含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的分析

1、    含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的分析    劉申+陳凱+于溪龍摘 要：根據(jù)風(fēng)電隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)可以將含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)進(jìn)行合理調(diào)整，從而有效解決系統(tǒng)內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題。文章對(duì)當(dāng)前我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響著手，在此基礎(chǔ)上分析了含風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的建立方法、備用問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)管理以及其他相關(guān)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型等，同時(shí)也分析了含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題求解方法，旨在為關(guān)注這一領(lǐng)域的人士提供一些參考意見(jiàn)。關(guān)鍵詞：含風(fēng)電場(chǎng)；經(jīng)濟(jì)調(diào)度；風(fēng)險(xiǎn)管理；遺傳算法：tm73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a ：2095-2945（2017）34-0130-02引言隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)

2、濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的提高，各界對(duì)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高。電力系統(tǒng)中關(guān)于經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的研究，其本質(zhì)是研究滿足運(yùn)行極限約束與系統(tǒng)能量平衡的前提下，以最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)中經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題研究已經(jīng)取得了諸多成果，但如何對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力預(yù)測(cè)水平和經(jīng)濟(jì)調(diào)度能力進(jìn)行提高，仍需要進(jìn)一步探索。1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度影響風(fēng)電并網(wǎng)通過(guò)將大量的風(fēng)能資源并入到我國(guó)電力系統(tǒng)當(dāng)中，建立起含風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)電力事業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的任務(wù)主要用于滿足一定電能質(zhì)量與安全的前提下，全面提升電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率，即通過(guò)合理利用現(xiàn)有資源和

3、設(shè)備，以最少的運(yùn)行費(fèi)用與燃料消耗量實(shí)現(xiàn)用戶用電滿意度和可靠性的最大化。以風(fēng)電作為主要代表的新能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基本形態(tài)進(jìn)行了調(diào)整，同時(shí)電力系統(tǒng)中的控制方式、運(yùn)行特性和結(jié)構(gòu)形態(tài)環(huán)節(jié)都發(fā)生了深刻的變革。新型能源系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)的調(diào)度水平提出了全新的要求，該系統(tǒng)下要求電網(wǎng)內(nèi)部的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的約束調(diào)價(jià)和目標(biāo)函數(shù)都需要依托于含風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電的不確定性及其所造成的影響，從而大大增加了模型計(jì)算的復(fù)雜程度。傳統(tǒng)電場(chǎng)中關(guān)于經(jīng)濟(jì)調(diào)度的關(guān)鍵在于負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性以及電源的可靠程度等，其中的難點(diǎn)為負(fù)荷預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)。區(qū)別于傳統(tǒng)電場(chǎng)，含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度由于風(fēng)速的不可控性和風(fēng)速的隨機(jī)性等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)

4、的風(fēng)電出力同實(shí)際出力之間存在一定的誤差，因此需要將傳統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng)新型含風(fēng)電場(chǎng)中的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和風(fēng)力預(yù)測(cè)要求，從而有效抑制風(fēng)電處理的波動(dòng)性與隨機(jī)性。2 含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度建模分析2.1 建模方法含風(fēng)電場(chǎng)中，將風(fēng)力資源系統(tǒng)有效地并入到電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，因此電力系統(tǒng)的調(diào)度人員也面臨著全新的挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)調(diào)度人員不僅需要確定風(fēng)電機(jī)組的出力計(jì)劃，同時(shí)還需要兼顧分配控制常規(guī)機(jī)組的輸出功率。因此，需要留有足夠的備用容量，以彌補(bǔ)在經(jīng)濟(jì)調(diào)度過(guò)程中可能出現(xiàn)的發(fā)電量不足或盈余現(xiàn)象。例如，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)主要通過(guò)將有效的優(yōu)化算法運(yùn)用到旋轉(zhuǎn)備用需求、運(yùn)行成本計(jì)算和風(fēng)電穿透的功率水平之中。同

