本發(fā)明涉及的是一種風(fēng)電調(diào)度領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種風(fēng)電參與備用的聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

目前關(guān)于風(fēng)電消納的研究主要集中在可靠性與經(jīng)濟(jì)性兩方面。在經(jīng)濟(jì)性上，將系統(tǒng)備用、環(huán)境效益等作為風(fēng)電發(fā)電的成本，對(duì)風(fēng)電并入電網(wǎng)后的短期調(diào)度問題進(jìn)行了研究。在可靠性上，大量文獻(xiàn)從風(fēng)電與其他能源結(jié)合提高可靠性以及電力系統(tǒng)備用優(yōu)化兩個(gè)角度進(jìn)行研究。一方面綜合風(fēng)能、水能、太陽能、天然氣以及儲(chǔ)能單元，對(duì)將不同的能源進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，平抑彼此波動(dòng)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。另一方面根據(jù)風(fēng)電預(yù)測誤差的特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的概率分布進(jìn)行估算，并建立起風(fēng)電備用需求與風(fēng)電出力的關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)的備用容量進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)階段在處理風(fēng)電場出力時(shí)均采用全額收購風(fēng)電的方法，且均是以全額接收風(fēng)電為前提，并未考慮風(fēng)電場本身為系統(tǒng)作備用的能力，在風(fēng)電波動(dòng)時(shí)只能被迫使用備用電源進(jìn)行功率平衡，丟失了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無法使風(fēng)電場為電力系統(tǒng)提供上調(diào)備用與下調(diào)備用，無法從電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場與火電廠聯(lián)合優(yōu)化發(fā)電等不足，提出一種風(fēng)電參與備用的聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)度方法，組合了風(fēng)電機(jī)組與火電機(jī)組，使風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在次優(yōu)的狀態(tài)下，從而使聯(lián)合電力系統(tǒng)整體運(yùn)行在較風(fēng)電全額發(fā)電更優(yōu)的狀態(tài)，并使風(fēng)電能夠在一定安全裕度范圍內(nèi)為系統(tǒng)提供上調(diào)備用與下調(diào)備用。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明首先通過計(jì)算聯(lián)合電力系統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電備用容量，再根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)構(gòu)建風(fēng)電調(diào)度模型，并結(jié)合設(shè)定參數(shù)解得風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃待求量的計(jì)劃值；再結(jié)合風(fēng)電備用容量與風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃的計(jì)劃值，根據(jù)采用的風(fēng)電調(diào)度策略增加相應(yīng)的約束進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到更新的計(jì)劃值，重新設(shè)定調(diào)度時(shí)段的風(fēng)電調(diào)度計(jì)劃與火電調(diào)度計(jì)劃，并由風(fēng)電機(jī)組與火電機(jī)組執(zhí)行。

所述的風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電備用容量具體為：其中：p為風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電全額發(fā)電功率，ψw為風(fēng)電機(jī)組的最大允許棄風(fēng)量(其值與風(fēng)電最大備用容量相等)，pmin和pmax分別為風(fēng)電機(jī)組的最小發(fā)電功率和最大發(fā)電功率。

所述的設(shè)定參數(shù)包括：風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和電能調(diào)度的約束。

所述的風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)為：f＝cg,i(pg,i,t)ui,t+ce,i(pg,i,t)ui,t+siui,t(1-ui,t-1)，其中：t為時(shí)刻，i為火電機(jī)組的編號(hào)，cg,i為火電機(jī)組i的發(fā)電費(fèi)用曲線，pg,i,t為火電機(jī)組i在t時(shí)刻的出力，ui,t為火電機(jī)組i在t時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)(0是停機(jī)狀態(tài)，1為開機(jī)狀態(tài))，ce,i為火電機(jī)組i排放二氧化碳的治理費(fèi)用，si為火電機(jī)組i的啟停費(fèi)用。

