本发明涉及电力系统调度自动化技术，尤其涉 及一种风火协调调度模式下日前调度 计划优化辅助分析方法。

背景技术

风电作为技术最成熟的新能源利用方式之一， 在国家的政策支持下装机容量大幅度 增长。 截至 2011年底， 风电累计装机容量超过 6500万 kW， 居世界第一， 但风电平均 利用小时数比上年降低 144小时， 仅为 1903小时， 远未达到预期目标。 风力发电具有 不确定性、 波动性、 反调峰性等特点， 而且现有短期风功率预测准确度不高， 给系统备 用、 调峰、 电力平衡等方面带来挑战。 同时， 国内发电运行环境以大火电为主， 在风电 并网规模较大的北方地区，风电的反调峰特性 会进一步加大电网的峰谷差。受电网调峰、 输送和备用能力等因素的限制， 部分风电渗透率高的地区存在着较为严重的弃 风现象。 风电消纳已成为社会普遍关注的焦点， 是当前电网调度运行迫切需要解决的重大问题 。

随着智能电网调度技术支持系统的建设和电网 调度精益化的发展，安全约束机组组 合（SCUC)和安全约束经济调度（SCED) 已经在调度计划生产中得到应用， 但目前我 国调度计划一般采用长、 中、 短周期计划相结合的方式， 在日前计划中完全采用 SCUC 方法， 对风电的消纳最为有利， 但对电网生产计划冲击很大， 在实际生产中存在较大的 困难； 而 SCED方法不改变机组启停计划， 一定程度上影响了风电的消纳。

风电接纳能力不足主要受制于电网结构薄弱， 以及电源布局不合理， 无法满足高渗 透率新能源发电接入后的电网频率电压和供电 可靠性要求。但机组启停和出力计划安排 对新能源接纳也有非常明显的影响， 通过与常规能源发电的协调优化， 有助于挖掘电网 潜力， 提升新能源发电接纳能力。

发明内容

发明目的： 为了克服现有技术中存在的不足， 本发明提供一种风火协调调度模式下 日前调度计划优化辅助分析方法，基于间歇式 能源与常规能源协调调度模式下的发电计 划优化结果， 在电网需要弃风的条件下， 能够灵活分析实际调度中各种因素的影响， 调 度各种辅助调整途径， 提升电网接纳风电的水平。

技术方案： 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案为：

风火协调调度模式下日前调度计划优化辅助分 析方法， 包括如下步骤：

( 1 ) 基于实际电网的物理模型和经济模型， 考虑系统平衡约束、 机组运行约束、 电网安全约束， 建立以系统发电成本最小为目标的风火协调调 度日前发电计划优化模 型， 所述发日前电计划优化模型为：

目标函数：

其中， NT为系统调度周期所含时段数； 为系统中参与调度的机组数； Ν

T I s为机 组发电成本分段数； c 为机组 在分段 s内的发电成本， 按分段递增； I 为机组 在

l,t l,t,S 时段 处于分段 s内的机组出力增量； _w 为机组 在时段 的运行状态， 1表示运行， 0表

l,t

示停运； C.为机组在最低技术出力时的发电成本； y 为机组 在时段 是否有停机到开

I i,t

机状态变化的标志； C _e7 ^为机组 的启动成本； z 为机组在时段 是否有开机到停机

S1 ,ι i,t

状态变化的标志； C^ .为机组 /的停机成本；

SD,i 约束条件：

Ν _τ N,

TIE

∑ Pi,t ⁺ ∑ ^tie Ptie,t= ^PD t (2) i=l tie=l

<RD.-u- 國 賺

I (6) (1— u _it ) = 0 TU _t =max{0,min[N ，( [/ ¹¹ -Γ[/ )·Μ· _Q ]} (7) ί=1 '

ΓΖ).

∑ u- _† =0; TD.=max{0,mm[N _T ,(TD^ ^mn -TD9)-(l-u. _n )]} (8) t=i ζ"+ ∑ y _{i t} <\ V ,t = r _; +l,...,N _r ( 10)

' τ=ΐ+1 '

tiep _tie , _t = TieP _{tie t} , (tie, t) e _ΤΡΙαη ( 11 ) 其中， 尸/^为时段 系统发电口径的总负荷； ρ 为机组 在时段 的出力， pi ¹¹¹¹¹ 为 t l,t I 机组 /最低技术出力 （对应基准成本时的出力）； Ν _τ . 为系统与外部电网的联络线数； lie