5、時(shí)，該地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)還在優(yōu)化模型過(guò)程中考慮道了由于風(fēng)電的不確定和隨機(jī)性所引起附加旋轉(zhuǎn)的備用電量?jī)?chǔ)備問(wèn)題。并且在所選附加設(shè)備的需求用量設(shè)置化解，按照系統(tǒng)發(fā)電總量的百分比進(jìn)行參考數(shù)值的設(shè)置，從而確保了旋轉(zhuǎn)備用電量的充足與穩(wěn)定，使當(dāng)?shù)睾L(fēng)電場(chǎng)保持正常運(yùn)作1。2.2 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度備用問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)管理從長(zhǎng)期發(fā)展的角度來(lái)看，雖然當(dāng)前我國(guó)含風(fēng)電場(chǎng)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備還未能達(dá)到全面完善，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，必將邁向更高的臺(tái)階。但當(dāng)前我國(guó)在風(fēng)力預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)中的技術(shù)還未能達(dá)到西方發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水準(zhǔn)，并且對(duì)于測(cè)得結(jié)果的誤差和不確定性無(wú)法有效排除，直接導(dǎo)致了含風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不必要的風(fēng)險(xiǎn)。針

6、對(duì)此種情況，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)所采取的措施為采取相應(yīng)的手段，將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析的能力進(jìn)行提升。同時(shí)，該地區(qū)含風(fēng)電場(chǎng)還將風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的限定值納入到備用容量的管理之中，從而確保系統(tǒng)的安全性與可靠性。2.3 其他相關(guān)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型近幾年，國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者也已經(jīng)在傳統(tǒng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式的基礎(chǔ)上，對(duì)新型含風(fēng)電場(chǎng)中的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題展開(kāi)了全面且深入的研究。并且，從不同側(cè)重點(diǎn)以及不同的關(guān)注角度出發(fā)，提出了許多新型且適用于含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型與求解方法。不僅如此，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，使社會(huì)各界對(duì)于環(huán)境污染以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的關(guān)注程度逐漸提高。電力系統(tǒng)中對(duì)于環(huán)境造成的污染主要為不可再生

7、能源轉(zhuǎn)化為電能過(guò)程中，對(duì)于生態(tài)環(huán)境所造成的污染問(wèn)題。所以，相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)此提出了新的研究方法與評(píng)估模型，用以評(píng)估和預(yù)測(cè)大規(guī)模含風(fēng)電場(chǎng)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度對(duì)于環(huán)境所造成的影響。并且利用ieee30的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模擬與仿真結(jié)果可以得出，在考慮風(fēng)電備用成本問(wèn)題與環(huán)境因素的影響下，含風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果將更加趨向合理化。3 含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題求解方法3.1 不確定性求解方法不確定性求解方法主要通過(guò)對(duì)風(fēng)速以及風(fēng)電功率的隨機(jī)概率優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算，通常情況下可以采取兩種方式進(jìn)行求解。例如，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)所采用的基于多場(chǎng)景的調(diào)度方式，對(duì)電力系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題關(guān)于正態(tài)分布隨機(jī)模式環(huán)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行解

8、決。即首先將概率分布對(duì)于風(fēng)能樣本或風(fēng)速進(jìn)行抽樣，從而形成較多具有離散規(guī)律的運(yùn)行場(chǎng)景，在將各個(gè)場(chǎng)景逐一進(jìn)行尋優(yōu)，在理論上得到確定性的優(yōu)化模型。此外，該地區(qū)含風(fēng)電場(chǎng)還利用隨機(jī)規(guī)劃模型，將基于隨機(jī)模擬中的粒子群進(jìn)行求解，從而達(dá)到約束和規(guī)劃電場(chǎng)中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題2。3.2 確定性求解方法3.2.1 遺傳算法最早提出遺傳算法為1975年，在美國(guó)密歇根州立大學(xué)的j.holland教授，根據(jù)遺傳學(xué)機(jī)理中的生物進(jìn)化過(guò)程以及模擬達(dá)爾文的生物進(jìn)化論當(dāng)中的自然選擇所建立的計(jì)算模型。遺傳算法廣泛應(yīng)用于matlab工具箱中關(guān)于面向電力市場(chǎng)中的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化算法與模擬仿真。例如，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)經(jīng)