所述的對(duì)電能調(diào)度的約束為：ui,tpi,min≤pg,i,t≤ui,tpi,max，(trun,i,t-1-tminrun,i)(ui,t-1-ui,t)≥0，(tstop,i,t-1-tminstop,i)(ui,t-ui,t-1)≥0，其中：n為調(diào)度時(shí)段，pw,t為風(fēng)電場在t時(shí)刻的出力，lt為t時(shí)刻系統(tǒng)的負(fù)荷值，pw,t,min為風(fēng)電場在t時(shí)刻的最小出力，為風(fēng)電場在t時(shí)刻的預(yù)測可發(fā)電功率，pi,min和pi,max分別為火電機(jī)組i的最小出力值與最大出力值，pgu,i,t和pgd,i,t分別為火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的上調(diào)備用量和下調(diào)備用量，pwu,t和pwd,t分別為風(fēng)電機(jī)組提供的上調(diào)備用量與下調(diào)備用量(在全額收購風(fēng)量策略下，pwu,t＝pwd,t＝0)，ru,t和rd,t分別為t時(shí)刻系統(tǒng)所需的上調(diào)備用量和下調(diào)備用量，rid和riu分別為火電機(jī)組i的下爬坡速率與上爬坡速率，δt為調(diào)度時(shí)段的時(shí)間段長度，trun,i,t-1和tstop,i,t-1分別為火電機(jī)組i在t時(shí)刻已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間和已經(jīng)連續(xù)停運(yùn)的時(shí)間，tminrun,i和tminstop,i分別為火電機(jī)組i的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停機(jī)時(shí)間，fk為第k個(gè)火電廠。

所述的待求量為在某一時(shí)刻時(shí)風(fēng)電場的出力、火電機(jī)組的出力和運(yùn)行狀態(tài)。

所述的風(fēng)電調(diào)度策略包括：pod(風(fēng)電降出力策略)、surd(風(fēng)電提供上調(diào)備用策略)和pdrd(風(fēng)電提供下調(diào)備用策略)，其中：pod應(yīng)用于火電機(jī)組因風(fēng)電波動(dòng)關(guān)機(jī)后重新開機(jī)的情況，surd應(yīng)用于因系統(tǒng)上調(diào)備用不足而啟動(dòng)火電機(jī)組的情況，pdrd應(yīng)用于因系統(tǒng)下調(diào)備用不足而關(guān)閉火電機(jī)組的情況。

所述的pod相應(yīng)的約束為：其中：cg,k為火電機(jī)組k發(fā)電費(fèi)用曲線，pg′,k,t為風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃更新后的火電機(jī)組k在t時(shí)刻的出力，sk為火電機(jī)組k的啟停費(fèi)用，rw,t為風(fēng)電機(jī)組在t時(shí)刻的備用容量，pw,min為風(fēng)電場最小出力(其值等于風(fēng)電最大可發(fā)功率與當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)電最大備用容量的差值)，pw′,t為調(diào)度計(jì)劃更新后風(fēng)電場在t時(shí)刻的出力，b、α和μ為風(fēng)電出力預(yù)測誤差概率函數(shù)的參數(shù)。

所述的surd相應(yīng)的約束為：其中：p′gu,i,t為調(diào)度計(jì)劃更新后火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的上調(diào)備用量，δgt為調(diào)度計(jì)劃更新前后所有火電機(jī)組改變出力的總和，δgi,t為調(diào)度計(jì)劃更新前后火電機(jī)組i在t時(shí)刻改變的出力值，s是所有開機(jī)的火電機(jī)組的集合。

所述的pdrd相應(yīng)的約束為：其中：p′gd,i,t為調(diào)度計(jì)劃更新后火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的下調(diào)備用量。

