考慮風(fēng)電不確定性的互聯(lián)電力系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度

栗　然，周鴻鵠，劉　健，黨　磊，董　哲

(1.華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定　071003;2.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京　102206)

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考慮風(fēng)電不確定性的互聯(lián)電力系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度

栗然1，周鴻鵠1，劉健2，黨磊1，董哲1

(1.華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北保定071003;2.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京102206)

0　引　言

隨著化石能源枯竭，全球環(huán)境惡化，國(guó)際社會(huì)對(duì)可再生能源應(yīng)用的需求越來(lái)越高。分布式發(fā)電是可再生能源利用的主要途徑，但分布式電源出力間歇性和波動(dòng)性的缺點(diǎn)給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來(lái)諸多不良影響?；诖?，北卡萊羅納州立大學(xué)黃勤教授和普渡大學(xué)Lefteri H.Tsoukalas 教授率先提出能源互聯(lián)網(wǎng)(Energy Internet)的概念[1-3]。著名學(xué)者杰里米·里夫金在其新著《第三次工業(yè)革命》中將能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)視作第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)[4]。能源互聯(lián)網(wǎng)中能量的流通轉(zhuǎn)化以電能為核心，包含熱能、化學(xué)能等其他形式的能量，涉及電力系統(tǒng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)和智能交通網(wǎng)絡(luò)等物理網(wǎng)絡(luò)[5]。

電能的遠(yuǎn)距離輸送和廣域內(nèi)的協(xié)調(diào)消納是實(shí)現(xiàn)可再生能源廣域內(nèi)大規(guī)模共享的主要途徑。區(qū)域電力系統(tǒng)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域內(nèi)分布式電源信息的區(qū)域間交互，通過(guò)輸電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的物理互聯(lián)。根據(jù)各區(qū)域分布式電源的出力預(yù)測(cè)信息，制定更加合理的輸電計(jì)劃，可實(shí)現(xiàn)分布式電源出力的廣域協(xié)調(diào)消納。廣域內(nèi)的電力系統(tǒng)互聯(lián)主要通過(guò)輸電網(wǎng)，即區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)，因此互聯(lián)電力系統(tǒng)中，優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線輸電計(jì)劃，可實(shí)現(xiàn)各區(qū)域電力系統(tǒng)中分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)優(yōu)化，提高能源利用率[6-8]。

分布式電源出力不確定性給電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)的挑戰(zhàn)不容忽視。魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略通過(guò)建立合理的不確定集合，確保分布式電源出力在預(yù)測(cè)誤差范圍內(nèi)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行[9-12]。但是魯棒調(diào)度的保守性使得系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低，如何提高魯棒調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性需要進(jìn)一步研究?；ヂ?lián)電網(wǎng)根據(jù)各區(qū)域分布式電源的出力預(yù)測(cè)信息，通過(guò)制定聯(lián)絡(luò)線輸電計(jì)劃可實(shí)現(xiàn)資源在區(qū)域間的優(yōu)化配置，提高魯棒調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性，降低互聯(lián)區(qū)域魯棒運(yùn)行成本。

本文提出一種廣域協(xié)調(diào)消納大規(guī)模新能源發(fā)電出力的聯(lián)絡(luò)線優(yōu)化調(diào)度模式——“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”，并將魯棒優(yōu)化和聯(lián)絡(luò)線調(diào)度相結(jié)合，以互聯(lián)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)原則，確定聯(lián)絡(luò)線調(diào)度計(jì)劃，保證了互聯(lián)系統(tǒng)魯棒性的同時(shí)提高了互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

