一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是設(shè)及一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電 網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新能源在電力系統(tǒng)中接入的比例不斷增長(zhǎng)，新能源并網(wǎng)難的問題也逐漸顯 現(xiàn)。做好新能源發(fā)電的預(yù)測(cè)和調(diào)控W滿足電網(wǎng)的考核要求，成為新能源電站和電站商普遍 關(guān)屯、的問題，也是新能源并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和有效消納的重要條件。W風(fēng)電、光伏為代表的新能 源因具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，當(dāng)新能源所占的比重大到一定程度時(shí)，其出力的 波動(dòng)性和不確定性將會(huì)給電網(wǎng)帶來諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電源長(zhǎng)時(shí)間W來的確定性調(diào)度管理方式 已不再適用，且新能源發(fā)電調(diào)度具有很強(qiáng)的政策性，因此有必要針對(duì)新能源運(yùn)行特點(diǎn)及政 策要求，建立相適應(yīng)的調(diào)度技術(shù)支持手段，使得電網(wǎng)運(yùn)行能充分適應(yīng)大規(guī)模新能源發(fā)電的 特性。
[0003] 專利"一種新能源調(diào)度計(jì)劃的協(xié)調(diào)方法"（專利號(hào)：201510051868. 9)提供一種基 于接納能力計(jì)算結(jié)果的新能源調(diào)度計(jì)劃協(xié)調(diào)方法，W新能源接納最大為優(yōu)化目標(biāo)，從而實(shí) 現(xiàn)新能源的優(yōu)先消納。但是風(fēng)電和光伏發(fā)電功率的預(yù)測(cè)精度較低，直接用于系統(tǒng)調(diào)度不能 獲得理想的決策方案，從而影響系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。因此，如何解決上述的問題， 為亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的旨在提供一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是為了配合上述的系統(tǒng)，而提供的一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電 網(wǎng)調(diào)度方法。本發(fā)明提高了風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率的預(yù)測(cè)精度，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行 的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，使電網(wǎng)運(yùn)行能充分適應(yīng)大規(guī)模新能源發(fā)電，具有實(shí)用價(jià)值。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，其包括：數(shù) 據(jù)采集裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置，連接所述數(shù)據(jù)采集裝置，所述的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置用于接收所述數(shù)據(jù)采集裝置 采集的數(shù)據(jù)，采用風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)模型獲取風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率預(yù)測(cè)值和采用氣 象因素預(yù)測(cè)模型獲取氣象預(yù)測(cè)值；數(shù)據(jù)修正裝置，連接所述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置，所述的數(shù)據(jù)修正 裝置用于接收所述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置獲取的輸出功率預(yù)測(cè)值和氣象預(yù)測(cè)值，并對(duì)比氣象預(yù)測(cè)值 與相同時(shí)刻歷史氣象數(shù)據(jù)，對(duì)超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)突變率闊值的氣象預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正W獲取最終 的輸出功率預(yù)測(cè)值；電網(wǎng)調(diào)度中屯、，連接所述數(shù)據(jù)修正裝置，所述的電網(wǎng)調(diào)度中屯、用于接收 所述數(shù)據(jù)修正裝置獲取的輸出功率預(yù)測(cè)值，根據(jù)輸出功率預(yù)測(cè)值采用W發(fā)電總成本最小作 為目標(biāo)函數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型求解最優(yōu)解獲取地區(qū)電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度。
[0007] 本發(fā)明的調(diào)度系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置、數(shù)據(jù)修正裝置和電網(wǎng)調(diào)度 中屯、依次組建而成，相較于傳統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，本電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)充分考慮了氣象數(shù) 據(jù)對(duì)輸出功率預(yù)測(cè)值的影響，對(duì)超過突變率閥值的氣象預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，避免因天氣因素 突變導(dǎo)致數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置的預(yù)測(cè)精度降低而影響電網(wǎng)調(diào)度，從而達(dá)到電網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行的技術(shù)目的。