電力系統(tǒng)源、網(wǎng)協(xié)同調(diào)度的理論研究.pdf

1、可耗竭資源日趨緊張，環(huán)境污染、氣候變化等問題日益突出，能源清潔化變革勢在必行，迫使電力系統(tǒng)向清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的智能化方向發(fā)展。新形勢下，電力系統(tǒng)源（發(fā)電和負(fù)荷）網(wǎng)間呈現(xiàn)多元、關(guān)聯(lián)、互補(bǔ)的復(fù)雜形態(tài)，電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行面臨突出矛盾，即源平衡過程中面臨強(qiáng)不確定性接納能力、電能傳輸能力、電網(wǎng)電壓支撐水平的考驗(yàn)。
　　實(shí)現(xiàn)源平衡是電力系統(tǒng)調(diào)度與控制的目標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體，即在調(diào)度中考慮控制，控制中計(jì)及調(diào)度是電力系統(tǒng)消納不確定性的關(guān)鍵，充分

2、挖掘電力系統(tǒng)的頻率、電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，源網(wǎng)互補(bǔ)特性以及電壓支撐的協(xié)同潛力可有效提升不確定性下源平衡能力。
　　基于此，本文以應(yīng)對(duì)不確定性為背景，以處理源間、源網(wǎng)間矛盾為目的，以頻率、電壓為線索，以協(xié)同概念為引導(dǎo)，以數(shù)學(xué)優(yōu)化理論為工具，以源協(xié)同、源網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化為核心，開展了應(yīng)對(duì)源平衡過程中不確定性的電力系統(tǒng)源、網(wǎng)協(xié)同調(diào)度的基礎(chǔ)理論和方法的研究工作，該工作也是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度的理論研究”的重要組成部分。本文的主要工作和

3、創(chuàng)新成果如下:
　　(1)提出了應(yīng)對(duì)不確定性的電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度的構(gòu)架體系。首先給出了源、網(wǎng)的定義，就電力系統(tǒng)調(diào)度中的協(xié)同潛力及其支撐技術(shù)予以分析，然后給出了進(jìn)行協(xié)同調(diào)度理論研究的理由，那就是電力系統(tǒng)運(yùn)行中存在頻率、電壓調(diào)節(jié)的協(xié)同效應(yīng)，以及智能電網(wǎng)柔性控制技術(shù)的出現(xiàn)，為挖掘電網(wǎng)智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)調(diào)度中的潛能提供了條件。由此明確協(xié)同調(diào)度的關(guān)鍵問題，并明晰協(xié)同調(diào)度研究的思路，進(jìn)而提出電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度理論體系。理論問題的凝練為后續(xù)的電力

4、系統(tǒng)源、網(wǎng)協(xié)同調(diào)度建模奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)不確定性背景下源平衡過程中源間的矛盾，提出了計(jì)及頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的源協(xié)同調(diào)度模型，該模型發(fā)揮頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的合作作用以在決策層面上挖掘系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力，并考慮發(fā)電機(jī)組備用響應(yīng)機(jī)制，使備用有明確的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)調(diào)度與控制的友好銜接。所提模型在數(shù)學(xué)上為含可變參數(shù)區(qū)間的魯棒優(yōu)化問題，具有較大的復(fù)雜度，為簡化模型解算規(guī)模，給出約束縮減方法，基于強(qiáng)對(duì)偶理論采用互補(bǔ)形式表達(dá)以提取主導(dǎo)約束，

5、并將其轉(zhuǎn)化為確定性的雙線性規(guī)劃問題予以求解。最后，算例分析說明了所提方法消納不確定性的有效性以及較高的模型解算效率。
　　(3)針對(duì)不確定性背景下電壓支撐、電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響，在分析電壓支撐影響源平衡機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的協(xié)同調(diào)度模型，該模型在源平衡決策中計(jì)及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，備用策略直接對(duì)應(yīng)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，目的在于挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對(duì)該模型，給出了帶精英策略的

6、快速非支配排序遺傳算法和蒙特卡洛模擬非線性優(yōu)化組合求解方法。算例分析表明了調(diào)度中計(jì)及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)以增強(qiáng)源平衡能力的正確性和有效性。
　　(4)在明晰不確定性下機(jī)組組合問題的基礎(chǔ)上，提出了計(jì)及電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的機(jī)組組合模型，其在網(wǎng)協(xié)同調(diào)度模型中進(jìn)一步考慮發(fā)電機(jī)組啟停決策，并統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，以挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對(duì)該模型，給出了基于奔德斯分解的求解思路，即將該模型分解為主問題和子問題，主問題是計(jì)及直流網(wǎng)絡(luò)約束

7、的機(jī)組組合問題，用以決策發(fā)電機(jī)組啟停狀態(tài)和調(diào)度的有功功率，并以此作為復(fù)雜變量形成主、子問題之間的關(guān)聯(lián)，子問題則為各場景下的電壓支撐決策問題，用以校驗(yàn)各場景下的電壓安全和網(wǎng)絡(luò)約束。算例分析揭示了電壓支撐、電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)影響機(jī)組啟停狀態(tài)的機(jī)理并表明了考慮電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)的機(jī)組組合決策提升不確定性下源平衡能力的有效性。
　　(5)針對(duì)新形勢下源平衡過程中的電網(wǎng)電壓支撐面臨雙向流、輕載以及與基于直流潮流的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的協(xié)調(diào)等問題，在分析電網(wǎng)電壓

8、支撐的基礎(chǔ)上，聚焦研究間接主動(dòng)量的合作機(jī)制，構(gòu)建了計(jì)及柔性電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的電壓支撐決策模型，將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整納入決策，并出于安全角度考慮變壓器過負(fù)荷閉鎖調(diào)檔限制。針對(duì)該模型，給出了由遺傳算法和非線性原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法相結(jié)合的求解方法。結(jié)合算例分析表明了通過優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有效提升了源平衡的電壓支撐能力。
　　(6)針對(duì)不確定性背景下源平衡實(shí)現(xiàn)需要滿足電壓支撐水平的電網(wǎng)問題，以同時(shí)處理源間、源網(wǎng)間矛盾為目的，開展了網(wǎng)與源平衡間關(guān)聯(lián)的研究，提出了源

9、網(wǎng)間協(xié)同的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，其核心是在協(xié)調(diào)源安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度的同時(shí)，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的電氣規(guī)律，融入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合作以有效應(yīng)對(duì)電壓支撐水平和電網(wǎng)元件載流限制，實(shí)現(xiàn)滿足限定電壓支撐水平下的源協(xié)同調(diào)度。針對(duì)該模型，給出了由遺傳算法和非線性原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法相結(jié)合的求解思路。算例分析表明了所提源網(wǎng)間協(xié)同的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法提升不確定性下以電為媒介的源平衡能力以及經(jīng)濟(jì)性的有效性。
　　綜上所述，本文就電力系統(tǒng)源、網(wǎng)協(xié)同調(diào)度問題進(jìn)行了探索和研究，提出了相