摘 要：在電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備所構(gòu)成的電力系統(tǒng)中，為了適應(yīng)新能源占比不斷提高的背景，研究過(guò)程將新能源發(fā)電形式設(shè)定為風(fēng)力發(fā)電，建立了源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型。該模型引入2個(gè)控制目標(biāo)，分別為系統(tǒng)總成本最低和棄風(fēng)率最低，求解時(shí)需要滿足一系列約束條件。在完成建模后，利用電力仿真軟件建立1個(gè)有30個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力系統(tǒng)模型，涵蓋傳統(tǒng)火電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)、儲(chǔ)能設(shè)備以及負(fù)荷，用于驗(yàn)證優(yōu)化調(diào)度模型的應(yīng)用效果。根據(jù)研究?jī)?nèi)容得出以下結(jié)論：對(duì)比其他4種調(diào)度模式，本文建立的優(yōu)化調(diào)度模型實(shí)現(xiàn)了總成本和棄風(fēng)率最低的目標(biāo)；提高風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量會(huì)導(dǎo)致棄風(fēng)率增加，總成本隨之下降，因此需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的裝機(jī)容量，以平衡棄風(fēng)率和總成本之間的矛盾。

關(guān)鍵詞：源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)；電力系統(tǒng)深度調(diào)峰；優(yōu)化調(diào)度模型

中圖分類號(hào)：TM 73" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)中，火力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電均屬于重要的電源形式，隨著風(fēng)電占比不斷提高，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)度能力提出更高的要求，設(shè)計(jì)重點(diǎn)為保證電力調(diào)度的靈活性和總體的經(jīng)濟(jì)效益。為了滿足以上發(fā)展需求，在此次研究中，創(chuàng)新性地提出源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電棄風(fēng)率最低和系統(tǒng)總成本最低的控制目標(biāo)，為優(yōu)化調(diào)度模式、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高電能質(zhì)量創(chuàng)造了新的技術(shù)發(fā)展方向。

1 源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度方法

1.1 源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型

1.1.1 確定控制目標(biāo)

源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)要求電力系統(tǒng)的電源端、負(fù)荷端和儲(chǔ)能設(shè)備端實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)行，其主要目的為提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。新能源的并網(wǎng)發(fā)電量持續(xù)增加，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力提出了較高的要求。在電力系統(tǒng)深度調(diào)峰的背景下，如果將經(jīng)濟(jì)效益最高作為目標(biāo)，那么主要的調(diào)峰對(duì)象為新能源發(fā)電，進(jìn)而抑制新能源發(fā)電量[1]。如果將新能源發(fā)電消納量最高作為目標(biāo)，就會(huì)影響傳統(tǒng)火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。因此，以上2種控制目標(biāo)均存在一定的局限性。

在此次研究中，新能源發(fā)電形式為風(fēng)電，針對(duì)源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型設(shè)置2個(gè)控制目標(biāo)，分別為提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和風(fēng)電消納量[2]。其中，風(fēng)電消納量可通過(guò)電網(wǎng)棄風(fēng)率進(jìn)行評(píng)價(jià)，棄風(fēng)率越小，代表風(fēng)電消納量越高。

1.1.2 建立目標(biāo)函數(shù)

優(yōu)化調(diào)度模型具有2個(gè)目標(biāo)參數(shù)，并且2個(gè)目標(biāo)參數(shù)的量綱不同。當(dāng)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)時(shí)，先通過(guò)標(biāo)幺化處理消除量綱的影響，再利用線性權(quán)重變換為2個(gè)目標(biāo)分配權(quán)重[3]。目標(biāo)函數(shù)如公式（1）所示。

（1）

式中：F為目標(biāo)函數(shù)；ω1為源-荷-儲(chǔ)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性權(quán)重系數(shù)；ω2為源-荷-儲(chǔ)電力系統(tǒng)棄風(fēng)率重系數(shù)；f1為源-荷-儲(chǔ)電力系統(tǒng)運(yùn)行成本；f2為源-荷-儲(chǔ)電力系統(tǒng)棄風(fēng)率；C0為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)對(duì)應(yīng)的模型優(yōu)化結(jié)果；ρ0為棄風(fēng)率最低對(duì)應(yīng)的模型棄風(fēng)率優(yōu)化結(jié)果。

