計(jì)及風(fēng)力發(fā)電的電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度建模分析.pdf

1、能源及環(huán)境問(wèn)題是制約世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)突出問(wèn)題。為了擺脫傳統(tǒng)能源開發(fā)利用方式對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的限制，各國(guó)紛紛采取措施，大力開發(fā)利用新能源。對(duì)于我國(guó)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(guó)能源安全、應(yīng)對(duì)氣候變化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇。我國(guó)幅員遼闊、海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源非常豐富。作為一種源源不斷、永不枯竭的新能源，風(fēng)能已逐步成為化石能源的重要替代能源。近年來(lái)

2、我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速，技術(shù)不斷進(jìn)步，政策體系日趨完善。然而，由于風(fēng)電自身固有的缺點(diǎn)：可靠性偏低、成本偏高，風(fēng)電在整個(gè)能源供應(yīng)體系中長(zhǎng)期處于從屬地位，與常規(guī)火電相比缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。這種局面的出現(xiàn)除了風(fēng)機(jī)制造水平的原因，也不能忽視運(yùn)行管理方式的原因。隨著風(fēng)機(jī)制造水平的不斷提高，風(fēng)電機(jī)組自身的可靠性相應(yīng)增強(qiáng)、成本也越來(lái)越低，后者已上升為重要原因。因此，本文以風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)的影響為切入點(diǎn)，并將其引入到電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度領(lǐng)域。

3、主要研究工作和結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：
　?。ㄒ唬榱藢?shí)現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻電力負(fù)荷的優(yōu)化分配，兼顧經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)，構(gòu)造了環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度(economic emission dispatch,簡(jiǎn)稱EED)模型。除了傳統(tǒng)的EED因素，該模型在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)兩方面還分別考慮了由于低估或高估風(fēng)電出力所引起的懲罰、備用因素。利用風(fēng)速與風(fēng)能之間的關(guān)系推導(dǎo)出了風(fēng)電出力的統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)而完成了模型的確定性轉(zhuǎn)化?；贛ATLAB的優(yōu)化工

4、具箱，對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化仿真，結(jié)果顯示：①當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)歸其它發(fā)電集團(tuán)所有時(shí)，電力系統(tǒng)的最優(yōu)計(jì)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(duì)于最優(yōu)計(jì)劃出力沒(méi)有顯著影響；②當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)歸電網(wǎng)所有時(shí)，電力系統(tǒng)的最優(yōu)計(jì)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(duì)于最優(yōu)計(jì)劃出力沒(méi)有顯著影響。
　?。ǘ榱吮ＷC風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)度期內(nèi)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境成本的全局最優(yōu)，基于多目標(biāo)機(jī)會(huì)

5、約束規(guī)劃理論，構(gòu)造了動(dòng)態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度(dynamic economic emission dispatch,簡(jiǎn)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(biāo)同時(shí)優(yōu)化，而且還考慮了機(jī)組出力爬坡率等動(dòng)態(tài)指標(biāo)。通過(guò)機(jī)會(huì)約束條件控制風(fēng)電不確定性的干擾程度，并利用風(fēng)電出力的分布函數(shù)對(duì)機(jī)會(huì)約束條件進(jìn)行變換。隨機(jī)優(yōu)化模型相應(yīng)轉(zhuǎn)化為確定性優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)帶有啟發(fā)式策略的NSGA-Ⅱ用于求解該模型。對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進(jìn)行了仿真

6、實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了所提模型與解法的合理性及有效性，并得到以下結(jié)論：①在電力系統(tǒng)中增加風(fēng)電出力所占比重雖然有利于經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，但也給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了更多風(fēng)險(xiǎn)；②調(diào)度決策時(shí)需要充分挖掘Pareto最優(yōu)集蘊(yùn)含的信息，權(quán)衡環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和不確定性等多方面因素。
　?。ㄈ榱藚f(xié)調(diào)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度決策過(guò)程中決策保守與激進(jìn)這對(duì)矛盾，構(gòu)造了考慮風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)

7、因素帶來(lái)的不利影響。相應(yīng)地，在多目標(biāo)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(fù)荷預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)特征得到了進(jìn)一步討論。隨機(jī)DEED問(wèn)題依賴于很多影響因素，借助IPSO對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：①加強(qiáng)可靠性約束會(huì)增加電力系統(tǒng)的發(fā)電成本和污染物排放，而加強(qiáng)有效性約束會(huì)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(fēng)電發(fā)展規(guī)模之間的線性關(guān)系并不顯著。

8、
　?。ㄋ模榱舜_保大規(guī)模風(fēng)電接入情形下電力系統(tǒng)的可靠性與有效性，基于場(chǎng)景分析方法，構(gòu)造了DEED模型。針對(duì)不同聯(lián)合場(chǎng)景，該模型同時(shí)考慮了可靠性、有效性約束。相應(yīng)地，在多目標(biāo)函數(shù)中增加了不同聯(lián)合場(chǎng)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(chǎng)景來(lái)描述。此外，為了減少計(jì)算時(shí)間、提高計(jì)算效率，借助基于概率距離的場(chǎng)景消除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論：①