9、濟(jì)調(diào)度工程技術(shù)人員在遺傳算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了量子遺傳算法，并且對(duì)于閥點(diǎn)效應(yīng)在含風(fēng)電場(chǎng)中電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題方面的應(yīng)用進(jìn)行了解決。量子遺傳算法依靠量子計(jì)算過(guò)程中的更新策略以及遺傳算法中的交叉算子，優(yōu)化了算法在全局中的搜索能力3。endprint3.2.2 進(jìn)化規(guī)劃算法進(jìn)化規(guī)劃算法為上個(gè)世紀(jì)六十年代，科學(xué)家l.j.fogel在人工智能研究領(lǐng)域首次提出的有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)化模型。該模型可以通過(guò)將均勻分布的規(guī)律進(jìn)行變異，并且從中選取出適合的個(gè)體進(jìn)行搜索。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度過(guò)程中應(yīng)用進(jìn)化算法可以有效解決包絡(luò)光滑與非光滑函數(shù)形式在內(nèi)的各種函數(shù)形式的目標(biāo)函數(shù)，從而有效解決電力系統(tǒng)中關(guān)于經(jīng)濟(jì)調(diào)度所產(chǎn)生

10、的問(wèn)題，利用這一算法可以實(shí)現(xiàn)較高的計(jì)算效率同時(shí)獲得較高質(zhì)量的問(wèn)題的解。3.2.3 模擬退火算法模擬退火算法是通過(guò)在一種模擬固體物理退貨的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)熱平衡問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)的隨機(jī)搜索技術(shù)。模擬退火技術(shù)具有初始值與本身算法無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，同時(shí)還具有算法迭代的特點(diǎn)，即初始解與最優(yōu)解狀態(tài)無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。因?yàn)槟M退火是一種并行以及漸趨收斂的計(jì)算方式，所以原則上已經(jīng)被證明可以用于實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)解的計(jì)算。例如，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，在經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)就應(yīng)用了模擬退火算法，并且將風(fēng)電結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的調(diào)度問(wèn)題求解。同時(shí)，該地區(qū)含風(fēng)電場(chǎng)還對(duì)模擬退火算法利用約束滿足技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高其運(yùn)算速率。3.2.4 粒子群算法除

11、了上述幾種算法之外，粒子群算法是近幾年新生的人工智能優(yōu)化算法之一。粒子群算法最初是仿生學(xué)技術(shù)中，通過(guò)模仿鳥(niǎo)群的集體行為而衍生出來(lái)的智能優(yōu)化算法。例如，我國(guó)某地區(qū)的含風(fēng)電場(chǎng)利用粒子群算法進(jìn)行多約束、非凸、非線性、高維數(shù)以及大規(guī)模的電力系統(tǒng)控制和運(yùn)行中的系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)將基本粒子群算法中加入下降搜索算子，有效提升了迭代環(huán)節(jié)中粒子的計(jì)算精度與收斂速度，從而優(yōu)化了含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的分析能力。4 結(jié)束語(yǔ)綜上所述，在進(jìn)行大規(guī)模含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題研究過(guò)程中，需要依靠數(shù)學(xué)求解以及優(yōu)化模型的方法。通過(guò)模型可以得出當(dāng)大量風(fēng)能資源并入到電場(chǎng)系統(tǒng)后，容易造成的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)與備用管理問(wèn)題。此外，根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)，需要結(jié)合不同的環(huán)境因素以及市場(chǎng)因素，綜合考量含風(fēng)電場(chǎng)中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，進(jìn)而提升我國(guó)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)調(diào)度性能，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的繁榮與發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1高云龍，閆鵬.充分發(fā)揮火電系統(tǒng)深度變負(fù)荷能力的風(fēng)火電動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度j.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37（09）：2491-2500.2楊鳳惠，張向鋒，陳舒婷.基于協(xié)同