1　模型建立

1.1物理模型

新能源發(fā)電以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為主，近年來(lái)，隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量急劇上升，風(fēng)電出力的波動(dòng)性給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的影響越來(lái)越大。因此本文以風(fēng)電為例進(jìn)行分析，需要指出的是本文的方法同樣適合其他形式的新能源發(fā)電?？紤]風(fēng)電出力空間分布的特點(diǎn)，不同地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)出力同時(shí)達(dá)到峰值或谷值的概率較小?；ヂ?lián)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線日前調(diào)度計(jì)劃制定時(shí)，應(yīng)考慮風(fēng)電出力區(qū)域間互補(bǔ)特點(diǎn)，將日前的風(fēng)功率預(yù)測(cè)納入到聯(lián)絡(luò)線調(diào)度計(jì)劃制定中，提高互聯(lián)系統(tǒng)風(fēng)電消納能力，減小互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行的成本。

本文給出“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式，實(shí)施方法如下：日前聯(lián)絡(luò)線調(diào)度計(jì)劃制定時(shí)，首先不考慮風(fēng)電出力，制定各區(qū)域電網(wǎng)常規(guī)電源和負(fù)荷平衡后的聯(lián)絡(luò)線“關(guān)口調(diào)度”計(jì)劃；然后根據(jù)各區(qū)域電網(wǎng)日前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值及預(yù)測(cè)誤差，按照互聯(lián)區(qū)域經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則，制定聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)區(qū)域風(fēng)電出力的廣域協(xié)調(diào)消納。因此，本文給出的聯(lián)絡(luò)線功率日前調(diào)度計(jì)劃由兩部分夠成：一部分為傳統(tǒng)的“關(guān)口調(diào)度”計(jì)劃，本文稱之為計(jì)劃值；另一部分為考慮風(fēng)電出力廣域協(xié)調(diào)消納的聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃調(diào)整量，本文稱之為調(diào)整值。將計(jì)劃值和調(diào)整值疊加得到考慮風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的聯(lián)絡(luò)線日前調(diào)度計(jì)劃。

對(duì)于某一區(qū)域而言，區(qū)域內(nèi)調(diào)度根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)功率、聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃和風(fēng)電預(yù)測(cè)功率安排常規(guī)電源出力。將區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)值和與該區(qū)域相連聯(lián)絡(luò)線功率的調(diào)整值相疊加，得到區(qū)域內(nèi)等效風(fēng)電出力。各區(qū)域魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型需要校驗(yàn)等效風(fēng)電出力的極端場(chǎng)景。等效風(fēng)電出力的極端場(chǎng)景不僅與風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值及預(yù)測(cè)誤差有關(guān)，而且與聯(lián)絡(luò)線功率在各個(gè)時(shí)段調(diào)整值的大小和方向有關(guān)。系統(tǒng)運(yùn)行人員通過(guò)制定聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值總是使得等效風(fēng)電出力整體波動(dòng)范圍減小，而魯棒調(diào)度中最惡劣場(chǎng)景總是尋求波動(dòng)最惡劣的等效風(fēng)電出力。從互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本的角度看，系統(tǒng)運(yùn)行人員通過(guò)制定聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值使得互聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行成本有減小的趨勢(shì)，而魯棒調(diào)度中最惡劣場(chǎng)景的考慮總是使得互聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行成本有增加的趨勢(shì)。這自然構(gòu)成了一類二人零和博弈模型：系統(tǒng)決策(聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值)和大自然(風(fēng)電出力)的隨機(jī)變化構(gòu)成了博弈的參與者，博弈的最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)最佳的聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值，使得互聯(lián)系統(tǒng)在最惡劣的風(fēng)電出力場(chǎng)景下運(yùn)行的成本最小。數(shù)學(xué)上此類問(wèn)題可歸結(jié)為一類帶約束的min-max優(yōu)化問(wèn)題。

在聯(lián)絡(luò)線功率和風(fēng)電場(chǎng)景確定的情況下，區(qū)域內(nèi)機(jī)組出力是一個(gè)帶約束的min優(yōu)化問(wèn)題，因此本文構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型為一類帶約束的min-max-min混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。為了簡(jiǎn)化分析，本文主要研究?jī)蓚€(gè)含風(fēng)電的區(qū)域電力系統(tǒng)，通過(guò)一條聯(lián)絡(luò)線連接的互聯(lián)電力系統(tǒng)模型。