所述的調(diào)度時(shí)段為24h。

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：系統(tǒng)信息輸入模塊，風(fēng)電備用容量計(jì)算模塊，火電機(jī)組搜索模塊，調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化模塊與調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行模塊，其中：系統(tǒng)信息輸入模塊分別與風(fēng)電備用容量計(jì)算模塊、火電機(jī)組搜索模塊和調(diào)度計(jì)劃制定模塊相連，將風(fēng)電預(yù)測值、負(fù)荷預(yù)測值、火電機(jī)組參數(shù)值與備用需求值輸出至風(fēng)電備用容量計(jì)算模塊、火電機(jī)組搜索模塊和調(diào)度計(jì)劃制定模塊；風(fēng)電備用容量計(jì)算模塊與火電機(jī)組搜索模塊相連，在獲得風(fēng)電預(yù)測值的信息后，將計(jì)算得到的風(fēng)電備用容量值輸出至火電機(jī)組搜索模塊；火電機(jī)組搜索模塊與調(diào)度計(jì)劃制定模塊相連，在獲得風(fēng)電備用容量與火電機(jī)組參數(shù)值后，按照調(diào)度策略對(duì)現(xiàn)有調(diào)度計(jì)劃中的火電機(jī)組進(jìn)行搜索，尋找滿足調(diào)度策略約束的火電機(jī)組k，并將火電機(jī)組k的信息傳輸給調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化模塊；調(diào)度計(jì)劃優(yōu)化模塊與調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行模塊相連，在得到火電機(jī)組k的信息后，按照目標(biāo)函數(shù)對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化后的調(diào)度計(jì)劃傳輸給調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行模塊；調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行模塊接收到優(yōu)化后的調(diào)度計(jì)劃，并將調(diào)度計(jì)劃分配至給各個(gè)火電機(jī)組與風(fēng)電場。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過使風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在次優(yōu)的狀態(tài)下，對(duì)風(fēng)電調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行電能調(diào)度約束，并納入三種風(fēng)電調(diào)度策略中的一種或幾種及其相應(yīng)的約束，對(duì)之后調(diào)度時(shí)段內(nèi)的待求量的計(jì)劃值進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到風(fēng)電機(jī)組與火電機(jī)組的最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電調(diào)節(jié)能力的多層級(jí)利用，能夠進(jìn)一步提高含風(fēng)電電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，充分利用風(fēng)電機(jī)組提供備用的潛力，使風(fēng)電為系統(tǒng)提供備用，使系統(tǒng)運(yùn)行在更經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明示意圖；

圖2為風(fēng)電全額出力與棄風(fēng)出力概率示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括以下步驟：

步驟1、讀取聯(lián)合電力系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電備用容量，設(shè)定收斂定值ε，設(shè)定調(diào)度時(shí)段和風(fēng)電調(diào)度計(jì)劃待求量，列出風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)與相應(yīng)的約束。

本實(shí)施例的收斂定值ε從精度與計(jì)算復(fù)雜度考慮取為1％。

所述的聯(lián)合電力系統(tǒng)的初始化數(shù)據(jù)包括機(jī)組的出力上下限、爬坡率、風(fēng)電場預(yù)測出力等數(shù)據(jù)。

所述的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)包括各個(gè)機(jī)組的發(fā)電費(fèi)用曲線cg,i、排放二氧化碳的治理費(fèi)用曲線ce,i和啟停費(fèi)用si。

所述的風(fēng)電備用容量rw,t通過以下方式計(jì)算：

s1：輸入風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電全額發(fā)電功率概率曲線p(p)和風(fēng)電最大允許棄風(fēng)量ψw。

s2：輸入風(fēng)電機(jī)組的最小發(fā)電功率pmin與最大發(fā)電功率pmax，計(jì)算壓縮區(qū)間和

s3：按照計(jì)算風(fēng)電備用容量rw,t。

如圖2所示，在進(jìn)行風(fēng)電調(diào)度時(shí)，需要對(duì)風(fēng)電備用的容量進(jìn)行計(jì)算。風(fēng)電作備用將降低自身出力，導(dǎo)致一部分風(fēng)能無法被利用。遺棄部分風(fēng)能作備用后的風(fēng)電機(jī)組的出力小于全額出力，功率概率分布圖上表現(xiàn)為概率分布整體向左移。由于機(jī)組最小出力限制為pmin，因此風(fēng)電機(jī)組實(shí)際區(qū)間在圖中縱坐標(biāo)的右側(cè)。本文認(rèn)為風(fēng)電參與備用的最大容量應(yīng)與風(fēng)電允許的最大棄風(fēng)量相等，定義風(fēng)電最大備用容量為該時(shí)刻可發(fā)最大風(fēng)電容量與棄風(fēng)后風(fēng)電發(fā)電量之差。