其中，權(quán)重系數(shù)ω1+ω2=1。

在目標(biāo)函數(shù)中，參數(shù)f1、f2、C0如公式（2）所示。

（2）

式中：Cgi，t為火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的費(fèi)用；CW為棄風(fēng)懲罰成本；CB為電力系統(tǒng)的備用成本；Ccha為儲(chǔ)能設(shè)施的運(yùn)行費(fèi)用；Pf，t為風(fēng)電的預(yù)測(cè)值；PW，t為風(fēng)電的并網(wǎng)功率；Δt為風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電的時(shí)長(zhǎng)；C1為機(jī)組的煤成本；C2為風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行成本。

1.2 優(yōu)化調(diào)度模型約束條件

1.2.1 火電功率約束

火電功率約束分為2種情況，其一為常規(guī)調(diào)峰時(shí)段的出力約束，其二為深度調(diào)峰時(shí)段的出力約束。在常規(guī)調(diào)峰階段，約束條件為Pgi，min≤Pgi，t≤Pgi，max[4]。其中，將火電機(jī)組技術(shù)出力最小值記為Pgi，min，最大值記為Pgi，max，Pgi，t為火電機(jī)組在時(shí)間t時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)際出力。在深度調(diào)峰階段，約束條件為Pgi，b≤

Pgi，t≤Pgi，max（Pgi，b為調(diào)峰機(jī)組的投油出力下限）。

1.2.2 風(fēng)電功率約束

風(fēng)電功率約束條件較簡(jiǎn)單，即風(fēng)電的實(shí)際并網(wǎng)功率不超過(guò)風(fēng)電預(yù)測(cè)值。因此，在模型計(jì)算階段，必須確保預(yù)測(cè)值的誤差控制效果。

1.2.3 線路傳輸容量約束

電力導(dǎo)線的傳輸容量具有一定的限制，當(dāng)電流超過(guò)導(dǎo)線的傳輸容量時(shí)，可導(dǎo)致線路過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)可引起線路損毀。針對(duì)線路傳輸容量的約束條件為-Pij，max≤Bij（θi，t-θj，t）≤Pij，max（Pij，max為線路節(jié)點(diǎn)i和j之間的傳輸容量最大值；Bij為i、j 2個(gè)線路節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納；θi，t、θj，t分別為節(jié)點(diǎn)i、j在時(shí)間t時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓相角[5]）。

1.2.4 需求響應(yīng)約束條件

在同一個(gè)電力調(diào)度階段，需求響應(yīng)前后的電力負(fù)荷為恒定值。優(yōu)化調(diào)度模型改變了用電方式，進(jìn)而決定了用戶的購(gòu)電成本。因此，在深度調(diào)峰調(diào)度優(yōu)化模型中，需要考慮用戶滿意度問(wèn)題，將其作為必要的約束條件。用戶滿意度實(shí)際上分為2個(gè)維度，包括用電方式滿意度和電費(fèi)滿意度。以電費(fèi)滿意度為例，其約束條件如公式（3）所示。

（3）

式中：PL1，t為原始負(fù)荷值；p1，t為對(duì)應(yīng)的電價(jià)；PL2，t為計(jì)及需求響應(yīng)之后的負(fù)荷值；p2，t為對(duì)應(yīng)的電價(jià)；SP min為電費(fèi)滿意度上限；T為電力調(diào)度的總時(shí)長(zhǎng)；t為電力調(diào)度期間的任意時(shí)間點(diǎn)。

1.2.5 火電主動(dòng)性約束條件

在源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能設(shè)施對(duì)調(diào)峰過(guò)程具有重要的影響。一方面，儲(chǔ)能設(shè)施可增強(qiáng)調(diào)峰過(guò)程的靈活性，為電力系統(tǒng)獲得調(diào)峰補(bǔ)償創(chuàng)造有利的條件。另一方面，儲(chǔ)能設(shè)施在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的附加成本。