1.2目標(biāo)函數(shù)

(1)

(2)

式中：Sh,n和Sc,n分別為火電機(jī)組熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)費(fèi)用；Toff,n,t為火電機(jī)組n第t時(shí)段連續(xù)停機(jī)時(shí)段數(shù)；Tmind,n為最小停機(jī)時(shí)間；Tc,n為冷啟動(dòng)間。

1.3約束條件

風(fēng)電出力不確定集合的構(gòu)造[11]：

(3)

最小開(kāi)停機(jī)時(shí)間約束：

(4)

式中：Ton,n,t為火電機(jī)組t時(shí)刻連續(xù)開(kāi)機(jī)小時(shí)數(shù)；Toff,n和Ton,n分別為火電機(jī)組n最小停機(jī)和開(kāi)機(jī)時(shí)間。

負(fù)荷需求約束：

(5)

式中：χt為聯(lián)絡(luò)線功率流動(dòng)方向二元變量，當(dāng)PL,t與規(guī)定正方向相同時(shí)，χt=1，否則，χt=-1；r為負(fù)荷備用率；Dt為t時(shí)刻負(fù)荷需求。

機(jī)組出力上下限約束：

(6)

式中：Pg,n,min和Pg,n,max為火電機(jī)組最大最小出力。

機(jī)組爬坡約束：

(7)

式中：Rn,+和Rn,-分別表示機(jī)組n的上爬坡速率和下爬坡速率。

功率平衡約束：

(8)

1.4聯(lián)絡(luò)線功率制定方案

聯(lián)絡(luò)線輸送容量約束：

(9)

(10)

式中：PL,1,t為不考慮風(fēng)電出力情況下的聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃值，PL,2,t為考慮互聯(lián)區(qū)域風(fēng)電出力廣域協(xié)調(diào)消納下的聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃調(diào)整值。

聯(lián)絡(luò)線功率頻繁大幅調(diào)節(jié)給互聯(lián)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患，因此，對(duì)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃調(diào)整值PL,2,t從調(diào)整時(shí)段、調(diào)整幅度和調(diào)整周期的角度進(jìn)一步限制。

① 考慮到實(shí)際系統(tǒng)中風(fēng)電消納應(yīng)盡可能以區(qū)域內(nèi)消納為主，因此，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整時(shí)段的控制策略如下：當(dāng)某區(qū)域在t時(shí)段風(fēng)電出力較小時(shí)，Pw,t,?≤ηt·Pw,?,max，可認(rèn)為該區(qū)域風(fēng)電消納能力充足，風(fēng)電出力無(wú)需共享，聯(lián)絡(luò)線功率不應(yīng)調(diào)整，即PL,2,t=0；當(dāng)某區(qū)域在t時(shí)段風(fēng)電出力較大時(shí)，Pw,t,?>ηt·Pw,?,max，可認(rèn)為該區(qū)域風(fēng)電消納能力不足，風(fēng)電出力應(yīng)當(dāng)共享，聯(lián)絡(luò)線功率應(yīng)當(dāng)調(diào)整，即PL,2,t≠0。PL,2,t表示根據(jù)區(qū)域風(fēng)電出力狀況制定的聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值；Pw,?,max表示一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)?區(qū)域風(fēng)電功率預(yù)測(cè)的最大值；ηt為調(diào)整時(shí)段控制比例系數(shù)，0≤ηt≤1。綜合考慮兩個(gè)區(qū)域調(diào)峰能力需求：當(dāng)兩區(qū)域中任何一個(gè)區(qū)域風(fēng)電出力較大時(shí)，聯(lián)絡(luò)線功率允許調(diào)整，即PL,2,t≠0，以減小區(qū)域調(diào)峰壓力；當(dāng)兩個(gè)區(qū)域風(fēng)電出力都較小時(shí)，聯(lián)絡(luò)線功率不允許調(diào)整，即PL,2,t=0。綜上所述，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整時(shí)段控制如式(11)所示：

