面向風(fēng)電高不確定性的多周期機(jī)組組合研究.pdf

1、大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是近年來電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)能源及環(huán)境危機(jī)的重要舉措。風(fēng)力發(fā)電雖然具有清潔無污染、風(fēng)能永不枯竭可再生等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于自然風(fēng)所具有的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性等特點(diǎn)，使得風(fēng)電功率具有高不確定性。這無論對(duì)于以先進(jìn)的燃?xì)夂腿加蜋C(jī)組為主、短期及實(shí)時(shí)電力市場(chǎng)發(fā)達(dá)的國(guó)外電力系統(tǒng)，還是類似我國(guó)燃煤機(jī)組眾多、缺乏短期電力市場(chǎng)、以中長(zhǎng)期電量計(jì)劃或交易為主的電力系統(tǒng)，都提出了新的挑戰(zhàn)。機(jī)組組合作為電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，受到了很大影響，亟待開

2、展相關(guān)研究。
　　本文以數(shù)學(xué)優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，基于多周期、多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化的思想，充分利用風(fēng)電功率及風(fēng)電預(yù)測(cè)在各時(shí)間尺度下的多種特性，對(duì)含風(fēng)電系統(tǒng)的月度、短期機(jī)組組合及兩者的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法開展了細(xì)致而深入的研究:
　　目前，我國(guó)電網(wǎng)中高啟停成本、長(zhǎng)啟停周期的大型燃煤機(jī)組眾多，調(diào)度模式基本為月度機(jī)組組合與短期發(fā)電計(jì)劃協(xié)調(diào)優(yōu)化。中長(zhǎng)期優(yōu)化可更好地協(xié)調(diào)資源的優(yōu)化配置從而降低常規(guī)機(jī)組啟停成本，而短期優(yōu)化中風(fēng)電不確定性的顯著降低可較大幅

3、度提高常規(guī)機(jī)組負(fù)荷率。基于此，結(jié)合中長(zhǎng)期優(yōu)化及短期優(yōu)化的各自優(yōu)勢(shì)，將火電機(jī)組動(dòng)態(tài)分為月度啟停優(yōu)化群和短期啟停優(yōu)化群，提出了一種月度-短期機(jī)組組合協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，和相應(yīng)的計(jì)及短期協(xié)調(diào)效益的月度機(jī)組組合模型。月度及短期機(jī)組組合的協(xié)調(diào)優(yōu)化通過兩階段決策模型予以實(shí)現(xiàn)，其中，月度機(jī)組組合決策為第一階段，對(duì)機(jī)組所屬的優(yōu)化群以及月度啟停優(yōu)化群中機(jī)組的開停機(jī)計(jì)劃進(jìn)行決策;短期機(jī)組組合決策為第二階段，對(duì)短期啟停優(yōu)化群中機(jī)組的開停機(jī)計(jì)劃和所有機(jī)組的出力計(jì)劃進(jìn)

4、行決策。充分利用在月度時(shí)間尺度可獲取的風(fēng)速概率分布特性、風(fēng)速波動(dòng)特性等信息，模擬生成多組涵蓋實(shí)際風(fēng)電功率統(tǒng)計(jì)特征的風(fēng)電場(chǎng)景，并嵌套在第二階段決策模型中，以獲得更加貼近系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求的機(jī)組組合方案。仿真結(jié)果表明，所提月度-短期機(jī)組組合協(xié)調(diào)優(yōu)化方法及月度機(jī)組組合模型，可通過火電機(jī)組的動(dòng)態(tài)優(yōu)化分群，實(shí)現(xiàn)月度機(jī)組組合與短期機(jī)組組合的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，降低火電機(jī)組整體開機(jī)水平、提高機(jī)組平均負(fù)荷率，進(jìn)而提高風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。
　　為應(yīng)對(duì)風(fēng)電不確定

5、性而需增加的部分旋轉(zhuǎn)備用容量一般為小概率備用需求，風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差隨預(yù)測(cè)時(shí)間尺度的縮短逐漸減小，而系統(tǒng)中大部分中小型機(jī)組均可在4～8h內(nèi)啟動(dòng)，具備日內(nèi)進(jìn)行機(jī)組組合調(diào)整的條件。基于上述認(rèn)識(shí)，提出了短期機(jī)組組合的多級(jí)協(xié)調(diào)制定策略。其具體做法為，將傳統(tǒng)的短期機(jī)組組合拓展為三級(jí)，分別為:與調(diào)度周期同步的一次機(jī)組組合、提前若干小時(shí)（通常為4～8h）制定的二次機(jī)組組合、更短時(shí)間間隔調(diào)整快速機(jī)組啟停的三次機(jī)組組合。在制定一次機(jī)組組合時(shí)，適當(dāng)放松對(duì)供電可靠

6、率的要求，降低旋轉(zhuǎn)備用容量，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性;在日內(nèi)運(yùn)行時(shí)，滾動(dòng)地利用最新的運(yùn)行及預(yù)測(cè)信息對(duì)未來時(shí)刻旋轉(zhuǎn)備用的充裕度進(jìn)行預(yù)估，當(dāng)不滿足系統(tǒng)需求時(shí)，再進(jìn)行二次及三次機(jī)組組合對(duì)原機(jī)組組合方案進(jìn)行調(diào)整，以保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。對(duì)各級(jí)機(jī)組組合分別建立了相應(yīng)的確定性模型。一次機(jī)組組合旋轉(zhuǎn)備用容量是否恰當(dāng)是決定各級(jí)機(jī)組組合協(xié)調(diào)效果的關(guān)鍵，針對(duì)解析法難以確定一次機(jī)組組合最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用容量的問題，提出了基于歷史及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的仿真方法。仿真結(jié)果表明，不

7、同時(shí)間尺度機(jī)組組合的協(xié)調(diào)，可有效利用隨著計(jì)劃執(zhí)行時(shí)刻的臨近逐漸準(zhǔn)確的風(fēng)電功率信息，從而降低系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)備用容量，進(jìn)而降低發(fā)電成本、提高運(yùn)行效率。
　　基于風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差隨預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)的縮短逐漸減小等特性，結(jié)合基于場(chǎng)景法的隨機(jī)機(jī)組組合模型可更加準(zhǔn)確地描述風(fēng)電功率的不確定性、經(jīng)濟(jì)性更佳的優(yōu)勢(shì)，在短期機(jī)組組合兩階段決策框架的基礎(chǔ)上，增加日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整階段，提出了含風(fēng)電系統(tǒng)短期機(jī)組組合的三階段決策框架。以實(shí)際風(fēng)電功率作為中間變量，將日內(nèi)

8、超短期預(yù)測(cè)風(fēng)電功率描述為雙重隨機(jī)變量、日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整事件描述為雙重隨機(jī)事件，建立了相應(yīng)的三階段雙重隨機(jī)機(jī)組組合模型。模型中采用平衡機(jī)會(huì)約束計(jì)及了系統(tǒng)的可靠性要求。選擇基于雙重隨機(jī)模擬的混合遺傳算法對(duì)所提模型進(jìn)行求解。仿真結(jié)果表明，所提三階段雙重隨機(jī)機(jī)組組合模型，可在日內(nèi)利用更加準(zhǔn)確的風(fēng)電功率信息，且在日前機(jī)組組合決策時(shí)更加準(zhǔn)確地計(jì)及日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整的影響，與兩階段隨機(jī)機(jī)組組合模型、多級(jí)協(xié)調(diào)制定策略下的確定性機(jī)組組合模型相比，利用該模型