在深度調(diào)峰階段，將對(duì)應(yīng)的火電利潤(rùn)記為Ug，t，風(fēng)電利潤(rùn)記為UW，t。當(dāng)UW，tlt;0并且Ug，tgt;0時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)不能通過(guò)參與深度調(diào)峰獲得經(jīng)濟(jì)利益，因而會(huì)退出調(diào)峰；當(dāng)UW，tgt;0，并且Ug，tlt;0時(shí)，火電廠不能通過(guò)參與深度調(diào)峰獲得經(jīng)濟(jì)效益，因而退出調(diào)峰活動(dòng)[6]。

1.3 優(yōu)化調(diào)度模型求解流程

根據(jù)以上目標(biāo)函數(shù)和約束條件，源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型的求解流程如下。1）將系統(tǒng)運(yùn)行成本最低作為目標(biāo)，利用負(fù)荷需求響應(yīng)優(yōu)化負(fù)荷曲線，判斷是否滿足負(fù)荷需求響應(yīng)以及各種約束條件。2）當(dāng)滿足上一步的判斷條件時(shí)，以系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，允許系統(tǒng)中的火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰。根據(jù)優(yōu)化后的負(fù)荷曲線安排火電機(jī)組的常規(guī)出力，同時(shí)進(jìn)行深度調(diào)峰操作，判斷是否滿足相應(yīng)的約束條件。3）將以上優(yōu)化結(jié)果對(duì)應(yīng)的運(yùn)行成本和棄風(fēng)率作為基準(zhǔn)值，輸入目標(biāo)函數(shù)。按照棄風(fēng)率和運(yùn)行成本最低進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。4）根據(jù)優(yōu)化后的負(fù)荷曲線安排機(jī)組出力、設(shè)備容量、儲(chǔ)能設(shè)備的放電功率、調(diào)峰結(jié)果的利益分配，同時(shí)判斷優(yōu)化成果是否滿足各類約束條件[7]。

2 基于優(yōu)化調(diào)度模型的算例分析

2.1 算例模型及相關(guān)參數(shù)

2.1.1 算例模型選取

在算例分析階段，采用圖1所示的30節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)。該模型中設(shè)置了1個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、6個(gè)火電機(jī)組以及若干儲(chǔ)能設(shè)備，G1～G6為傳統(tǒng)火電機(jī)組。黑色粗實(shí)線代表母線，黑色箭頭代表負(fù)荷。

2.1.2 模型參數(shù)設(shè)置

2.1.2.1 火電機(jī)組參數(shù)設(shè)置

火電機(jī)組的參數(shù)包括出力上限、出力下限、燃料成本相關(guān)的系數(shù)以及機(jī)組爬坡率。在仿真模擬中，按照表1設(shè)置火電機(jī)組的參數(shù)，將機(jī)組燃煤成本記為C1，t，成本和燃料成本系數(shù)之間的關(guān)系如公式（4）所示。

C1，t=aiP2gi，t+biPgi，t+ci （4）

式中：ai、bi、ci為燃料成本系數(shù)。

2.1.2.2 儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)設(shè)置

儲(chǔ)能充電功率最大值設(shè)置為8MW，最小值設(shè)置為2MW；不考慮損耗，將儲(chǔ)能設(shè)備的最大、最小放電功率分別設(shè)置為8MW、2MW；儲(chǔ)能設(shè)備的初始荷電狀態(tài)設(shè)置為6MW；儲(chǔ)能設(shè)備的充、放電效率均按照95%進(jìn)行取值；儲(chǔ)能容量設(shè)置為20MW。

2.2 調(diào)度模式設(shè)置

在仿真過(guò)程中，設(shè)置5種互為對(duì)照的調(diào)度模式，各種模式的具體情況如下。1）模式1。以系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，由火電機(jī)組參與常規(guī)調(diào)峰。2）模式2。以系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，在考慮負(fù)荷需求響應(yīng)的情況下，由火電機(jī)組參與常規(guī)調(diào)峰。3）模式3。以系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，在考慮負(fù)荷需求響應(yīng)的情況下，由G1機(jī)組參與深度調(diào)峰。4）模式4。以系統(tǒng)運(yùn)行成本和棄風(fēng)率最低為目標(biāo)，在考慮負(fù)荷需求響應(yīng)的情況下由G1機(jī)組參與深度調(diào)峰。5）模式5。以系統(tǒng)運(yùn)行成本和棄風(fēng)率最低為目標(biāo)，配置儲(chǔ)能設(shè)施，在考慮負(fù)荷需求響應(yīng)的情況下，由G1機(jī)組參與深度調(diào)峰。

