應對不確定性電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的理論研究.pdf

1、生態(tài)環(huán)境日益惡化，威脅著人類生存，能源清潔化變革勢在必行，電力系統(tǒng)必須向綠色、低碳、環(huán)保和節(jié)能的智能化方向發(fā)展。新形勢下，電力系統(tǒng)中發(fā)電、用電呈現(xiàn)多元化，在用電負荷自身不確定性的基礎上，加之風光等清潔可再生能源的并入，進一步增加了不確定性。同時，主動可控量和被動不可控量間構成也發(fā)生了本質(zhì)性的變化，二者間呈現(xiàn)反調(diào)性。由此，發(fā)電與負荷的平衡過程發(fā)生了改變，呈現(xiàn)多元交織、關聯(lián)互補的復雜形態(tài)，這使電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度與控制面臨嚴峻的、亟待解決的矛盾

2、。
　　電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度就是以有限的調(diào)控能力，在應對上述矛盾中發(fā)揮最佳的效果，其核心是預先決策可調(diào)、可控量的基點與可控量的備用，前者是基于預測的期望計劃，后者是偏離期望的備用范圍，二者間必須有機銜接以保證調(diào)度在控制的配合下按預期執(zhí)行。可見，基點位置、可控范圍以及范圍的變動構成電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的三個基本要素，三者間緊密關聯(lián)、不可分割。
　　本文的工作正是在這一研究背景下，以電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度中出現(xiàn)的不確定性因素為研究對象，以主動

3、與被動間矛盾的解決為線索，在經(jīng)濟規(guī)律為導向的前提下，進行以應對不確定性為目的的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的基礎理論和方法的研究與探索，其主要工作和創(chuàng)新性成果體現(xiàn)如下:
　　(1)針對電力系統(tǒng)運行中主動量與被動量間關聯(lián)、耦合，擾動不確定性與波動不確定性交織、共存的復雜矛盾關系，提出基于運動學規(guī)律、并用幾何學描述的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度中不確定性的概念與度量定義。主要體現(xiàn)在:給出經(jīng)濟調(diào)度類比的點、線、面、體以及主動量和被動量的定義，以此概念為基礎，具

4、象描述和量化分析了主動與被動的有功功率平衡過程中不確定性的特征和性質(zhì)，并把經(jīng)濟調(diào)度應對被動量波動不確定性、被動量間歇不確定性和主動量擾動不確定性的決策問題總結為點與區(qū)間聯(lián)動，點、線與區(qū)間聯(lián)動，點、面與區(qū)間聯(lián)動的決策問題。經(jīng)濟調(diào)度研究范圍與軌跡得以明晰、作用有的放矢，為后續(xù)鋪墊基礎。
　　(2)針對被動量區(qū)間波動不確定性特征，提出了計及機組備用響應能力的電力系統(tǒng)區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型。按機組運行位置和釋放備用響應能力的方向和大小對機組進行

5、分類，即下調(diào)類、上下可調(diào)類和上調(diào)類，并對這3類機組的運行的特性進行分析;根據(jù)被動量需求區(qū)間分布范圍提出了有效備用響應能力的概念，將區(qū)間滿足度作為新的約束條件，提出一種考慮被動量需求區(qū)間波動不確定性的經(jīng)濟調(diào)度方法;通過拉格朗日乘子法對模型進行求解，推演出第一類機組和第三類機組微增率存在對稱性，對三類機組功率變化、微增率變化、成本差值變化的等差性進行了分析和論證，并探討了區(qū)間備用響應的受限情況、經(jīng)濟特性和物理本質(zhì)等基礎問題。最后，為驗證本文

6、理論研究的有效性，以10機系統(tǒng)進行算例分析，實現(xiàn)了區(qū)間備用范圍的最優(yōu)選擇，且達到單位備用成本最低的目標，表明此研究對電力系統(tǒng)調(diào)度如何應對不確定性問題具有一定參考價值。
　　(3)針對多種被動量共存時的不同分布、不同特性，提出計及多區(qū)間不確定性的經(jīng)濟調(diào)度模型。本文將多種被動量波動不確定集劃分為關鍵不確定集與柔性不確定集，給出了負荷區(qū)間備用約束與可再生能源發(fā)電置信度備用約束兩種約束的定義和表達，提出了計及被動量多區(qū)間不確定性的經(jīng)濟調(diào)度

7、模型;采取機組分類的方法進行求解，并對兩類約束的作用機理進行分析，研究了不同約束作用下機組備用的響應原理和特性;最后，通過10機系統(tǒng)的仿真，驗證了所提方法的正確性和有效性。該研究體現(xiàn)出一種得失折中的決策思想，并進一步拓展了區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度方法的適應性。
　　(4)針對可再生能源發(fā)電中不可預知的變動引起發(fā)電功率不均衡，使調(diào)度必須要考慮這一變動的問題，通過對不確定量變化波動不確定性和間歇不確定性兩類不同的屬性特征進行分析，以探尋負荷及可再

8、生能源發(fā)電變化苛刻情景范圍為線索，在被動量區(qū)間滿足度約束基礎上，提出被動量功率變化速度的概念和對應滿足度約束新表達，建立計及間歇性的電力系統(tǒng)區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型。該研究使得電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度在應對與接納可再生能源發(fā)電的決策中能夠有效兼顧不確定性的量與度的要求，有效提高了調(diào)度解的魯棒性。
　　(5)在電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度中，由于不確定性呈現(xiàn)多元化特征，即決策量和被決策量都存在不確定性，這給調(diào)度中備用的決策帶來困難。對此，在對備用特性、功效深入

9、分析的前提下，提出一種使備用配置更有效的經(jīng)濟調(diào)度方法。該方法的核心體現(xiàn)在:結合主動量與被動量的概念，依據(jù)其不確定性的特性，分別設置備用，并以期望能量得不到應用為指標表達備用的效用。在此基礎上，以主動量為純火電機組和被動量為負荷及可再生能源發(fā)電，推演對應主動量與被動量配置備用效用以及備用邊際效用的解析表達，進而借助邊際效用遞減規(guī)律構成主動量與被動量的等備用邊際效用的新約束條件，促進電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度模型的發(fā)展。以此為基礎，建立主動量與被動量

10、等備用邊際效用約束下的經(jīng)濟調(diào)度模型，并給出求解方法。該研究可實現(xiàn)主動量與被動量備用的最優(yōu)匹配，使經(jīng)濟調(diào)度理論取得有益進展。
　　(6)針對發(fā)電機組內(nèi)部存在禁止運行區(qū)間的物理特性，提出了一種求解含禁止運行域機組經(jīng)濟調(diào)度問題的有效迭代算法。對一臺含禁止運行域的機組來說，其有效運行區(qū)域被劃分為輸出功率下限和上限之間的幾個子運行域，這將形成一個非凸優(yōu)化問題。通過深入探討和分析含禁止運行域機組對系統(tǒng)內(nèi)其他機組的影響、含禁止運行域機組之間的影