为联络线^在时段 的送 /受电计划； ΤίΓ为旋转备用计算周期 （如 5分钟旋备、 30分钟旋备）， ^^^和^^^为机组 在时段 的出力下限和出力上限； 和 为机组 在时段 能提供的上旋和下旋备用， ρ 、 为系统在时段 上旋和下旋的备用需求；

717.为机组 最小持续运行时间，在计算前需要根据初始运 行时间进行扣减;式中 71/ !^n

I I

和 Z) ^min 分别为机组 的最小开机和停机时间， 机组 的初始状态； 7T/ ^Q 和 r) ^Q 分

I 1,0 I I 别为机组 在初始时刻已经开机和停机的时间； 17.和 ΓΖ 分别为机组 在调度初期为满

I I

足最小运行时间或停运时间而必须继续运行 和停运的时间； TieP 为联络线^在时段 tie,t

的交易计划； Φ^^ 为计划联络线一时间集合；

(2)求解日前发电计划优化模型， 根据计算结果确定是否需要弃风， 如需要弃风， 进行风电优化辅助分析， 设置风电优化辅助分析参数， 所述风电优化辅助分析参数包括 可启停的机组、 最大启停机组数量、 可调峰机组、 最大调峰机组数量、 可调整计划的固 定出力机组和联络线、 系统备用的可调整比例；

(3) 根据风电接纳优化辅助分析参数构造多个辅助 分析案例， 分析提高风电消纳 的途径；

(4) 采用风电优化辅助分析优化模型对所有辅助分 析案例进行优化求解， 统计分 析在各机组启停调峰、 机组深度调峰、 机组固定计划调整、 联络线计划调整、 备用不同 比例调整的情况下， 风电消纳变化情况；

(5) 根据统计分析结果判断是否存在提高风电消纳 的可行方法， 若存在， 则分析 确定日前发电计划优化编制采用的提高风电消 纳的方法，修改日前发电计划优化编制条 件， 优化编制新的日前发电计划。 ( a) 对于机组启停调峰， 主要针对中小机组， 在构造辅助分析案例时， 需要在风 电优化辅助分析优化模型中增加如下约束条件 ：

yf^ zf^ {0, 1}

i=l ∑ ^≤ mz

i=l

其中， Φ ^是愿意参加启停调峰的机组集合， 为机组 是否启机和停机的变 aof I I 量， my和 mz为最大允许启机和停机数量；

(b ) 对于部分大中火机组深调峰， 在构造辅助分析案例时， 需要在风电优化辅助 分析优化模型中增加如下约束条件：

viopi _t < viopfi · viopli _t < mviop 其中， Φ . 可承担深度调峰任务的机组， 为机组 在时段 的深度调峰幅度， vioa i,t

机组 是否深度调峰的标志变量， νΰψ^ _† 为机组 在时段 最大调峰幅度限值参 数， rnWop为最大深度调峰机组数量；

( c ) 对于机组固定计划调整， 在风电消纳困难的情况下， 适当调整这类机组的固 定计划， 电网支付偏离经济运行的额外成本， 有利于提高电网消纳风电的能力， 在构造 辅助分析案例时， 需要在风电优化辅助分析优化模型中增加如下 约束条件：

Ρ _υ = Ρ _υ + V(i, i) e Φ _ρ1αη n Φ „ (d) 对于优化外部联络线送受电计划， 在构造辅助分析案例时， 需要在风电优化 辅助分析优化模型中增加如下约束条件：

t ^ie P,ie,, = ^TieP i,t + ^Me Ptie, _t - ^A Ptie, _t t) G

(e) 对于优化系统备用需求， 考虑备用可调整， 在构造辅助分析案例时， 需要将 系统下旋备用约束表示为：

f» _

其中， ³ 为时段 降低的下旋备用变量， 为时段 最大可下调的下旋备用量。 所述风电优化辅助分析决策以增加额外成本为 代价，综合考虑电网提高风电消纳而 采用的各种方法， 支付额外成本后， 在增加风电优化辅助分析决策时总的优化目标 表示 为：

e^atiet-l t-l 其中 ， 为日前调度计划优化辅助分析的广义优化目标 ， F为常规安全约束机组 组合的优化目标， /^为机组 在时段 深调峰单位成本， αρ^为机组 在时段 偏离固 定出力的额外单位成本， ^'^^为调整联络线^在时段 计划的单位成本， 为降低 单位系统备用的风险成本。

间歇式能源将在未来能源结构中占据重要地位 ， 但是作为其代表的风电具有随机 性、 波动性和间歇性， 与常规能源相比， 可靠性较低。 本发明在指定发电计划时， 充分 协调考虑各种复杂因素， 保障尽可能多的风电安全接入电网。