本實(shí)施例的風(fēng)電備用容量計(jì)算方法基于風(fēng)電年棄風(fēng)度對(duì)風(fēng)電的備用容量進(jìn)行了計(jì)算。

所述的調(diào)度時(shí)段為24h，本實(shí)施例將其均分為96個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段長度為15min。

所述的調(diào)度計(jì)劃的待求量為：t時(shí)刻時(shí)風(fēng)電場的出力pw,t、火電機(jī)組i的出力pg,i,t和火電機(jī)組i的運(yùn)行狀態(tài)ui,t(0是停機(jī)狀態(tài)，1為開機(jī)狀態(tài))。

所述的風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)為：f＝cg,i(pg,i,t)ui,t+ce,i(pg,i,t)ui,t+siui,t(1-ui,t-1)，其中：t為時(shí)刻，i為火電機(jī)組的編號(hào)。

所述的相應(yīng)的約束為：ui,tpi,min≤pg,i,t≤ui,tpi,max，(trun,i,t-1-tminrun,i)(ui,t-1-ui,t)≥0，(tstop,i,t-1-tminstop,i)(ui,t-ui,t-1)≥0，其中：n為調(diào)度時(shí)段，pw,t為風(fēng)電場在t時(shí)刻的出力，lt為t時(shí)刻系統(tǒng)的負(fù)荷值，pw,t,min為風(fēng)電場在t時(shí)刻的最小出力，為風(fēng)電場在t時(shí)刻的預(yù)測可發(fā)電功率，pi,min和pi,max分別為火電機(jī)組i的最小出力值與最大出力值，pgu,i,t和pgd,i,t分別為火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的上調(diào)備用量和下調(diào)備用量，pwu,t和pwd,t分別為風(fēng)電機(jī)組提供的上調(diào)備用量與下調(diào)備用量(在全額收購風(fēng)量策略下，pwu,t＝pwd,t＝0)，ru,t和rd,t分別為t時(shí)刻系統(tǒng)所需的上調(diào)備用量和下調(diào)備用量，rid和riu分別為火電機(jī)組i的下爬坡速率與上爬坡速率，δt為調(diào)度時(shí)段的時(shí)間段長度，trun,i,t-1和tstop,i,t-1分別為火電機(jī)組i在t時(shí)刻已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間和已經(jīng)連續(xù)停運(yùn)的時(shí)間，tminrun,i和tminstop,i分別為火電機(jī)組i的最小運(yùn)行時(shí)間和最小停機(jī)時(shí)間，fk為第k個(gè)火電廠。

所述的聯(lián)合電力系統(tǒng)需要得到負(fù)荷預(yù)測信息、風(fēng)電發(fā)電量預(yù)測信息，在得到以上信息后，對(duì)接下來24h內(nèi)的電能調(diào)度進(jìn)行約束，包括：功率平衡約束、風(fēng)機(jī)出力約束、發(fā)電機(jī)出力約束、備用約束、機(jī)組出力爬坡速率約束、機(jī)組最小運(yùn)行時(shí)間約束、機(jī)組最小停運(yùn)時(shí)間約束與最小火電開機(jī)約束。

步驟2、設(shè)定迭代次數(shù)m，m的初始值為0。

步驟3、令求解得到計(jì)劃值pw,t、pg,i,t和ui,t，并按照風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算出總運(yùn)行費(fèi)用fee0。

步驟4、根據(jù)設(shè)定的風(fēng)電調(diào)度策略相應(yīng)地搜索修正時(shí)段，增加約束，更新計(jì)劃值：如果采用降出力”平谷”策略(pod)，則轉(zhuǎn)至步驟5；否則如果采用風(fēng)電提供上調(diào)備用策略(surd)，則轉(zhuǎn)至步驟6；如果僅采用了風(fēng)電提供下調(diào)備用策略(pdrd)，則轉(zhuǎn)至步驟7。