2.3 仿真數(shù)據(jù)分析

2.3.1 風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量對(duì)優(yōu)化調(diào)度的影響

仿真過(guò)程將風(fēng)機(jī)總裝機(jī)容量分別設(shè)置為70MW、85MW、100MW、115MW、130MW。在以上5種調(diào)度模式下模擬裝機(jī)容量對(duì)系統(tǒng)總成本和棄風(fēng)率2個(gè)控制目標(biāo)的影響，結(jié)果如下。

2.3.1.1 風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量對(duì)系統(tǒng)總成本的影響

在5種調(diào)度模式下，不同風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總成本模擬結(jié)果見(jiàn)表2。由仿真數(shù)據(jù)可知，在同一種調(diào)度模式下，隨著風(fēng)機(jī)容量增加，系統(tǒng)的總成本呈下降的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)機(jī)容量保持不變時(shí)，調(diào)度模式3的總成本最低，其次為調(diào)度模式2，其他3種調(diào)度模式差異較小。

表2 不同風(fēng)機(jī)容量下系統(tǒng)總成本模擬數(shù)據(jù)

調(diào)度模式 風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量/MW

70 85 100 115 130

模式1成本/萬(wàn)元 178.34 176.02 173.79 171.75 169.95

模式2成本/萬(wàn)元 177.30 171.04 168.95 167.06 165.49

模式3成本/萬(wàn)元 170.83 168.45 166.18 164.07 162.46

模式4成本/萬(wàn)元 174.56 174.76 173.72 171.54 170.36

模式5成本/萬(wàn)元 174.78 175.16 174.50 172.56 171.55

2.3.1.2 風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量對(duì)棄風(fēng)率的影響

在5種風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量下，模擬5種調(diào)度模式對(duì)應(yīng)的棄風(fēng)率，結(jié)果如圖2所示。

從圖2中各個(gè)曲線的斜率變化趨勢(shì)可知，隨著風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量提高，棄風(fēng)率呈上升的趨勢(shì)，棄風(fēng)率的排序結(jié)果為模式5lt;模式4lt;模式3lt;模式2lt;模式1。

源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型（對(duì)應(yīng)調(diào)度模式5）設(shè)計(jì)有2個(gè)控制目標(biāo)，其一為系統(tǒng)總成本，其二為棄風(fēng)率。從棄風(fēng)率排序可知，此次建立的優(yōu)化調(diào)度模型棄風(fēng)率最低。

2.3.2 源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型綜合效果

將目標(biāo)函數(shù)中的ω1和ω2，均設(shè)置為0.5，以仿真模型為基礎(chǔ)，利用5種調(diào)度模式開(kāi)展電力系統(tǒng)調(diào)峰，模擬系統(tǒng)在調(diào)峰階段的總成本、棄風(fēng)率和火電調(diào)峰補(bǔ)償。5種模型的風(fēng)機(jī)總裝機(jī)容量均為70MW，前4種調(diào)度模式不接入儲(chǔ)能設(shè)備，第五種調(diào)度模式接入儲(chǔ)能設(shè)備，調(diào)度模式5代表源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型。根據(jù)以上條件，仿真模擬結(jié)果見(jiàn)表3。

2.3.2.1 棄風(fēng)率控制效果評(píng)價(jià)

優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)為總成本最低和棄風(fēng)率最低。對(duì)比5種調(diào)度模式的棄風(fēng)率，模式5最低，并且棄風(fēng)率為0。顯然，源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型的棄風(fēng)率最低，明顯優(yōu)于其他調(diào)度模式。

2.3.2.2 系統(tǒng)總成本控制效果評(píng)價(jià)

