計及風力發(fā)電的電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度建模分析.pdf

1、能源及環(huán)境問題是制約世界經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展的兩個突出問題。為了擺脫傳統(tǒng)能源開發(fā)利用方式對經(jīng)濟社會發(fā)展的限制，各國紛紛采取措施，大力開發(fā)利用新能源。對于我國而言，積極發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，節(jié)約和替代部分化石能源，已成為保障我國能源安全、應對氣候變化、保護生態(tài)環(huán)境、提高國家競爭力、促進國家經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇。我國幅員遼闊、海岸線長，風能資源非常豐富。作為一種源源不斷、永不枯竭的新能源，風能已逐步成為化石能源的重要替代能源。近年來

2、我國風電裝機容量增長迅速，技術不斷進步，政策體系日趨完善。然而，由于風電自身固有的缺點：可靠性偏低、成本偏高，風電在整個能源供應體系中長期處于從屬地位，與常規(guī)火電相比缺乏競爭力。這種局面的出現(xiàn)除了風機制造水平的原因，也不能忽視運行管理方式的原因。隨著風機制造水平的不斷提高，風電機組自身的可靠性相應增強、成本也越來越低，后者已上升為重要原因。因此，本文以風電接入對電力系統(tǒng)經(jīng)濟、環(huán)境指標的影響為切入點，并將其引入到電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度領域。

3、主要研究工作和結論包括以下幾個方面：
　　（一）為了實現(xiàn)風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)在某個時刻電力負荷的優(yōu)化分配，兼顧經(jīng)濟效益與環(huán)境保護，構造了環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度(economic emission dispatch,簡稱EED)模型。除了傳統(tǒng)的EED因素，該模型在經(jīng)濟效益和環(huán)境保護兩方面還分別考慮了由于低估或高估風電出力所引起的懲罰、備用因素。利用風速與風能之間的關系推導出了風電出力的統(tǒng)計特征，進而完成了模型的確定性轉化。基于MATLAB的優(yōu)化工

4、具箱，對風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進行了優(yōu)化仿真，結果顯示：①當風電場歸其它發(fā)電集團所有時，電力系統(tǒng)的最優(yōu)計劃出力高度依賴于懲罰成本系數(shù)、備用成本系數(shù)以及懲罰排放系數(shù)，而備用排放系數(shù)對于最優(yōu)計劃出力沒有顯著影響；②當風電場歸電網(wǎng)所有時，電力系統(tǒng)的最優(yōu)計劃出力高度依賴于懲罰成本系數(shù)、懲罰排放系數(shù)，而備用成本系數(shù)、備用排放系數(shù)對于最優(yōu)計劃出力沒有顯著影響。
　　（二）為了保證風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)在整個調(diào)度期內(nèi)經(jīng)濟、環(huán)境成本的全局最優(yōu)，基于多目標機會

5、約束規(guī)劃理論，構造了動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度(dynamic economic emission dispatch,簡稱DEED)模型。該模型不僅將電力系統(tǒng)發(fā)電成本和污染物排放作為相互沖突的目標同時優(yōu)化，而且還考慮了機組出力爬坡率等動態(tài)指標。通過機會約束條件控制風電不確定性的干擾程度，并利用風電出力的分布函數(shù)對機會約束條件進行變換。隨機優(yōu)化模型相應轉化為確定性優(yōu)化模型，設計帶有啟發(fā)式策略的NSGA-Ⅱ用于求解該模型。對風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進行了仿真

6、實驗，結果驗證了所提模型與解法的合理性及有效性，并得到以下結論：①在電力系統(tǒng)中增加風電出力所占比重雖然有利于經(jīng)濟性與環(huán)保性，但也給系統(tǒng)運行帶來了更多風險；②調(diào)度決策時需要充分挖掘Pareto最優(yōu)集蘊含的信息，權衡環(huán)保性、經(jīng)濟性和不確定性等多方面因素。
　?。ㄈ榱藚f(xié)調(diào)風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度決策過程中決策保守與激進這對矛盾，構造了考慮風險因素的DEED模型。除了傳統(tǒng)的DEED因素，在模型中還特別增加了可靠性、有效性約束，用以降低風險

7、因素帶來的不利影響。相應地，在多目標函數(shù)中引入了懲罰成本（排放）函數(shù)、備用成本（排放）函數(shù)。為了獲得該模型的優(yōu)化解，凈負荷預測誤差的統(tǒng)計特征得到了進一步討論。隨機DEED問題依賴于很多影響因素，借助IPSO對風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進行仿真實驗，結果顯示：①加強可靠性約束會增加電力系統(tǒng)的發(fā)電成本和污染物排放，而加強有效性約束會降低發(fā)電成本和污染物排放；②綜合可靠性、有效性約束，電力系統(tǒng)的發(fā)電成本、污染物排放與風電發(fā)展規(guī)模之間的線性關系并不顯著。

8、
　?。ㄋ模榱舜_保大規(guī)模風電接入情形下電力系統(tǒng)的可靠性與有效性，基于場景分析方法，構造了DEED模型。針對不同聯(lián)合場景，該模型同時考慮了可靠性、有效性約束。相應地，在多目標函數(shù)中增加了不同聯(lián)合場景下的懲罰成本（排放）函數(shù)、備用成本（排放）函數(shù)。采用蒙特卡羅抽樣方法模擬系統(tǒng)中的不確定性，并輔以不同的場景來描述。此外，為了減少計算時間、提高計算效率，借助基于概率距離的場景消除技術來實現(xiàn)。通過風電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的仿真實驗得到以下結論：①