(11)

②考慮到聯(lián)絡(luò)線功率大范圍的波動(dòng)可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值向量PL,2的幅值應(yīng)予以限制。由于PL,2主要在互聯(lián)區(qū)域風(fēng)電出力進(jìn)行互補(bǔ)調(diào)節(jié)，因此，PL,2在某時(shí)段的幅值不應(yīng)超過(guò)兩區(qū)域風(fēng)電在該時(shí)段出力的較大值，即

(12)

進(jìn)一步考慮，如果風(fēng)電出力在系統(tǒng)中所占比例較大，增加幅值限制系數(shù)ηφ，0≤ηφ≤1，即

(13)

③ 聯(lián)絡(luò)線功率頻繁調(diào)整影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整的時(shí)間尺度進(jìn)一步限制。聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整本質(zhì)上依然是根據(jù)風(fēng)電出力和負(fù)荷需求調(diào)整常規(guī)機(jī)組出力，因此，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整的時(shí)間尺度應(yīng)大于或等于常規(guī)機(jī)組功率調(diào)節(jié)的時(shí)間尺度。假設(shè)一個(gè)調(diào)度周期T內(nèi)常規(guī)機(jī)組功率調(diào)整時(shí)間尺度為t，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整時(shí)間尺度t=·t，為正整數(shù)，且t

(14)

綜上所述，聯(lián)絡(luò)線功率集合為

(15)

2　模型求解

本文建立的min-max-min問(wèn)題在數(shù)學(xué)上被稱為序列極大極小問(wèn)題，是一類典型的不可微優(yōu)化問(wèn)題，難以進(jìn)行全局尋優(yōu)。因此，本文根據(jù)所建模型的物理意義，采用分層求解的方法，將min-max-min模型拆分成兩部分：外層min-max博弈模型和內(nèi)層機(jī)組出力min優(yōu)化模型。內(nèi)層機(jī)組出力模型采用文獻(xiàn)[13]提出的離散離子群算法求解，外層模型采用文獻(xiàn)[14]提出的“非線性割平面算法”求解。

2.1“非線性割平面算法”求解步驟

v≥0

2.2“非線性割平面算法”的改進(jìn)方法

M1和M2建立的優(yōu)化模型在使用優(yōu)化算法進(jìn)行求解時(shí)，計(jì)算量大，耗時(shí)長(zhǎng)。進(jìn)一步考慮模型的物理意義：M1是以風(fēng)電出力的某些確定場(chǎng)景優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線功率，使得互聯(lián)區(qū)域機(jī)組運(yùn)行成本達(dá)到最??；M2是在聯(lián)絡(luò)線功率確定的情況下盡可能的選取最惡劣的風(fēng)電出力場(chǎng)景反饋給下次迭代的M1。

第k+1次迭代，M1中增加第k次迭M2求解出的風(fēng)電出力場(chǎng)景約束，因此，第k+1次迭代M1求解出的各時(shí)段互聯(lián)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)界于第k次迭代M1和M2求解出的各時(shí)段開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)之間。M2求解的風(fēng)電出力場(chǎng)景不包含在M1中，因此，M2求解出的各時(shí)段開(kāi)機(jī)機(jī)組的臺(tái)數(shù)應(yīng)不小于M1求解出的各時(shí)段開(kāi)機(jī)機(jī)組的臺(tái)數(shù)；并且，第k+1次迭代M1約束空間的范圍比第k次迭代的小，M2基于M1的結(jié)果進(jìn)行求解，因此，第k+1次迭代M2求解出的各時(shí)段開(kāi)機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)應(yīng)不大于第k次迭代M2求解出的各時(shí)段開(kāi)機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)。

