一种能源协调优化机组组合方法
【专利摘要】本发明涉及一种能源协调优化机组组合方法，所述能源包括风电、火电和抽水蓄能；所述方法包括以下步骤：确定风电出力置信区间；确定火电机组的运行参数和耗煤特性以及抽水蓄能机组的运行参数和运行特性；确定风电、火电和抽水蓄能联合优化机组组合的目标函数和约束条件；确定混合整数非线性规划问题；确定未来24小时机组的开停机计划。本发明方法提高机组组合的可靠性，保障实时运行中系统具备足够的调节能力平衡风功率的波动引起的功率不平衡，促进风电的消纳，实现多元能源的协调优化运行，从而保证电网运行的安全性和经济性。
【专利说明】一种能源协调优化机组组合方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种能源协调优化机组组合方法，更具体涉及一种风电、火电、抽水蓄 能协调优化机组组合方法。
【背景技术】：
[0002] 近来，环境问题和不可再生资源的不断消耗，促进了风电等清洁能源的发展，大规 模间歇式能源出力的不确定性给电网的安全经济运行提出新的挑战。为保障电网的安全运 行，促进间歇式能源的消纳，系统需要有足够的调峰能力保障实时功率平衡。传统的机组组 合多集中于两类电源的联合优化，且较多研究是基于预测的风电研究多源间的互补机理， 如基于预测风电进行联合优化，并通过增加备用降低风电不确定性对电网安全性的影响； 基于概率场景进行风火电的联合优化；基于风电出力置信区间进行风火电的联合优化；基 于不确定集进行风电、火电、抽水蓄能联合优化。
[0003] 当风电并网规模较小时，通过增加备用可以保证电网运行的安全性。随着风电并 网规模的扩大，风电短时内可能会出现较大波动，由于增加备用没有从细节上考虑风电的 变化，其他电源会因上下调节能力不足不能满实时功率平衡，且能够保障电网运行安全的 备用容量不容易估算。概率场景法，简化后场景的有效性将对解的精度影响较大，要保证解 的精度越高，则需简化后的场景越多，计算的代价也越大。不确定集法，以一个随机参数表 示的不确定集表示风电的可能出力，建模方便，但求解复杂。
[0004] 考虑到抽水蓄能是一种快速调节的灵活电源，适于调峰填谷，多元能源联合优化 能充分发挥各类能源的优势，且关于风电、火电、抽水蓄能联合优化的机组组合方法尚不成 熟。因此，提出一种能够考虑风电的不确定性和抽水蓄能水头变化影响的机组组合方法，对 提高机组组合的可靠性，保障实时系统运行的安全性，促进风电的消纳，降低发电成本具有 重要意义。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的是提供一种能源协调优化机组组合方法，本发明的方法提高机组组 合的可靠性，保障实时运行中系统具备足够的调节能力平衡风功率的波动引起的功率不平 衡，促进风电的消纳，实现多元能源的协调优化运行，从而保证电网运行的安全性和经济 性。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种能源协调优化机组组合方法，所 述能源包括风电、火电和抽水蓄能；所述方法包括以下步骤：
[0007] (1)确定风电出力置信区间；
[0008] (2)确定火电机组的运行参数和耗煤特性以及抽水蓄能机组的运行参数和运行特 性；
[0009] (3)确定风电、火电和抽水蓄能联合优化机组组合的目标函数和约束条件；
[0010] (4)确定混合整数非线性规划问题；
[0011] (5)确定未来24小时机组的开停机计划。
[0012] 本发明提供的一种能源协调优化机组组合方法，所述步骤（1)的置信区间根据风 功率的误差分布模型、置信水平和未来24小时风电预测功率获得；所述风功率的误差分布 模型根据风电场的风功率预测与实测历史数据，进行误差分布特性统计确定；所述置信水 平的选择取决于实际电力系统各类电源的装机比例、风电的波动特性和抽水蓄能的运行特 性；
[0013] 其中，以预测风电作为场景0,以所述置信区间上限作为场景1，以所述置信区间 下限作为场景2。
