专利名称：一种含风电系统机组及备用配置的优化方法
技术领域：
本发明属于电力系统运行和调度技术领域，尤其涉及一种含风电系统机组及备用配置的优化方法。
背景技术：
近年来，随着国内电力工业的长足发展和市场化改革的进行，我国电力系统迅猛发展。特高压交直流输电投入运行，传统电源和新能源发电装机容量稳步增长，微网和储能技术也取得显著的进步，电力系统规模日益庞大，运行环境越发复杂，与此同时，电力系统运行过程中遇到的不确定因素也不断增多。实际运行中，由于发电机的随机停运，负荷的波动，负荷预测的偏差，线路过载等都会造成电力系统平衡状态的破坏，从而给社会带来很大的经济损失。在新能源发电方面，风电由于环境友好、技术成熟、成本低、商业化前景好，成为目前发展最快的新型能源，国内风电装机容量飞速增长，某些地区的风电渗透率已不容忽视，但是由于风电出力的随机性和间歇性，风电接入系统后，势必会使系统面临更多的不确定性因素。因此，传统的电力系统调度运行理论必须加以改进和完善，以适应系统电源结构的改变。机组组合及备用配置问题是电力系统经典的研究课题之一，主要通过预测未来一段研究周期内的负荷水平，决策系统该段周期的开机计划及出力，并预留一定容量的旋转备用，以应对可能的突发事故，维持系统的安全、可靠运行。合理的机组组合策略可以有效地节省一次能源，延长机组寿命；合理的备用配置能保证系统安全运行，降低系统运行成本。
发明内容
本发明以系统运行的综合成本最低为动态有功经济调度的目标函数，包括机组燃料费、汽轮机的阀点效应、启停机费用和由于强迫停运导致的停电损失费用，并考虑到在市场环境下，电厂不再无偿提供备用辅助服务，提出了一种含风电系统机组及备用配置的优化方法。一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤:步骤1:分析风机输出特性，得到研究周期内各场景中的风电出力曲线；步骤2:分析水电机组和火电机组的运行费用，优先安排水电机组承担尖峰负荷，根据系统功率平衡Pe+PH=PfPw，其余负荷由火电机组承担；分析火电机组运行费用的传统方法中考虑了燃料费和启停机费用，在此基础上，考虑汽轮机进气阀突然开启时产生的阀点效应，得到火电机组运行费用Ye;其中，Pe为系统内的火电机组总出力；PH为系统内水电机组的总出力；PW为风电场输出的有功功率预测值为系统负荷预测值；步骤3:机组运行要符合系统运行可靠性指标，选取与经济性相关的电量不足期望值ENNS指标，将步骤I中得到的研究周期内风电出力曲线与根据历史数据得到的负荷预测曲线相叠加后，运用随机生产模拟技术计算停电损失费用Ys ;考虑火电厂有偿提供备用辅助服务，系统在配置备用时需向提供旋转备用的火电厂支付的费用\;步骤4:根据步骤2和3中求出的火电机组运行费用Ye、停电损失费用Ys和向提供旋转备用的火电厂支付的费用I，建立机组及备用容量优化数学模型；步骤5:根据步骤4中建立的机组及备用容量优化数学模型得到各个机组的输出功率和各个机组提供的旋转备用容量，并根据得到各个机组的输出功率和各个机组提供的旋转备用容量进行配置。所述分析风机输出特性，得到研究周期内各场景中的风电出力曲线的过程为:步骤101:对于研究周期内的各个时段，通过实测数据整理拟合得到风速的概率密度分布函数，对概率密度分布函数积分获得风速的累积分布函数(分布函数值在O和I之间)，按均匀分布随机生成区间(0，1)内的随机数；步骤102:根据随机数值利用累计分布函数的反函数获得与之对应的风速值，步骤103:按照典型风机出力函数计算各时段内的风电出力值；步骤104:将各个时段的风电出力值按时间排序，获得研究周期内的风电出力曲线.
