王睿淳等
摘要:
針對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電等可再生發(fā)電資源的大量并網(wǎng),結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)及其他多種發(fā)電資源,構(gòu)建內(nèi)蒙古電網(wǎng)多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型,以促進(jìn)可再生能源應(yīng)用的同時(shí),保證電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益,從而實(shí)現(xiàn)整體的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益。采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法,以保證風(fēng)力發(fā)電出力的前提下發(fā)電系統(tǒng)收益最大化為目標(biāo),建立多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型,并選取實(shí)例進(jìn)行算法對(duì)比分析,分析不同情形下多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明,風(fēng)電與其他可再生發(fā)電資源、儲(chǔ)能機(jī)組以及常規(guī)機(jī)組協(xié)調(diào)調(diào)度,不僅具有環(huán)保性,且提高了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)予以大力推廣。
關(guān)鍵詞:
內(nèi)蒙古電網(wǎng);發(fā)電資源;優(yōu)化調(diào)度;細(xì)菌覓食算法
中圖分類號(hào):
TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):16723198(2014)22019503
1引言
能源緊缺、氣候變化以及環(huán)境污染等問(wèn)題的日益嚴(yán)峻,對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。新形勢(shì)下,各地電力系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)正在逐漸轉(zhuǎn)變,風(fēng)電等可再生發(fā)電資源逐漸被廣泛采用。風(fēng)電并網(wǎng)的有序性在很大程度上體現(xiàn)在風(fēng)電與其他可再生能源之間,風(fēng)電與常規(guī)電源、電網(wǎng)建設(shè)、大型儲(chǔ)能設(shè)備之間規(guī)劃和運(yùn)行兩方面的協(xié)調(diào)與配合。但是由于風(fēng)電建設(shè)周期短、審批標(biāo)準(zhǔn)管理不善,致使我國(guó)風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃脫節(jié);同時(shí),內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電多分布在負(fù)荷水平薄弱的地區(qū),電力不能就地消納,棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重,抑制了內(nèi)蒙古風(fēng)電的有序并網(wǎng)運(yùn)行。因此,本部分重點(diǎn)分析內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電與其他發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方案。
國(guó)內(nèi)對(duì)于含風(fēng)電的多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度研究主要停留在理論研究階段,未得到實(shí)際推廣。文獻(xiàn)[1]分析了分布式發(fā)電資源的技術(shù)現(xiàn)狀及其在中國(guó)的發(fā)展;文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了分布式電源節(jié)能調(diào)度優(yōu)化模型。國(guó)外對(duì)于分布式發(fā)電資源調(diào)度算法的研究較多,其中文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法分別對(duì)含有風(fēng)電及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的電力系統(tǒng)發(fā)電資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度;文獻(xiàn)[5]分析了核電與風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。
本文基于內(nèi)蒙古地區(qū)多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度管理體系及現(xiàn)狀,構(gòu)建了多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型,并采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法對(duì)模型進(jìn)行尋優(yōu)求解,對(duì)比分析含可再生發(fā)電資源的發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度與傳統(tǒng)發(fā)電資源調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性,為內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)提供調(diào)度方案。
2風(fēng)電與多種發(fā)電資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度
2.1風(fēng)電與其他可再生發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度
以光伏發(fā)電為例,風(fēng)能和光能都存在間歇性和隨機(jī)性,其獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出,為實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的平穩(wěn)輸出,可以通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)并加入儲(chǔ)能裝置,在充分利用風(fēng)能和光能在時(shí)間以及地域上的天然互補(bǔ)性的基礎(chǔ)上,通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能的存儲(chǔ)和釋放,以達(dá)到改善風(fēng)光發(fā)電的功率輸出特性,緩解風(fēng)電的間歇性和波動(dòng)性與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡之間的矛盾,降低其電網(wǎng)的沖擊。其聯(lián)合調(diào)度流程如圖1所示。
其中,風(fēng)光電站功率聯(lián)合預(yù)測(cè)主要基于風(fēng)速與光照等氣象信息,并通過(guò)數(shù)據(jù)接口從調(diào)度SCADA獲取風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù),建立一定的輸出功率評(píng)價(jià)模型,采用多種方法對(duì)次日風(fēng)電出力和光伏電站處理進(jìn)行預(yù)測(cè),進(jìn)而計(jì)算加工得出次日的風(fēng)光電站輸出的總功率曲線;發(fā)電計(jì)劃安排通過(guò)智能控制調(diào)度系統(tǒng)配置出力計(jì)劃;實(shí)時(shí)發(fā)電控制則由智能控制調(diào)整系統(tǒng)的實(shí)時(shí)發(fā)電控制來(lái)完成,其根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整由離線軟件計(jì)劃輸出的發(fā)電計(jì)劃。
