【含風(fēng)電的電力系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解的MATLAB仿真分析案例4200字】

含風(fēng)電的電力系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解的MATLAB仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9331含風(fēng)電的電力系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解的MATLAB仿真分析案例 1307861.1引言 1279501.2粒子群算法概述 121931.3基于yalmip工具箱進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)劃求解與粒子群算法比較 298321.4算例分析 385904.4.1基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置 310344.4.2優(yōu)先消納風(fēng)電與全額消納風(fēng)電兩種模式綜合對(duì)比 5110084.4.2不同置信水平下的模型綜合成本計(jì)算及比較分析 11引言對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解問(wèn)題，主要有人工智能算法及運(yùn)用基于MATLAB環(huán)境下的yalmip工具箱編寫(xiě)規(guī)劃問(wèn)題，調(diào)用MATLAB自帶求解器進(jìn)行求解的方法。本章以粒子群算法為例，對(duì)比了人工智能算法與基于yalmip工具箱進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)劃求解的方法，最終選取后者。同時(shí)計(jì)算了不同風(fēng)電消納量下的含風(fēng)電的電力系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的綜合成本，對(duì)比全額消納風(fēng)電、優(yōu)先消納風(fēng)電等模式下的電網(wǎng)各項(xiàng)成本，綜合評(píng)估構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的優(yōu)化效果。粒子群算法概述粒子群算法是通過(guò)模擬鳥(niǎo)群尋找食物過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種基于群體性協(xié)同工作的隨機(jī)智能算法，粒子群算法所需設(shè)置的參數(shù)較少，實(shí)現(xiàn)較為容易，在非線性規(guī)劃問(wèn)題尋優(yōu)中應(yīng)用廣泛。PSO算法的建立源于鳥(niǎo)群的覓食行為，鳥(niǎo)群在劃定區(qū)域內(nèi)隨機(jī)找尋食物，但鳥(niǎo)群中所有個(gè)體均不清楚食物的具體方位，但是鳥(niǎo)群中的每個(gè)個(gè)體均知道其當(dāng)前位置與食物的距離。將粒子類比為鳥(niǎo)群中的個(gè)體，進(jìn)行數(shù)次迭代計(jì)算得到最優(yōu)解。粒子群算法中每個(gè)基本量都具有三個(gè)參數(shù)，即位置、速度和適應(yīng)度值，該粒子所處的空間位置及其速度直接影響著個(gè)體最優(yōu)解的值，通過(guò)粒子自身的原有數(shù)據(jù)及整個(gè)群體中其他粒子的原有數(shù)據(jù)調(diào)整其兩項(xiàng)參數(shù)，不斷逼近最優(yōu)解。粒子群算法的基本原理為：在整個(gè)搜索區(qū)域內(nèi)，設(shè)群體中粒子數(shù)目為p，粒子i所在的位置設(shè)為yi，i=1,2,…,p；粒子i的速度設(shè)為v viq+1=ω yiq+1=式中，q為共需迭代的次數(shù)；δ1、δ2為加速因子，r1、r2為取值范圍[0,1]內(nèi)的隨機(jī)數(shù)；viq及viq+1為粒子i在第q代及第q+1代的速度；yiq及yiq+1粒子i在第q代及第q+1代的所處位置；其基本算法流程如下：1）初始化種群的大小及所需的迭代次數(shù)；2）計(jì)算種群內(nèi)所有粒子的目標(biāo)函數(shù)值，個(gè)體的最優(yōu)解就視為粒子當(dāng)前位置，整個(gè)群體中的最優(yōu)解視為種群最優(yōu)解；3）按照公式（4-1）及（4-2），更新每個(gè)粒子的速度及位置；4）若沒(méi)有達(dá)到最大迭代次數(shù)，重復(fù)步驟3）；若達(dá)到最大迭代次數(shù)，輸出最優(yōu)解；5）結(jié)束粒子群算法?；趛almip工具箱進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)劃求解與粒子群算法比較在求解有關(guān)規(guī)劃最優(yōu)解的問(wèn)題時(shí)，yalmip工具箱其最大優(yōu)點(diǎn)在于集成了眾多的求解器，且可以用統(tǒng)一編程語(yǔ)言描述，包含線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃在內(nèi)的大規(guī)模、多維度的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題均可被求解，得到廣泛使用。