[0014] 本发明提供的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述风电出力置信 区间选择过程如下：
[0015] 步骤1-1 :确定至少两个置信水平下的风电出力置信区间；
[0016] 步骤1-2 :分别确定每个风电置信区间下的机组组合；
[0017] 步骤1-3 :对不同置信区间下的机组组合可靠性进行验证；
[0018] 步骤1-4 :统计各置信区间下机组组合的可靠性水平并根据对机组组合的可靠性 水平的要求，确定所述电力系统做机组组合时选择的置信水平。
[0019] 本发明提供的另一优选的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步 骤1-3中根据风电的所述误差分布特性生成随机场景，采用至少两个所述随机场景对不同 置信区间下的机组组合可靠性进行验证；
[0020] 确定在某个所述随机风电场景和某个所述机组组合下，是否所有的约束都能得到 满足，都满足的时候，表示该机组组合对于该风电随机场景是可靠的，否则就是不可靠的， 直至验证完所有随机场景。
[0021] 本发明提供的再一优选的一种能源协调优化机组组合方法，所述步骤（2)中的参 数和特性通过所述电力系统负荷的未来24小时预测数据确定。
[0022] 本发明提供的又一优选的一种能源协调优化机组组合方法，所述步骤（3)中目标 函数为预测风电场景下的发电成本，其包括火电的启停成本、运行成本和抽水蓄能的发电 成本：
[0023] 所述约束条件包括基于预测风电的约束条件和基于风电置信区间上下限的约束 条件；所述基于风电置信区间上下限的约束条件包括基于风电置信区间上下限的基本约束 和基于风电置信区间上下限的系统调节能力约束。
[0024] 本发明提供的又一优选的一种能源协调优化机组组合方法所述目标函数通过下 式⑴确定： _
【权利要求】
1. 一种能源协调优化机组组合方法，所述能源包括风电、火电和抽水蓄能；其特征在 于：所述方法包括以下步骤： (1) 确定风电出力置信区间； (2) 确定火电机组的运行参数和耗煤特性以及抽水蓄能机组的运行参数和运行特性； (3) 确定风电、火电和抽水蓄能联合优化机组组合的目标函数和约束条件； (4) 确定混合整数非线性规划问题； (5) 确定未来24小时机组的开停机计划。
2. 如权利要求1所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步骤（1) 的置信区间根据风功率的误差分布模型、置信水平和未来24小时风电预测功率获得；所述 风功率的误差分布模型根据风电场的风功率预测与实测历史数据，进行误差分布特性统计 确定；所述置信水平的选择取决于实际电力系统各类电源的装机比例、风电的波动特性和 抽水蓄能的运行特性； 其中，以预测风电作为场景〇,以所述置信区间上限作为场景1，以所述置信区间下限 作为场景2。
3. 如权利要求2所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述风电出力 置信区间选择过程如下： 步骤1-1 :确定至少两个置信水平下的风电出力置信区间； 步骤1-2 :分别确定每个风电置信区间下的机组组合； 步骤1-3 :对不同置信区间下的机组组合可靠性进行验证； 步骤1-4 :统计各置信区间下机组组合的可靠性水平并根据对机组组合的可靠性水平 的要求，确定所述电力系统做机组组合时选择的置信水平。
4. 如权利要求3所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步骤1-3 中根据风电的所述误差分布特性生成随机场景，采用至少两个所述随机场景对不同置信区 间下的机组组合可靠性进行验证； 确定在某个所述随机风电场景和某个所述机组组合下，是否所有的约束都能得到满 足，都满足的时候，表示该机组组合对于该风电随机场景是可靠的，否则就是不可靠的，直 至验证完所有随机场景。
