适合风电接入电力系统的中短期发电调度模型与方法

【摘要】发电调度是保证电网安全稳定运行,实现发电资源高效配置的重要环节。近年来,为了促进能源、环境可持续发展,风电作为一种成熟的可再生发电资源,得到了大力开发,风电场规模不断扩大,并网容量不断增加。然而风电具有随机性、间歇性和难以准确预测等特点,这些特点给电力系统发电调度和安全运行带来了一系列新的问题。同时,随着发电调度系统管理水平的提高,为了实现综合效益最大化,不仅应该考虑有功出力的分配,还应该考虑机组备用的选择、机组检修计划优化等问题,统筹协调发电资源。基于上述背景,本文围绕风电接入电力系统的中短期发电调度问题开展了以下研究：在间隔10-15min有功优化调度方面,为了应对风电功率波动对备用容量和线路潮流带来的不确定性问题,提出了考虑线路安全校核的含风电场电力系统有功和备用协调调度模型。首先,在建模过程中结合置信水平,分析了负荷和风电出力预测误差对备用的影响,建立了备用与风电出力之间的量化关系。然后针对风电功率不确定性引起线路潮流波动的特点,引入线路安全约束的多场景模型,同时为了处理该模型存在校核场景和校核线路数量大的问题,进一步结合调度时段机组的出力范围,基于线性规划定理,提出校核线路和校核场景的缩减方法,降低了求解难度。最后进行了算例验证,结果显示,根据所建模型给出的调度方案能同时满足经济性和安全性。在上述研究基础上,进一步考虑环境效益和备用不足引起的运行风险,目标函数中增加了污染物排放量,定义了备用风险指标,构建了多目标有功优化调度模型。为了更好的求解该模型,提出了一种改进多目标微分进化算法。该算法引入混沌搜索策略以提高初始种群利用率,采用控制参数调整策略以克服算法对控制参数依赖性强的缺点,利用动态拥挤距离排序策略使得帕累托最优解集分布更加均匀。以所提算法求得的帕累托最优解集为决策矩阵,使用基于熵的序数偏好方法对最优解集进行排序,得到最终决策方案。对比分析结果表明,所提算法能够为多目标有功优化调度问题提供更加优良的候选方案。在日前机组组合方面,为了更高效地求解含风电场电力系统安全约束机组组合的多场景随机模型,提出了一种区间优化结合点估计的方法。首先基于风电出力置信区间,利用最紧约束集及相应的极限场景描述风电出力波动,进而对随机安全约束机组组合进行区间优化,在保证调度方案满足安全约束的同时提高了计算速度。然后为了评价应对风电出力波动的调整能耗,进一步利用点估计法对区间优化方法进行改进,使得优化调度方案更为经济。最后采用混合整数线性规划法对模型进行求解。通过算例对比分析,结果表明,所提方法仅需要对少量场景进行计算就可以保证调度方案满足安全性和经济性的要求,能够有效地求解含风电场的随机安全约束机组组合问题。在月度机组组合方面,为了更好地接纳风电,同时兼顾检修计划优化,建立了含风电场电力系统月度机组组合和检修计划联合优化模型。首先基于历史数据,采用威布尔函数描述风电的概率分布,利用机会约束规划理论处理风电不确定性对约束条件的影响,构建了相关概率模型并给出了多个风电场情况下概率模型确定化方法。然后引入了检修费用和检修相关约束,并针对机组组合和检修计划时段间隔不同,分别设置了时段索引变量,建立了相互之间的关联矩阵,实现了发电和检修协调优化。最后利用混合整数线性规划法对模型进行优化。算例结果表明,所建模型可以有效地权衡成本费用和运行风险之间的关系,能够同时给出合理的机组组合方案和检修计划方案,为风电接入电力系统的中期调度运行提供了一种有效的手段。上述论文工作研究了风电出力随机性对不同时间尺度发电调度的影响,并给出了一套建模和求解方法,为规模化波动性电源并网后电力系统中短期安全经济运行提供了理论和方法支撑。
【作者】夏澍；
【导师】周明；
【作者基本信息】华北电力大学，电力系统及其自动化，2014，博士
【关键词】风电场；不确定性；经济调度；多目标；机组组合；检修计划；

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