所述的三種風(fēng)電調(diào)度策略的描述如表1所示。

表1風(fēng)電調(diào)度策略表

其中：cg,k為火電機(jī)組k發(fā)電費(fèi)用曲線，p′g,k,t為風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃更新后的火電機(jī)組k在t時(shí)刻的出力，sk為火電機(jī)組k的啟停費(fèi)用，rw,t為風(fēng)電機(jī)組在t時(shí)刻的備用容量，pw,min為風(fēng)電場最小出力(其值等于風(fēng)電最大可發(fā)功率與當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)電最大備用容量的差值)，p′w,t為調(diào)度計(jì)劃更新后風(fēng)電場在t時(shí)刻的出力，p′gu,i,t為調(diào)度計(jì)劃更新后火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的上調(diào)備用量，δgt為調(diào)度計(jì)劃更新前后所有火電機(jī)組改變出力的總和，δgi,t為調(diào)度計(jì)劃更新前后火電機(jī)組i在t時(shí)刻改變的出力值，s是所有開機(jī)的火電機(jī)組的集合，p′gd,i,t為調(diào)度計(jì)劃更新后火電機(jī)組i在t時(shí)刻所提供的下調(diào)備用量，b、α和μ為風(fēng)電出力預(yù)測誤差概率函數(shù)的參數(shù)。

步驟5、在風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃中搜索滿足的機(jī)組k以及時(shí)刻t1、t2；在[t1,t2]內(nèi)令uk,t＝0，pg,k,t＝0，目標(biāo)函數(shù)不變，新增步驟3中pod的約束，重新計(jì)算計(jì)劃值pw,t、pg,i,t和ui,t，并更新至出力計(jì)劃；如果還采用了surd，則轉(zhuǎn)至步驟6；否則如果還采用了pdrd，則轉(zhuǎn)至步驟7；否則轉(zhuǎn)至步驟8。

步驟6、在風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃中搜索滿足的機(jī)組k以及時(shí)刻t；在時(shí)刻t內(nèi)令uk,t＝0，pg,k,t＝0，目標(biāo)函數(shù)不變，新增步驟3中surd的約束，重新計(jì)算計(jì)劃值pw,t、pg,i,t和ui,t，如果得不到有效解，則認(rèn)為該時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組無法進(jìn)行上調(diào)備用優(yōu)化；否則將求得的解更新至發(fā)電計(jì)劃；如果還采用了pdrd，則轉(zhuǎn)至步驟7；否則轉(zhuǎn)至步驟8。

步驟7、在風(fēng)電全額出力調(diào)度計(jì)劃中搜索滿足的機(jī)組k以及時(shí)刻t；在時(shí)刻t內(nèi)令ug,k,t＝0，pg,k,t＝0，目標(biāo)函數(shù)不變，新增步驟3中pdrd的約束，重新計(jì)算計(jì)劃值pw,t、pg,i,t和ui,t，如果得不到有效解，則認(rèn)為該時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組無法進(jìn)行下調(diào)備用優(yōu)化；否則將求得的解更新至發(fā)電計(jì)劃，轉(zhuǎn)至步驟8。

步驟8、迭代次數(shù)m＝m+1，按照風(fēng)電調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算出總運(yùn)行費(fèi)用fm，按照進(jìn)行收斂判斷，滿足該式則認(rèn)為收斂，否則轉(zhuǎn)至步驟3。

步驟9、風(fēng)電機(jī)組與火電機(jī)組按照計(jì)劃值pw,t、pg,i,t和ui,t發(fā)電并提供備用。

本實(shí)施例的調(diào)度結(jié)果與傳統(tǒng)風(fēng)電全額出力調(diào)度結(jié)果如表2所示。

表2風(fēng)電參與備用的聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)度方法與風(fēng)電全額出力調(diào)度方法對(duì)比情況

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。