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的一種使用上述系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，其包括W下步驟： 步驟一，數(shù)據(jù)采集裝置采集風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，并將采集 的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置； 步驟二，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置根據(jù)采集的輸出功率數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)采用基于時(shí)間序列法的風(fēng) 光發(fā)電預(yù)測(cè)模型獲取風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站t時(shí)刻的輸出功率預(yù)測(cè)值，根據(jù)采集的氣象數(shù)據(jù) 采用氣象因素預(yù)測(cè)模型獲取t時(shí)刻的氣象預(yù)測(cè)值，并將輸出功率預(yù)測(cè)值和氣象預(yù)測(cè)值上傳 到數(shù)據(jù)修正裝置； 步驟=，數(shù)據(jù)修正裝置對(duì)比t時(shí)刻與歷史時(shí)刻的氣象預(yù)測(cè)值，當(dāng)對(duì)比結(jié)果超過系統(tǒng)預(yù) 設(shè)的突變率闊值，則對(duì)t時(shí)刻的輸出功率預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正W獲得最終的輸出功率預(yù)測(cè)值， 當(dāng)對(duì)比結(jié)果未超過設(shè)定的突變率闊值，則直接W接從數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置接收的輸出功率預(yù)測(cè)值 作為最終的輸出功率預(yù)測(cè)值，將輸出功率預(yù)測(cè)值上傳到電網(wǎng)調(diào)度中屯、； 步驟四，電網(wǎng)調(diào)度中屯、建立W發(fā)電總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，根據(jù)地 區(qū)負(fù)荷需求、最終輸出功率預(yù)測(cè)值和各發(fā)電機(jī)組的出力，確定目標(biāo)函數(shù)的約束條件作為求 解最小成本的條件，并對(duì)該動(dòng)態(tài)調(diào)度模型求解獲取地區(qū)電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度。
[0009] 上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)方案： 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述的氣象數(shù)據(jù)為溫度、福照度和風(fēng)速，其中各個(gè)氣象數(shù)據(jù) 采用的氣象因素預(yù)測(cè)模型分別為 a) 溫度預(yù)測(cè)模型：
式中：
表示預(yù)測(cè)日前W24h為時(shí)間間隔的整點(diǎn)時(shí) 亥。|的溫度歷史值表示預(yù)測(cè)日I時(shí)刻的溫度預(yù)測(cè)值；
t為溫度預(yù)測(cè)模 型權(quán)值；灣!為模型白噪聲； b) 福照度預(yù)測(cè)模型：
式中：
表示預(yù)測(cè)時(shí)刻I前W30min為時(shí)間間隔的個(gè)福照度歷史 值；表示預(yù)測(cè)氏I時(shí)刻的福照度預(yù)測(cè)值；^為福照度預(yù)測(cè)模型權(quán)值； 為模型白噪聲；
C)風(fēng)速預(yù)測(cè)模型：
式中：
i表示預(yù)測(cè)時(shí)刻前W15min為時(shí)間間隔的個(gè)風(fēng)速歷史值； :繫表示;*時(shí)刻的風(fēng)速預(yù)測(cè)值;參0曠二乘:;窮、.->疇為風(fēng)速預(yù)測(cè)模型權(quán)值;據(jù)為模型白噪聲。
[0010] 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述的風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)模型包括風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)模型和光伏 發(fā)電站預(yù)測(cè)模型，分別為 a) 風(fēng)電場(chǎng)預(yù)測(cè)模型
式中：：??為J風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率預(yù)測(cè)值；JO;;為空氣密度；JE為風(fēng)力機(jī)葉輪半徑； 注為葉尖速比；胖為獎(jiǎng)距角；彎^:為葉片的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)，是張和與的函數(shù)； b) 光伏發(fā)電站預(yù)測(cè)模型
式中：1?為光伏輸出功率預(yù)測(cè)值r巾為光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率;巧陣列面積;I為 福照強(qiáng)度預(yù)測(cè)值，為溫度預(yù)測(cè)值，薄^為池的額定運(yùn)行溫度。
[0011] 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述的目標(biāo)函數(shù)W發(fā)電總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)，主 要考慮常規(guī)火電機(jī)組發(fā)電成本、正負(fù)備用成本和電網(wǎng)購(gòu)買可中斷負(fù)荷成本，所述的目標(biāo)函 數(shù)如下：
式中，代表機(jī)組總數(shù)；賛^1為機(jī)組i在時(shí)段的開機(jī)情況，0表示停機(jī)，1表示開機(jī)； 藥I;戀;i為機(jī)組I在I時(shí)段的燃料費(fèi)用；灣3;機(jī)組I在I時(shí)段的出力；穗為機(jī)組I的啟動(dòng)成 本為機(jī)組I的成本備用函數(shù)；:壤I，:::義!分別為機(jī)組I在I時(shí)段的正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備 用容量；II.為購(gòu)買可中斷負(fù)荷成本。
[0012] 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述目標(biāo)函數(shù)中，
可分 別是表示為：
式中，I，目為發(fā)電機(jī)《的燃料成本系數(shù)；II，!蒙象汾別是正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用成本； 為i時(shí)段可中斷負(fù)荷量;:％?::為中斷負(fù)荷補(bǔ)償價(jià)格。
[0013] 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述的約束條件包括功率平衡約束、機(jī)組出力約束、機(jī) 組爬坡率約束、機(jī)組最小啟停時(shí)間約束、旋轉(zhuǎn)備用約束W及可中斷負(fù)荷約束。
[0014] 上述的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，所述的各約束條件分別為 a)功率平衡約束：