本文采用[13]提出的方法，按照一定的順序開(kāi)停機(jī)組，開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)增加，即按照啟停順序增開(kāi)機(jī)組。基于上述分析，對(duì)算法做如下改進(jìn)：

① 第k+1次迭代，第二步調(diào)用BPSO算法求解時(shí)，粒子生成和迭代的過(guò)程中進(jìn)行如下修正：

(16)

(17)

U(k,2)表示第k次迭代第二步求解所得到機(jī)組組合狀態(tài)矩陣，U(k,3)表示第k次迭代第三步求解所得到機(jī)組組合狀態(tài)矩陣，U表示當(dāng)前計(jì)算所用到的機(jī)組組合狀態(tài)矩陣粒子。

②第k+1次迭代，第三步調(diào)用BPSO算法求解時(shí)，粒子生成和迭代的過(guò)程中進(jìn)行如下修正：

(18)

(19)

算法經(jīng)上述改進(jìn)后，每次迭代都是在上次迭代所求解出的機(jī)組組合的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，因此，M1的約束條件由m=1,2,…,k退化為m=k。改進(jìn)后的算法，不僅減小了搜索空間，而且削減了約束條件的個(gè)數(shù)，提高了計(jì)算的效率。

3　算例分析

本文以?1和?2組成的互聯(lián)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。?1和?2均為含風(fēng)電的IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，機(jī)組參數(shù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)以及風(fēng)電出力參考文獻(xiàn)[15-17],風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差取25%，負(fù)荷備用率5%。考慮到兩個(gè)區(qū)域風(fēng)電出力同時(shí)達(dá)到峰值和谷值的概率較小，將風(fēng)電出力按時(shí)間平移得到另外一個(gè)區(qū)域的風(fēng)電出力。兩區(qū)域各時(shí)段風(fēng)電預(yù)測(cè)功率Pw,?如表1所示。為了研究風(fēng)電接入量對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響，后續(xù)分析均以Pw,?為基準(zhǔn)成倍增加風(fēng)電出力。

表1　風(fēng)電場(chǎng)各時(shí)段功率預(yù)測(cè)值　MW

本文將聯(lián)絡(luò)線功率分為計(jì)劃值向量PL,1和調(diào)整值向量PL,2，PL,1由負(fù)荷需求決定，PL,2由風(fēng)電出力決定。本文建立的模型區(qū)域內(nèi)部電源能夠滿足負(fù)荷需求，假設(shè)PL,1=0，研究魯棒調(diào)度情況下互聯(lián)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值PL,2的確定方法。實(shí)際系統(tǒng)中PL,1為已有的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度計(jì)劃。

3.1聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本的影響

場(chǎng)景1：聯(lián)絡(luò)線調(diào)度采用“關(guān)口調(diào)度”模式。

取風(fēng)電功率Pw,?,case1=4Pw,?，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值置為零，即PL,2=0，互聯(lián)系統(tǒng)被拆分成兩個(gè)孤立系統(tǒng)，Γ?1=Γ?2=16，分別對(duì)兩個(gè)區(qū)域?qū)嵤敯艚?jīng)濟(jì)調(diào)度。經(jīng)計(jì)算可得，系統(tǒng)的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度總成本為＄923 775。

場(chǎng)景2：聯(lián)絡(luò)線調(diào)度采用“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”模式。

經(jīng)過(guò)3次迭代，互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度總成本為＄918 021，相比于場(chǎng)景1節(jié)約＄5 754。聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值如表2所示，場(chǎng)景1和場(chǎng)景2的機(jī)組狀態(tài)如表3所示。

表2　聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值　MW

表3　不同聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式下互聯(lián)系統(tǒng)魯棒機(jī)組組合對(duì)比