系統(tǒng)總成本=運(yùn)行成本-火電調(diào)峰補(bǔ)償，按照該方法計(jì)算5種調(diào)度模式的總成本，模式1～模式5的總成本分別為178.34萬(wàn)元、173.30萬(wàn)元、167.65萬(wàn)元、166.90萬(wàn)元、165.21萬(wàn)元?？梢?jiàn)，5種調(diào)度模式的總成本依次降低，模式5總成本最小。說(shuō)明采用源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型能夠有效降低深度調(diào)峰的總成本。綜合棄風(fēng)率指標(biāo)，該模型達(dá)到了棄風(fēng)率、總成本最低的目標(biāo)。

表3 5種調(diào)度模型的運(yùn)行成本、棄風(fēng)率、火電調(diào)峰補(bǔ)償模擬結(jié)果

調(diào)度模式 運(yùn)行成本/萬(wàn)元 棄風(fēng)率/% 火電調(diào)峰補(bǔ)償/萬(wàn)元

模式1 178.34 36.58 0

模式2 173.30 21.44 0

模式3 170.84 7.35 3.19

模式4 174.56 1.38 7.66

模式5 174.78 0 9.57

3 結(jié)語(yǔ)

在新能源發(fā)電占比不斷提高的背景下，為了強(qiáng)化電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力，以適應(yīng)新能源發(fā)電方式的特點(diǎn)。本文建立了源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型，主要實(shí)現(xiàn)火電、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備和電力負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制，得出以下基本結(jié)論。1）源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)提出2個(gè)控制目標(biāo)，其一為系統(tǒng)總成本最低，其二為風(fēng)電棄風(fēng)率最低。2）在2.3.1小節(jié)的仿真中，設(shè)置5種風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量，對(duì)比不同調(diào)度模式下的棄風(fēng)率和系統(tǒng)總成本。根據(jù)模擬數(shù)據(jù)可知，在提高風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的情況下，棄風(fēng)率呈上升的趨勢(shì)，總成本則不斷下降。因此，2個(gè)控制目標(biāo)存在矛盾，需要根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量，實(shí)現(xiàn)2個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)解。3）在2.3.2小節(jié)的仿真中，對(duì)比5種調(diào)度模式的棄風(fēng)率和總成本，源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)深度調(diào)峰優(yōu)化調(diào)度模型（模式5）的棄風(fēng)率和總成本均最低，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋彥斌，汪莞喬，張慧，等.分布式“源荷儲(chǔ)”資源協(xié)同互動(dòng)異構(gòu)組網(wǎng)方法與仿真實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50（3）：73-79.

[2]曾夢(mèng)迪，胡康濤，朱欣悅，等.新型混合儲(chǔ)能運(yùn)行模式分析與源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制[J].電力電子技術(shù)，2024，58（2）：79-83.

[3]何玉靈，解奎，孫凱，等.基于改進(jìn)布谷鳥算法的微電網(wǎng)源-荷-儲(chǔ)功率優(yōu)化調(diào)度[J].電力科學(xué)與工程，2023，39（10）：14-25.

[4]楊延棟，舒斐，馬金晨，等.基于特征融合的配電網(wǎng)源-荷-儲(chǔ)完全分布式協(xié)調(diào)控制方法[J].電氣自動(dòng)化，2023，45（4）：30-32，36.

[5]楊錫勇，張仰飛，林綱，等.考慮需求響應(yīng)的源-荷-儲(chǔ)多時(shí)間尺度協(xié)同優(yōu)化調(diào)度策略[J].發(fā)電技術(shù)，2023，44（2）：253-260.

[6]郇政林，劉杰，徐沈智，等.面向高比例新能源接入的源-荷-儲(chǔ)靈活性資源協(xié)調(diào)規(guī)劃[J].電網(wǎng)與清潔能源，2022，38（7）：107-117.

[7]楊洪明，尹邦哲，孟科，等.考慮源荷功率矩不確定性的新型互聯(lián)電力系統(tǒng)省內(nèi)-省間分布魯棒協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度[J].電力建設(shè)，2023，44（7）：98-110.