相較于以粒子群算法為代表的人工智能算法，其表達(dá)形式十分簡(jiǎn)單，求解速度快，且不易陷入局部最優(yōu)解等問(wèn)題，通常人工智能算法需要優(yōu)化改進(jìn)才能達(dá)到良好的求解效果。比較后本文擬采用基于yalmip工具箱進(jìn)行數(shù)學(xué)規(guī)劃并調(diào)用MATLAB自帶求解器求解大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。算例分析4.4.1基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置本文中模擬系統(tǒng)擬采用六個(gè)火電機(jī)組，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)成，風(fēng)電場(chǎng)額定最大出力pfmax=75MW，火電機(jī)組詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表4-1。設(shè)環(huán)境成本系數(shù)kdown=60元/MW，經(jīng)計(jì)算得出風(fēng)電高估出力懲罰成本系數(shù)kup=90元/MWh，風(fēng)電低估出力懲罰成本系數(shù)k表4-1火電機(jī)組參數(shù)表機(jī)組編號(hào)PPabcαβγG15001000.007007.0240182-1.161.05G2200500.0009510.0200116-1.772.07G3300800.009008.522093-1.931.90G4150500.0090011.0200135-2.281.66G5200500.0080010.5220135-1.631.73G6120500.0075012.0190156-1.631.35表4-2各時(shí)段系統(tǒng)負(fù)荷表時(shí)段/?負(fù)荷/MW時(shí)段/?負(fù)荷/MW時(shí)段/?負(fù)荷/MW時(shí)段/?負(fù)荷/MW1589.47968.3131178.8191010.42613.581010.4141094.6201178.83715.791094.6151010.4211094.64799.9101178.816884.122926.25842.0111220.917842.023757.86926.2121263.018926.224673.6對(duì)于風(fēng)電預(yù)測(cè)出力均值與風(fēng)電預(yù)測(cè)出力值的標(biāo)準(zhǔn)差值，本文參照華東某電網(wǎng)24?運(yùn)用時(shí)間序列法得到的預(yù)測(cè)出力數(shù)據(jù)即以本時(shí)段風(fēng)電功率的實(shí)測(cè)值作為下一時(shí)段風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)值。由式（2-17）及（2-18）可以計(jì)算出Beta分布所需的兩項(xiàng)參數(shù)α及β。α及β在24時(shí)段計(jì)算值如表4-3所示：表4-3日內(nèi)24?αt及時(shí)段αβ時(shí)段αβ110.4419.22134.692.35211.2929.40144.992.72310.4650.17153.501.2646.4339.00163.981.68512.3946.45174.692.34610.9525.86186.785.72710.5819.40198.9012.1289.1613.60209.5115.0997.978.902110.3520.79106.094.752212.5346.87115.283.062313.2361.71124.912.612410.8623.174.4.2優(yōu)先消納風(fēng)電與全額消納風(fēng)電兩種模式綜合對(duì)比1）全額消納風(fēng)電模式全額消納風(fēng)電模式是指風(fēng)電按額定最大功率并網(wǎng)，即風(fēng)電場(chǎng)注入功率為pfmax （4-3）設(shè)置正備用容量的需求百分比u%=10%，負(fù)備用容量的需求百分比u%=30%，負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致對(duì)正備用容量的需求百分比L%=5%，風(fēng)電場(chǎng)注入功率為pfmax=75MW，全額消納風(fēng)電情況下的規(guī)劃問(wèn)題為線性規(guī)劃問(wèn)題，故可調(diào)用Cplex求解器對(duì)對(duì)模型進(jìn)行求解，加快運(yùn)算速度，得到火電機(jī)組群日內(nèi)（24?）出力曲線圖及負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線、火電機(jī)組總出力曲線及風(fēng)電計(jì)劃出力曲線綜合對(duì)照?qǐng)D及火電機(jī)組群日內(nèi)（圖4-1火電機(jī)組群日內(nèi)（24?）