從表3可看出：本文提出的“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電出力廣域內(nèi)的協(xié)調(diào)消納。由于聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃制定時(shí)考慮互聯(lián)區(qū)域新能源出力互補(bǔ)特性，區(qū)域內(nèi)部對(duì)火電機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用需求減小。因此該調(diào)度模式在3～5、9、12、15、19～21時(shí)段減少了互聯(lián)系統(tǒng)的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，減少啟停成本和固定成本＄4 585，此外，由于聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)，互聯(lián)系統(tǒng)的機(jī)組出力分配更加經(jīng)濟(jì)，節(jié)約成本＄1 169。

3.2魯棒性分析

場(chǎng)景1和場(chǎng)景2中，聯(lián)絡(luò)線采用不同的調(diào)度模式時(shí)，最惡劣的風(fēng)電出力場(chǎng)景下?1、?2區(qū)域系統(tǒng)備用需求和可調(diào)備用容量如圖1、圖2所示。

圖1　場(chǎng)景1，?1/?2系統(tǒng)備用需求和可調(diào)備用對(duì)比

圖2　場(chǎng)景2，?1/?2系統(tǒng)備用需求和可調(diào)備用對(duì)比

從圖1和圖2可以看出：Γ?1=Γ?2=16時(shí)，聯(lián)絡(luò)線采用不同的調(diào)度模式，?1、?2區(qū)域可調(diào)備用容量均能滿足系統(tǒng)備用需求，即聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式并不影響區(qū)域電力系統(tǒng)的魯棒性能。對(duì)比圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，由于采用“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式，?1區(qū)域在2～6時(shí)段可調(diào)備用容量在滿足系統(tǒng)備用需求的同時(shí)大幅減少，減小了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。此外，由于?1、?2區(qū)域相同型號(hào)機(jī)組耗量特性相同，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)引導(dǎo)等效風(fēng)電出力在兩個(gè)區(qū)域間經(jīng)濟(jì)分配，因此，在1～3、22～25時(shí)段，兩個(gè)區(qū)域系統(tǒng)可調(diào)備用容量相等。

3.3聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)因素對(duì)運(yùn)行成本的影響

聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)節(jié)因素包括調(diào)整幅度參數(shù)ηφ、調(diào)整時(shí)段參數(shù)ηt和調(diào)整周期參數(shù)，采用控制變量法分別對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行研究。

表4　ηφ對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本的影響　＄

表5　ηt對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本的影響　＄

場(chǎng)景5：ηφ=1，ηt=0，在1～4變化，Pw,?,case5在Pw,?～4Pw,?之間變化時(shí)，互聯(lián)系統(tǒng)的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本如表6所示。

表6　對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本的影響　＄

表6　對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度成本的影響　＄

?Pw, 2Pw, 3Pw, 4Pw, 11055890995957939997918021210565449964349415019195003105678199751694197891982841057294998239943964922277

場(chǎng)景3表明，隨著ηφ變小，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值PL,2的調(diào)節(jié)范圍變小，廣域內(nèi)可共享的風(fēng)電出力減小，互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本逐漸升高。場(chǎng)景4表明，隨著ηt變大，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值PL,2允許調(diào)整的時(shí)段減少，廣域內(nèi)風(fēng)電出力可共享的時(shí)段減少，互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本升高。場(chǎng)景5表明，隨著變大，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值PL,2調(diào)節(jié)的靈活性下降，互聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行成本升高。

4　結(jié)　語(yǔ)

本文提出了一種新能源廣域協(xié)調(diào)消納策略。針對(duì)傳統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線“關(guān)口調(diào)度”使得風(fēng)電資源在空間上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)喪失的問(wèn)題，提出了“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式；針對(duì)傳統(tǒng)單區(qū)域魯棒調(diào)度犧牲系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)利益的問(wèn)題，提出了考慮聯(lián)絡(luò)線調(diào)度的互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。通過(guò)改進(jìn)的“非線性割平面”算法對(duì)所建模型進(jìn)行求解，算例結(jié)果表明：①“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式能夠?qū)崿F(xiàn)不同區(qū)域風(fēng)電資源在空間上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電出力廣域協(xié)調(diào)消納，減小系統(tǒng)運(yùn)行成本。②不同的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式并不影響區(qū)域電力系統(tǒng)的魯棒性能。③聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值參數(shù)的選取對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度的成本有顯著影響。聯(lián)絡(luò)線調(diào)整幅度越大，調(diào)整周期越短，允許調(diào)整的時(shí)段越長(zhǎng)，廣域內(nèi)可協(xié)調(diào)的風(fēng)電出力越大，互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行成本越低。但是頻繁大幅度的調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患，因此，聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整值參數(shù)的選取應(yīng)以互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行為前提。