步骤105:重复以上过程，相当于反复进行随机抽样，得到若干的风电出力场景，以及这些场景所对应的不同风电出力曲线。步骤2中，丰水期，水电机组作为高效机组承担基荷；枯水期，水电机组作为高效调峰机组承担峰荷。将系统功率平衡式中的水电出力移至等号右边，即Pe=PfPw-Ph,可将负荷曲线变化为两种形式:丰水期如和枯水期。对于丰水期，水电机组按额定容量的一定比例
平稳发电，即Pw= ε *PwN ;枯水期，水电机组按水库的运行方式发电，有
权利要求
1.一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤: 步骤1:分析风机输出特性，得到研究周期内各场景中的风电出力曲线； 步骤2:分析水电机组和火电机组的运行费用，优先安排水电机组承担尖峰负荷，根据系统功率平衡Pe+PH=PfPw，其余负荷由火电机组承担；分析火电机组运行费用的传统方法中考虑了燃料费和启停机费用，在此基础上，考虑汽轮机进气阀突然开启时产生的阀点效应，得到火电机组运行费用Ye;其中，Pe为系统内的火电机组总出力；PH为系统内水电机组的总出力；pw为风 电场输出的有功功率预测值为系统负荷预测值； 步骤3:机组运行要符合系统运行可靠性指标，选取与经济性相关的电量不足期望值ENNS指标，将步骤I中得到的研究周期内风电出力预测曲线与根据历史数据得到的负荷预测曲线相叠加后，运用随机生产模拟技术计算停电损失费用Ys;考虑火电厂有偿提供备用辅助服务，系统在配置备用时需向提供旋转备用的火电厂支付的费用\; 步骤4:根据步骤2和3中求出的火电机组运行费用Ye、停电损失费用Ys和向提供旋转备用的火电厂支付的费用I，建立机组及备用容量优化数学模型； 步骤5:根据步骤4中建立的机组及备用容量优化数学模型得到各个机组的输出功率和各个机组提供的旋转备用容量，并根据得到各个机组的输出功率和各个机组提供的旋转备用容量进行配置。
2.根据权利要求1所述的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述分析风机输出特性，得到研究周期内各场景中的风电出力曲线的过程为: 步骤101:对于研究周期内的各个时段，通过实测数据整理拟合得到风速的概率密度分布函数，对概率密度分布函数积分获得风速的累积分布函数，按均匀分布随机生成区间(0,1)内的随机数； 步骤102:根据随机数值利用累计分布函数的反函数获得与之对应的风速值； 步骤103:按照典型风机出力函数计算各时段内的风电出力值； 步骤104:将各个时段的风电出力值按时间排序，获得研究周期内的风电出力曲线；步骤105:重复以上过程，相当于反复进行随机抽样，得到若干的风电出力场景，以及这些场景所对应的不同风电出力曲线。
3.根据权利要求1所述的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，火电机组运行费用Ye的计算式为: Yc=At (Pg)+Bt (Pg)+Ct (Pg) 其中，At (Pe)为时间段t内火电机组的燃料费用；Bt(Pe)为时间段t内因阀点效应产生的总运行费用；Ct(Pe)为时间段t内火电机组启停的总费用。
4.根据权利要求1所述的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述运用随机生产模拟技术计算停电损失费用Ys的计算公式为: Ys- Y *W丽s’ t ； 其中，WENNS，t为t时段用户电量损失期望值;wENNS，t通过随机生产模拟技术求出 -X +￡.Wrns ,=Tl繊' Γ (x)dx卩为调度周期总的时段数;xmax为研究周期内的最大负荷，Ct为系统总装机容量，fn(x)为等效负荷持续曲线；Y为每度电的停电损失费用。
5.根据权利要求1所述的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述系统在配置备用时需向提供旋转备用的火电厂支付的费用乙的计算公式为:
6.根据权利要求3、4或5所述的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法，其特征在于，所述机组及备用容量优化数学模型包括目标函数与约束条件； 所述目标函数为:
全文摘要
本发明公开了电力系统运行和调度技术领域的一种含风电系统机组及备用配置的优化方法。其技术方案是，通过分析风机输出特性，并在分析火电机组运行费用的传统方法中，考虑汽轮机进气阀突然开启时产生的阀点效应，同时增加了基于可靠性指标的旋转备用容量分析；建立机组及备用容量优化的数学模型，从而得到最优的配置结果，并根据配置结果进行配置。本发明提供的方法，考虑了水电在不同时期的不同处理方式，对含风电场的电力系统稳态经济调度提供了良好的基础；建模中考虑了风电功率的随机波动性，增加了基于可靠性指标的旋转备用容量分析步骤，并将机组运行经济性与旋转备用容量优化配置相融合，建立了含风电场电力系统的机组与备用优化数学模型。
文档编号H02J3/46GK103151803SQ201310081629
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者界金星, 赵冬梅, 刘燕华, 李龙龙, 李星宇 申请人:吉林省电力有限公司电力科学研究院, 吉林省电力科学研究院有限公司, 国家电网公司, 华北电力大学