出力曲線圖4-2綜合出力對(duì)照曲線表4-4全額消納風(fēng)電模式下各火電機(jī)組日內(nèi)出力表時(shí)段全額消納風(fēng)電模式下各火電機(jī)組日內(nèi)出力G1G2G3G4G5G61100.0058.5980.0050.5150.2950.002100.0070.3687.8560.6360.3952.263100.0088.24110.1575.9975.7665.564100.00106.12132.4591.3691.1278.855100.00115.06143.6099.0498.8085.506100.00132.94165.90114.40114.1698.797100.00141.89177.04122.08121.84105.398107.09150.82188.19129.76129.52112.089120.53168.27209.95144.76144.52119.9910127.85189.36236.26150.00162.64119.9911137.62199.99250.56150.00172.50119.9912120.53200.00269.70150.00185.68119.9913107.09189.36236.25150.00162.64119.9914100.00168.27209.95144.76144.52119.9915100.00150.82188.19129.76129.53112.0916100.00124.00154.74106.72106.5092.1417100.00115.06143.6099.0498.8085.5018100.00132.94165.90114.40114.1798.7919100.00150.82188.19129.76129.53112.0920100.00189.36236.25150.00162.64119.9921100.00168.27209.95144.75144.52119.9922100.00132.94165.89114.40114.1798.7923100.0091.18121.2983.6783.3672.2024100.0079.3099.0068.3168.0758.91由圖4-1、圖4-2及表4-4可知：此時(shí)的風(fēng)電功率值在24?運(yùn)行時(shí)間內(nèi)均為風(fēng)電場(chǎng)額定的最大運(yùn)行功率，即風(fēng)電全額并網(wǎng)消納?；痣姍C(jī)組承擔(dān)剩余部分的負(fù)荷功率需求，以火電機(jī)組燃煤消耗成本及環(huán)境成本和值最小為目標(biāo)函數(shù)調(diào)度出力。2）優(yōu)先消納風(fēng)電模式優(yōu)先消納風(fēng)電模式是指風(fēng)電并網(wǎng)后，考慮有關(guān)風(fēng)電出力極限約束作概率約束，合理規(guī)劃風(fēng)電計(jì)劃出力的同時(shí)保證優(yōu)先消耗風(fēng)電出力，節(jié)省綜合建模成本。模型表示為： （4-4）設(shè)置正備用容量的需求百分比u%=10%，負(fù)備用容量的需求百分比u%=30%，負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致對(duì)正備用容量的需求百分比L%=5%，風(fēng)電場(chǎng)注入功率為pfmax=75MW，置信水平值ρ=0.5。求解模型，得到火電機(jī)組群日內(nèi)（24?）出力曲線圖及負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線、火電機(jī)組總出力曲線及風(fēng)電計(jì)劃出力曲線綜合對(duì)照?qǐng)D、風(fēng)電機(jī)組計(jì)劃出力曲線圖及火電機(jī)組群日內(nèi)（圖4-3火電機(jī)組群日內(nèi)（24?）出力曲線圖4-4綜合出力對(duì)照曲線圖4-5風(fēng)電機(jī)組日內(nèi)（24?）出力曲線表4-5優(yōu)先消納風(fēng)電模式下各火電機(jī)組日內(nèi)出力表時(shí)段優(yōu)先消納風(fēng)電模式下各火電機(jī)組日內(nèi)出力G1G2G3G4G5G61100.0089.08111.1976.7276.5066.192100.00101.20126.3087.1386.9075.193100.00123.55154.16106.32106.0891.804100.00141.80178.20122.88122.63106.115100.00150.72185.58127.96127.75110.526103.32162.37202.59139.69139.45120.007107.61169.10210.97145.46145.23120.008112.31176.46220.16150.00151.55120.009124.03194.33243.09150.00167.35120.0010138.24199.99270.90150.00186.50120.0011144.38199.99282.90150.00194.77120.0012159.57199.99299.99150.00199.99120.0013132.80199.