本发明在电网需要弃风的情况下， 通过分析优化系统备用需求， 优化外部联络线送 受电计划， 机组深调峰等策略， 统计出可以提高消纳风电的辅助策略， 虽然辅助策略会 产生一定的额外费用， 但与火电机组发电相比， 在尽可多消纳风电情形下保证发电成本 最低。 有益效果： 本发明提供的风火协调调度模式下日前调度计 划优化辅助分析方法， 是 经过综合考虑间歇式能源和常规能源协调的优 化辅助分析，在保证电网安全运行及经济 性的条件下， 提高了电网接纳风电的能力。

附图说明

图 1为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种间歇式能源与常规能源协调调度模式下日 前调度计划优化辅助分析方法，如图

1所示为该方法的一个优选实施案例的流程� �； 在电网日前发电计划优化模型的编制过 程中， 考虑次日风功率预测情况和各常规机组的可用 状态， 负荷平衡约束、 机组运行约 束、 电网安全约束等因素， 可能出现弃风的情形。

本发明的间歇式能源与常规能源协调调度模式 下日前发电计划优化辅助分析方法， 在系统如果需要弃风的情形下， 从优化外部联络线送受电计划， 优化系统备用需求， 对 机组进行深度调峰等各方面提高电网消纳风电 的能力。 本方法具体包括如下步骤：

( 1 ) 基于实际电网的物理模型和经济模型， 考虑系统平衡约束、 机组运行约束、 电网安全约束， 建立以系统发电成本最小为目标的风火协调调 度日前发电计划优化模 型， 所述发日前电计划优化模型为：

目标函数：

其中， NT为系统调度周期所含时段数； 为系统中参与调度的机组数； Ν

T I s为机 组发电成本分段数； c 为机组 在分段 s内的发电成本， 按分段递增； I 为机组 在

l,t l,t,S

时段 处于分段 s内的机组出力增量； _w 为机组 在时段 的运行状态， 1表示运行， 0表

l ,t

示停运； C.为机组在最低技术出力时的发电成本； y 为机组 在时段 是否有停机到开

I i,t

机状态变化的标志； C _e7 ^为机组 的启动成本； z 为机组在时段 是否有开机到停机

S1 ,ι i,t

状态变化的标志； C^ .为机组 /的停机成本；

SD,i 约束条件：

a. 发用电平衡约束： Ν _ΉΕ

∑ Pj + ∑ tiep _{tie t} =PD _t i=l ' tie=l ' ，

r^ _t < min(«. · p^ ^x -p. ,RU. RT)

i=\

≤ ^min( w C ' ^RT )

i=l ，

行约束:

- 1 ^≤ — rfax'd-" — 1)

PL - 1 +纖-(1- ",'，H) - p _{{ t} <RD _{i t} +

Pi,t- · _Μ . ^max '(1— M,. _t ) y(l-M. _r ) = 0 TU. =max{0,min[N _r ,(Γί/™ ^η -Tu9). _u . _n ]}

∑ u _{i t} =0; m =max{0,min[N _r ,(r ? ^llin -ΓΖ) )·(1-«. _Q )] } '■ _t + TU, + 1, ..·, N _r

， min{N _r J+rZ)÷ ^mii -l}

+ ∑ y. <1 /i,t = TD.+l,...,N.

r=t+l + J ^≤1 u _it =0 t) Φ _ο

c. 联络线送 /受电计划约束：

tiep _tiet = TieP _tiet ν(^， )εΦ 其中， 尸/^为时段 系统发电口径的总负荷； ρ 为机组 在时段 的出力， pi ¹¹¹¹¹ 为 t l,t I 机组 /最低技术出力 （对应基准成本时的出力）； Ν _τ . 为系统与外部电网的联络线数； lie

为联络线^在时段 的送 /受电计划； 为旋转备用计算周期 （如 5分钟旋备、 30分钟旋备）， ¹ ^ ¹¹ 和/^^^为机组 在时段 的出力下限和出力上限； 和 为机组 在时段 能提供的上旋和下旋备用， Ρ 、 为系统在时段 上旋和下旋的备用需求； 717.为机组 最小持续运行时间，在计算前需要根据初始运 行时间进行扣减;式中 71/ !^n