其中，也、為《時(shí)刻風(fēng)電芽恍伏發(fā)電功率的預(yù)測(cè)值;環(huán)3為挪亥賴荷功率；b)機(jī)組出力約束：
其中，薦益:巡.為機(jī)組索前最小、最大出力； C)機(jī)組爬坡率約束：
其中，胃為機(jī)組I每小時(shí)出力的上升、下降速度； d) 機(jī)組最小啟停時(shí)間約束：
其中，i媽縱.、&-唱為機(jī)組i在去部時(shí)段內(nèi)連續(xù)運(yùn)行和停機(jī)的時(shí)間'纖稼I、 M：DT；為最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和最小連續(xù)停運(yùn)時(shí)間； e)旋轉(zhuǎn)備用約束：
其中 為機(jī)組在時(shí)刻提供的正負(fù)旋 Iif 轉(zhuǎn)備用，其值分別為：
f) 可中斷負(fù)荷約束：
其中，:??表示t時(shí)刻可中斷負(fù)荷功率，表示t時(shí)刻可中斷負(fù)荷的最大值。
[0015] 本發(fā)明的調(diào)度方法通過修正受氣象因素影響的輸出功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，提高了功率預(yù) 測(cè)精度，避免因避免因風(fēng)速、福照度、溫度等氣象因素干擾而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行大幅度偏離 理想狀態(tài)的情況發(fā)生，增加輸出功率的預(yù)測(cè)精度，而且根據(jù)該輸出功率預(yù)測(cè)值、負(fù)荷W及各 電機(jī)組的出力，采用W發(fā)電總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，在該動(dòng)態(tài)調(diào)度模型 中加入多個(gè)約束條件，綜合考慮火電機(jī)組發(fā)電成本，正、負(fù)備用成本，電網(wǎng)購(gòu)買可中斷負(fù)荷 成本W(wǎng)求解獲取地區(qū)電網(wǎng)最優(yōu)的調(diào)度，優(yōu)化了電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的啟停策略，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn) 行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說明】
[0016] 下面將結(jié)合附圖中的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明 的任何限制。
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1所示，一種基于預(yù)測(cè)控制的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)采集裝置，所述 數(shù)據(jù)采集裝置用于采集風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置， 連接所述數(shù)據(jù)采集裝置，所述的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置用于接收所述數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)，采 用風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)模型獲取風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率預(yù)測(cè)值和采用氣象因素預(yù)測(cè)模型 獲取氣象預(yù)測(cè)值；數(shù)據(jù)修正裝置，連接所述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置，所述的數(shù)據(jù)修正裝置用于接收所 述數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置獲取的輸出功率預(yù)測(cè)值和氣象預(yù)測(cè)值，并對(duì)比氣象預(yù)測(cè)值與相同時(shí)刻歷史 氣象數(shù)據(jù)，對(duì)超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)突變率闊值的氣象預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正W獲取最終的輸出功率預(yù)測(cè) 值；電網(wǎng)調(diào)度中屯、，連接所述數(shù)據(jù)修正裝置，所述的電網(wǎng)調(diào)度中屯、用于接收所述數(shù)據(jù)修正裝 置獲取的輸出功率預(yù)測(cè)值，根據(jù)輸出功率預(yù)測(cè)值采用W發(fā)電總成本最小作為目標(biāo)函數(shù)的動(dòng) 態(tài)調(diào)度模型求解最優(yōu)解獲取地區(qū)電網(wǎng)的最優(yōu)調(diào)度。
[0019] 如圖2所示，一種采用上述系統(tǒng)的的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度方法，包括W下步驟： 步驟一，數(shù)據(jù)采集裝置采集風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站的輸出功率數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，并將采集 的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置； 步驟二，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裝置根據(jù)采集的輸出功率數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)采用基于時(shí)間序列法的風(fēng) 光發(fā)電預(yù)測(cè)模型獲取風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電站t時(shí)刻的輸出功率預(yù)測(cè)值，根據(jù)采集的氣象數(shù)據(jù) 采用氣象因素預(yù)測(cè)模型獲取t時(shí)刻的氣象預(yù)測(cè)值，并將輸出功率預(yù)測(cè)值和氣象預(yù)測(cè)值上傳 到數(shù)據(jù)修正裝置； 步驟=，數(shù)據(jù)修正裝置對(duì)比t時(shí)刻與歷史時(shí)刻的氣象預(yù)測(cè)值，當(dāng)對(duì)比結(jié)果超過系統(tǒng)預(yù) 設(shè)的突變率闊值，則對(duì)t時(shí)刻的輸出功率預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正W獲得最終的輸出功率預(yù)測(cè)值， 將輸出功率預(yù)測(cè)值上傳到電網(wǎng)調(diào)度中屯、； 更進(jìn)一步地說，氣象數(shù)據(jù)為溫度、福照度和風(fēng)速，其中各個(gè)氣象數(shù)據(jù)采用的氣象因素預(yù) 測(cè)模型分別為 a)溫度預(yù)測(cè)模型：
式中
i表示預(yù)測(cè)日前W24h為時(shí)間間隔的整點(diǎn)時(shí)刻 I的溫度