99260.26150.00179.19120.0014117.75185.02230.82150.00158.89120.0015101.93160.19199.87137.80137.57120.0016100.00135.53169.13116.63116.39100.7217100.00128.50160.35110.58110.3495.4318100.00152.28190.00131.01130.77113.1719111.07174.60220.78150.00147.33120.0020147.40199.99285.78150.00198.88120.0021129.69199.99254.17150.00175.98120.0022105.71166.11207.26142.90143.66120.0023100.00132.27165.06113.83113.59105.5724100.00108.36135.2593.2993.0580.52由圖4-4、圖4-5及表4-5可知：風(fēng)電場(chǎng)在高、低估風(fēng)電出力目標(biāo)函數(shù)及有關(guān)風(fēng)電約束條件的綜合作用下給出了日內(nèi)24?計(jì)劃出力曲線，除在部分時(shí)段呈現(xiàn)出一定的反調(diào)峰特性外，在其余時(shí)段內(nèi)同上網(wǎng)負(fù)荷的變化趨勢(shì)相同，表明在優(yōu)先消納風(fēng)電的模式下，風(fēng)電計(jì)劃出力經(jīng)優(yōu)化后可以與負(fù)荷變化相符合，且火電機(jī)組出力亦得到優(yōu)化。4.4.2不同置信水平下的模型綜合成本計(jì)算及比較分析大規(guī)模風(fēng)電并入電力系統(tǒng)后，根據(jù)第3章表述的置信水平，即風(fēng)電場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)劃出力的可能性，分別設(shè)置置信水平值ρ=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9，對(duì)于備用約束值，設(shè)置正備用容量的需求百分比u%=10%，負(fù)備用容量的需求百分比u%=30%。計(jì)算出風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型綜合成本，繪制出如圖4-6所示的折線圖：圖4-6綜合發(fā)電成本隨置信水平變化折線圖由圖4-6可知：隨著規(guī)定的風(fēng)電置信水平的提高，綜合發(fā)電成本也在不斷提高。這是由于置信水平代表了風(fēng)電能實(shí)現(xiàn)計(jì)劃出力的概率，給定的置信水平越高，系統(tǒng)對(duì)于安全穩(wěn)定運(yùn)行能力要求的越高，此時(shí)允許并網(wǎng)的風(fēng)電量會(huì)越少，即火電機(jī)組出力增加，此時(shí)綜合成本提高；反之，給定的置信水平越低，系統(tǒng)對(duì)于安全穩(wěn)定運(yùn)行能力要求的越低，此時(shí)允許并網(wǎng)的風(fēng)電量會(huì)增加，即火電機(jī)組可以減少出力，此時(shí)綜合成本會(huì)降低。大規(guī)模風(fēng)電接入雖然可以減少經(jīng)濟(jì)調(diào)度綜合成本，但是也以影響電網(wǎng)穩(wěn)定性作為代價(jià)。本節(jié)擬統(tǒng)計(jì)僅火電機(jī)組工作條件下的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型成本、風(fēng)電全額消納條件下的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型成本、風(fēng)電優(yōu)先消納條件下不同置信水平的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型成本，當(dāng)僅火電機(jī)組工作時(shí)，模型描述為： （4-5）風(fēng)電并網(wǎng)前后及不同風(fēng)電消納模式下成本對(duì)比結(jié)果如表4-5所示：表4-5不同模式下發(fā)電成本比較表案例類型發(fā)電成本（×10風(fēng)電機(jī)組未并網(wǎng)（火電機(jī)組全出力）26990風(fēng)電機(jī)組出力優(yōu)先消納（90%置信水平）25737風(fēng)電機(jī)組出力優(yōu)先消納（70%置信水平）24655風(fēng)電機(jī)組出力優(yōu)先消納（50%置信水平）23931風(fēng)電機(jī)組出力優(yōu)先消納（30%置信水平）23259風(fēng)電機(jī)組出力優(yōu)先消納（10%置信水平）22406風(fēng)電機(jī)組出力全額消納21736由表4-5可知：當(dāng)給定置信水平為0.9、0.7、0.5、0.3及0.1時(shí)，綜合發(fā)電成本由風(fēng)電并網(wǎng)前的269.90萬(wàn)元分別降低至257.37萬(wàn)元、246.55萬(wàn)元、239.31萬(wàn)元、232.59萬(wàn)元及224.06萬(wàn)元，成本節(jié)省率分別達(dá)到4.64%