I I

和 Z) ^min 分别为机组 的最小开机和停机时间， 机组 的初始状态； 7T/ ^Q 和 r) ^Q 分

I 1,0 I I 别为机组 在初始时刻已经开机和停机的时间； 17.和 ΓΖ 分别为机组 在调度初期为满

I I

足最小运行时间或停运时间而必须继续运行 和停运的时间； TieP 为联络线^在时段 tie,t

的交易计划； Φ^ ^为计划联络线一时间集合；

(2) 在日前发电计划优化编制完成后， 看是否需要弃风， 如需要弃风， 则初步分 析日前发电计划影响风电消纳的原因， 判断是否需要进行风电优化辅助分析；

(3) 若需要进行风电优化辅助分析， 则设置风电优化辅助分析参数， 所述风电优 化辅助分析参数包括可启停的机组、 最大启停机组数量、 可调峰机组、 最大调峰机组数 量、 可调整计划的固定出力机组和联络线、 系统备用的可调整比例等；

(4) 根据风电接纳优化辅助分析参数构造多个辅助 分析案例， 主要从以下几个方 面提高风电消纳的途径：

(a) 对于机组启停调峰， 主要针对中小机组， 在构造辅助分析案例时， 需要在风 电优化辅助分析优化模型中增加如下约束条件 ：

«. 0,1}

i=l

其中， Φ ^是愿意参加启停调峰的机组集合， 为机组 是否启机和停机的变 aof 量， my和 mz为最大允许启机和停机数量；

(b) 对于部分大中火机组深调峰， 需要在风电优化辅助分析优化模型中增加如下 约束条件： p <p^*u -viop _u viopi _t < viopfi · viopli _t < mviop 其中， Φ . 可承担深度调峰任务的机组， 为机组 在时段 的深度调峰幅度， νιοα i,t

机组 是否深度调峰的标志变量， νΰψ^ _† 为机组 在时段 最大调峰幅度限值参 数， rnWop为最大深度调峰机组数量；

(c) 对于机组固定计划调整， 在风电消纳困难的情况下， 适当调整这类机组的固 定计划， 电网支付偏离经济运行的额外成本， 有利于提高电网消纳风电的能力， 需要在 风电优化辅助分析优化模型中增加如下约束条 件：

Ρ _υ = Ρ _υ + V(i,i) e Φ _ρ1αη n Φ „

( d) 对于优化外部联络线送受电计划， 需要在风电优化辅助分析优化模型中增加 如下约束条件：

t ^ie P,ie,, = ^TieP i,t + ^Me Ptie, _t - ^A Ptie, _t t) G

(e) 对于优化系统备用需求， 考虑备用可调整， 在构造辅助分析案例时， 需要将 系统下旋备用约束表示为：

f» _

其中， ³ 为时段 降低的下旋备用变量， 为时段 最大可下调的下旋备用量。 所述风电优化辅助分析决策以增加额外成本为 代价，综合考虑电网提高风电消纳而 采用的各种方法， 支付额外成本后， 在增加风电优化辅助分析决策时总的优化目标 表示 为：

e^atiet-l t-l 其中 ， 为日前调度计划优化辅助分析的广义优化目标 ， F为常规安全约束机组 组合的优化目标， /^为机组 在时段 深调峰单位成本， αρ^为机组 在时段 偏离固 定出力的额外单位成本， ^'^^为调整联络线^在时段 计划的单位成本， 为降低 单位系统备用的风险成本。

( 5 ) 采用风电优化辅助分析优化模型对所有辅助分 析案例进行优化求解， 统计分 析在各机组启停调峰、 机组深度调峰、 机组固定计划调整、 联络线计划调整、 备用不同 比例调整的情况下， 风电消纳变化情况；

( 6 ) 根据统计分析结果判断是否存在提高风电消纳 的可行方法， 若存在， 则分析 确定日前发电计划优化编制采用的提高风电消 纳的方法，修改日前发电计划优化编制条 件， 优化编制新的日前发电计划。

实际应用效果

本技术方案在某网级电网调度计划系统中得到 应用， 应用效果符合预期。 实际应用 表明， 本发明能够在满足系统平衡约束、 机组运行约束、 电网安全约束和环保约束等各 类约束的前提下，将尽可能多的风电安全的接 入电网；能够有效提高对新能源的利用率， 降低发电成本。

本方法在实际电网数据下开展的发电计划优化 辅助分析方法的研究和尝试，摸索出 间歇式能源和常规能源协调调度模式下提高电 网消纳风电的辅助分析方法。在保证电网 安全运行的条件下， 将尽可能多的风电接入电网， 提高经济效益。 同时， 该方法具有计 算强度低、 适应性强的特点， 更加适合在我国风电接入功率较大的调度机构 推广应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出： 对于本技术领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。