經(jīng)濟(jì)因素。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)因素的均衡關(guān)系可進(jìn)行加權(quán)平均處理，即要確定不同調(diào)度群組的輸入訓(xùn)練樣本變量，見(jiàn)式（7）。

式中：xi、yi均為調(diào)度分量。

待確定樣本變量后，可生成經(jīng)濟(jì)調(diào)度參數(shù)取值范圍，此時(shí)可利用調(diào)度支配關(guān)系進(jìn)行求解，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)均衡調(diào)度解包括兩類，即可行解和不可行解，利用Pareto 來(lái)獲取經(jīng)濟(jì)最優(yōu)調(diào)度解集。待上述步驟完畢后，可計(jì)算出上述目標(biāo)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化滿意度，若計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化滿意度滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度需求，證明此時(shí)得到的經(jīng)濟(jì)性因素調(diào)度均衡參數(shù)合理。反之，則需要重新進(jìn)行求解，直至滿意度滿足最終的調(diào)度要求。

以光伏發(fā)電的燃料為例，其在不同調(diào)度周期中消耗的成本總數(shù)不同。因此，本研究對(duì)上述設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，生成了燃料成本優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)F(PG)，見(jiàn)式（8）。

式中：ai、bi、ci分別為第i臺(tái)機(jī)組的燃料成本；PG為光伏電站輸出的有功功率；T為調(diào)度周期。

使用粒子群算法對(duì)式（8）進(jìn)行求解，得到的最優(yōu)解vk，見(jiàn)式（9）。

式中：w為運(yùn)動(dòng)慣性因子；c1、c2為常數(shù)加速值；r1、r2為隨機(jī)實(shí)數(shù)為粒子移動(dòng)速度；為速度權(quán)重控制因子；為控制速度；為粒子經(jīng)歷的最優(yōu)位置。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算可得電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的最優(yōu)解。在光伏電源接入過(guò)程中，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度成本可能會(huì)出現(xiàn)預(yù)測(cè)偏差，需要根據(jù)發(fā)電功率價(jià)格懲罰系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在最大程度上保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度經(jīng)濟(jì)性。

2 實(shí)例分析

2.1 概況及準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法的實(shí)際調(diào)度效果，以X 電網(wǎng)的電力系統(tǒng)為例，進(jìn)行實(shí)例分析。已知該電網(wǎng)供電面積為14.8萬(wàn)km2，服務(wù)總?cè)丝诔? 000萬(wàn)，發(fā)電規(guī)模較大，早期使用火電發(fā)電，因傳統(tǒng)能源價(jià)格上升，接入了光伏電源和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。本研究以該電力系統(tǒng)的若干條輸電線路為例，生成的算例分析模型如圖1所示。

圖1 算例分析模型

由圖1 可知，該風(fēng)電場(chǎng)屬于分期建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，使用的發(fā)電機(jī)組較多，風(fēng)電機(jī)組包括#A01～#A66。為提高實(shí)例分析的有效性，隨機(jī)抽取機(jī)組，使用YonSuite 記錄電力系統(tǒng)在不同時(shí)間下的運(yùn)行調(diào)度成本。

2.2 應(yīng)用效果與討論

結(jié)合實(shí)際情況，可進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度實(shí)例分析，即隨機(jī)抽取若干個(gè)組合機(jī)組，使用本研究設(shè)計(jì)的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)調(diào)度方法進(jìn)行調(diào)度，記錄不同日期的運(yùn)行調(diào)度成本，并將其與原本的運(yùn)行調(diào)度成本對(duì)比，實(shí)例分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)例分析結(jié)果

由表1 可知，本研究設(shè)計(jì)的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法在不同組合的運(yùn)行機(jī)組下的運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于電力系統(tǒng)原有的運(yùn)行成本。上述實(shí)例分析結(jié)果證明，本研究設(shè)計(jì)的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法的調(diào)度效果較好，具有可靠性，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)化時(shí)代，我國(guó)能源消耗量越來(lái)越高，不可再生能源總數(shù)越來(lái)越少。為滿足能源需求，需要接入大規(guī)模光伏、風(fēng)力等可再生能源。受可再生能源的動(dòng)態(tài)可變性影響，在輸配電過(guò)程中容易出現(xiàn)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，影響電力系統(tǒng)的調(diào)度效果，因此，本研究設(shè)計(jì)了一種全新的大規(guī)模光伏電源電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法。實(shí)例分析結(jié)果表明，本研究設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度方法的調(diào)度效果較好、可靠性高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。本研究的研究成果為提高可再生能源供電效果做出了一定貢獻(xiàn)。