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(責(zé)任編輯：林海文)

A Robust and Economic Scheduling Methodology for Interconnected Power System by Considering the Uncertainty of Wind Power

LI Ran1，ZHOU Honghu1，LIU Jian2，DANG Lei1，DONG Zhe1

(1.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University,Baoding 071003,China;2．School of Economics and Management,North China Electric Power University,Beijing 102206,China)

實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模利用和共享是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要目的。將可再生能源轉(zhuǎn)化成電能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可再生能源的利用；通過(guò)輸電網(wǎng)對(duì)電能的遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的大規(guī)模共享。本文針對(duì)輸電網(wǎng)，提出一種廣域協(xié)調(diào)消納大規(guī)模新能源發(fā)電出力的策略，實(shí)現(xiàn)可再生能源廣域內(nèi)的大規(guī)模共享。并運(yùn)用魯棒優(yōu)化技術(shù)，有效控制新能源出力不確定性給電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響。首先，給出了一種“傳統(tǒng)關(guān)口調(diào)度結(jié)合風(fēng)電消納”的聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式，將日前聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)度計(jì)劃分為計(jì)劃值和調(diào)整值；其次，建立兩階段零和博弈模型；最后，針對(duì)所建博弈模型，提出一種改進(jìn)的“非線性割平面”算法進(jìn)行求解。算例分析結(jié)果表明，所提出的新能源廣域協(xié)調(diào)消納策略能夠在保證互聯(lián)系統(tǒng)魯棒性的同時(shí)提高互聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

能源互聯(lián)網(wǎng)；魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度；互聯(lián)電力系統(tǒng)；聯(lián)絡(luò)線調(diào)度模式

The aim of energy internet is to realize the utilization and sharing of large-scale renewable energy.The utilization of renewable energy is achieved by converting it to electric power,and the sharing of large-scale renewable energy is realized by long-distance transferring electric power in power transmission network.In this paper,a wide-area coordination and consumption strategy for accommodating new energy is proposed to achieve large-scale sharing of wide-area renewable energy.The robust optimization technique is used to mitigate the impact of the uncertainty output of renewable energy on power grid.Firstly,a new kind of tie-line dispatching mode,traditional tie-line dispatching combined with wind power accommodation,is given in this paper,in which the dispatching plan of tie-line power flow is divided into a planned value and an adjusted value.Secondly,a two-phase game model is established.Finally,an improved nonlinear cutting plane method is put forward to solve the robust model proposed in this paper.The example results show that the proposed wide-area coordination and consumption strategy of new energy can improve the economy and robustness of the interconnected system.

energy internet; robust economic dispatching; interconnected power system; tie-line dispatching mode

1007-2322(2016)04-0015-08

A

TM731

2015-06-16

栗然(1965-)，女，博士，教授，研究方向?yàn)樾履茉磁c并網(wǎng)技術(shù)、電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制，E-mail：liranlelele@163.com；

周鴻鵠(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、運(yùn)行與控制；E-mail：honghu_zhou@foxmail.com；

劉健(1979-)，男，博士，工程師，研究方向電網(wǎng)運(yùn)行與控制、新能源并網(wǎng)等方面的研究工作，E-mail：liu_jian04@163.com；

黨磊(1991-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、運(yùn)行與控制；E-mail：danglei_mao@126.com；

董哲(1991-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、運(yùn)行與控制；E-mail：199103088@qq.com。