2.2風(fēng)電與常規(guī)發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度
風(fēng)電功率的隨機(jī)性與間歇性,決定了風(fēng)電出力的控制較為困難。如果有一定規(guī)模的常規(guī)機(jī)組配合運(yùn)行,利用水、火電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電出力的補(bǔ)償,平抑風(fēng)電的間歇性波動(dòng),保證外送負(fù)荷特性滿足受端電網(wǎng)要求。因此,在加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè),接納更多的風(fēng)電上網(wǎng)與外送的同時(shí),還應(yīng)實(shí)施“風(fēng)火水互濟(jì)”打捆外送模式,以穩(wěn)定的潮流外送。
風(fēng)電-常規(guī)能源聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行管理策略主要有兩點(diǎn):
(1)有水電聯(lián)合調(diào)度情況下。
在有水電參與風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度的情況中,由于水電具有一定的波動(dòng)性,其在春夏季為豐水期、秋冬季為枯水期。當(dāng)水電站的水庫(kù)具有一定調(diào)節(jié)庫(kù)容時(shí),水庫(kù)蓄水可以平抑來(lái)水的短期波動(dòng)。此時(shí),將水電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行,可以用水電的短期波動(dòng)平抑能力彌補(bǔ)風(fēng)電的短期波動(dòng),風(fēng)電則為整個(gè)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)提供電量保證。
(2)無(wú)水電聯(lián)合調(diào)度或水電不足以完全平衡風(fēng)電出力情況下。
在此情況下,火電將作為平衡風(fēng)電出力的主要調(diào)峰手段?;痣姷恼{(diào)峰情況需要首先計(jì)算水電可平衡的風(fēng)電,即水電為風(fēng)電提供調(diào)峰能力(無(wú)水電聯(lián)合調(diào)度情況下水電調(diào)峰能力為0)后,安排各類火電廠在系統(tǒng)負(fù)荷曲線的工作位置。其調(diào)度策略如下:①首先,安排受外部條件或機(jī)組運(yùn)行技術(shù)條件限制的發(fā)電出力;②安排有調(diào)節(jié)庫(kù)容水電廠的可調(diào)節(jié)出力;③系統(tǒng)日負(fù)荷曲線上剩余部分負(fù)荷即為火電廠承擔(dān)的負(fù)荷。
2.3風(fēng)電與抽水蓄能電站協(xié)調(diào)調(diào)度
風(fēng)電-抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有三種:一是風(fēng)電僅與抽水蓄能電站相連;二是風(fēng)電既與抽水蓄能電站相連又與電網(wǎng)相連;三是風(fēng)電僅與電網(wǎng)相連。考慮風(fēng)電和抽水蓄能電站的特殊地理?xiàng)l件及電能的利益效率,兩者分別各自接入電網(wǎng)具有更好的靈活性。因此,本部分選擇的風(fēng)電-抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.2優(yōu)化調(diào)度算法
在此對(duì)細(xì)菌覓食算法進(jìn)行改進(jìn),以對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度分析。
細(xì)菌覓食算法(Bacteria Foraging Algorithm, BFA)是由Passino開發(fā)的一種仿生類算法,主要源自人體腸道內(nèi)大腸桿菌的覓食機(jī)制。在實(shí)際的細(xì)菌覓食過(guò)程中,細(xì)菌通過(guò)翻轉(zhuǎn)和前進(jìn)等運(yùn)動(dòng),尋找最優(yōu)的適應(yīng)值。具體而言,BFA算法包括趨化、繁殖與驅(qū)散三個(gè)步驟:(1)趨化。首先,細(xì)菌進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),即改變方向移動(dòng)單位步長(zhǎng);其次,若翻轉(zhuǎn)后適應(yīng)值有所改善,則繼續(xù)沿同一方向移動(dòng)若干步,否則即中止運(yùn)動(dòng)。(2)繁殖。趨化次數(shù)達(dá)到臨界值時(shí),細(xì)菌將依據(jù)“優(yōu)勝劣汰”原則,進(jìn)行繁殖。(3)驅(qū)散。為加強(qiáng)BFA算法的全局尋優(yōu)能力,在細(xì)菌完成一定次數(shù)的繁殖后,將以一定概率把細(xì)菌驅(qū)散到搜索空間中任意位置,避免陷入局部尋優(yōu)。
本文基于原始的BFA算法對(duì)其尋優(yōu)過(guò)程中的趨化和繁殖階段進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)過(guò)程包括:(1)求解最小化問(wèn)題時(shí),在再生排序完成前,取趨化階段每個(gè)細(xì)菌成本函數(shù)的最小值,而不是取所有趨化階段成本函數(shù)的平均值;(2)每個(gè)趨化階段中所有細(xì)菌的路線均通過(guò)最優(yōu)細(xì)菌路線得到評(píng)估,而不是取自其余所有細(xì)菌彼此間的距離。
4算例分析
4.1數(shù)據(jù)采集
本文選取IEEE-30母線系統(tǒng)作為實(shí)例,并做出相應(yīng)調(diào)整。系統(tǒng)由風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電機(jī)組及可控負(fù)荷組成,并將原系統(tǒng)第11與13條母線上的常規(guī)電廠改為風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電廠,裝機(jī)容量均為40MW。選取某一典型日內(nèi)系統(tǒng)發(fā)電出力及成交電價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù),見(jiàn)表1、表2。
5結(jié)論
隨著內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大量并網(wǎng),將對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響,因此在電力優(yōu)化調(diào)度中需考慮電網(wǎng)約束,如線路可允許電壓,以及母線電壓水平等;同時(shí),也需增加新的約束條件,如配電網(wǎng)每條母線的線路容量和電壓級(jí)別等。本文針對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)多種發(fā)電資源的大量并網(wǎng),構(gòu)建了適用于各種分布式發(fā)電資源的優(yōu)化模型,并采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法,分析了不同參數(shù)條件下模型的經(jīng)濟(jì)性,為內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大規(guī)模有序并網(wǎng)提供了理論依據(jù)。通過(guò)算例分析表明,采用多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型,可顯著提升電力系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)利潤(rùn),并具有環(huán)保效益。
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