5. 如权利要求1所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步骤（2) 中的参数和特性通过所述电力系统负荷的未来24小时预测数据确定。
6. 如权利要求1所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步骤（3) 中目标函数为预测风电场景下的发电成本，其包括火电的启停成本、运行成本和抽水蓄能 的发电成本： 所述约束条件包括基于预测风电的约束条件和基于风电置信区间上下限的约束条件； 所述基于风电置信区间上下限的约束条件包括基于风电置信区间上下限的基本约束和基 于风电置信区间上下限的系统调节能力约束。
7. 如权利要求6所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述目标函数 通过下式（1)确定： (1) 其中，Ν为火电机组总数，Η为抽水蓄能机组的总数，T为时段总数，/)!为火电机组的运 行成本，、^，分别为火电机组的开机成本和停机成本，、q广分别为抽水蓄能 机组的发电状态启动成本和抽水状态启动成本，丨、''中的上标〇 为预测风电场景。
8.如权利要求6所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述基于预测 风电的约束条件包括以下约束： 功率平衡约束
火电机组启动变量和停机动态变量约束：
最小开停机时间约束
上下旋转备用约束
火电机组出力限制约束
爬坡约束
滑坡约束
发电抽水不同时约束
上水库库容平衡约束
下水库库容平衡约束
库容水位关系约束
发电功率与发电流量及水头关系约束
抽水蓄能机组发电功率限制约束
抽水功率限制约束
库容限制约束
期初期末库容约束
水位限制约束
发电流量限制约束
抽水流量约束
其中，N表示火电机组总数，W表示风电机组总数，Η表示抽水蓄能机组的总数，Ii;t表 示t时段火电机组的运行状态，为t-Ι时段末火电机组的运行状态，Lt表示t时段负 荷，分别表示到t-Ι时段末已开机时间和已停机时间，G;% 分别表示最小 开机时间和最小停机时间，<表示预测风电场景下t时段火电机组计划出力，表示t-1 时段火电机组计划出力，Pi,_、Pi,min分别表示火电机组出力上限、下限，表示预测风电 出力，RUt、RDt分别表示t时段的上下旋转备用需求，RpDi分别表示火电机组i的爬坡速率 和滑坡速率，u i;t表示火电机组i启动变量，vi;t表示火电机组i停运变量，表示1表 示抽蓄机组j在预测风电场景下t时段处于发电状态，/_ΓΛ表示1表示抽蓄机组j在预测 风电场景下t时段处于抽水状态，°表示抽蓄机组j在预测风电场景下t时段的发电功 率，Ρ/Γ°表示抽蓄机组j在预测风电场景下t时段的抽水功率，、€5?分别表示抽蓄 机组发电功率的上下限，巧~、Gf"分别表示抽水蓄能机组的固定抽水功率和抽水流量， 、rr表示预测风电场景下上水库t、t-i时段末的库存，r广 1、（if表示预测风电场 景下下水库t、t-i时段末库存，分别表示上、下水库库容的上、下 限，F， 11、分别表示上下水库的期初水位，F;,,,、分别表示上下水库的期初水位 要求，表示上水库的期末水位，表示上水库的期末水位要求，表示上水库t时 段的天然来水，if表示下水库t时段的天然来水，0!7' #表示预测风电场景下抽蓄机组j在t 时段的发电流量，0『Γ°表示预测风电场景下抽蓄机组j在t时段的抽水流量， 表示预测风电场景下抽蓄机组j在t、t-i时段上水库水位，Zg、表示预测风电场景 下抽蓄机组j在t、t-i时段下水库水位，/(ΖΓ°)、/(ζ;/Λ)表示上、下库容关于上下库水位 的函数关系，ζ: η、<_分别表示上、下水库水位的上下限，7厂表示发 电效率，表示发电流量下限，表示发电流量上限；参数中的上标0表示预测风电 场景。
9. 如权利要求8所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述基于风电 置信区间上下限的基本约束除不含有仅与火电机组开停机状态变量I相关的约束外，所述 基于风电置信区间上下限的基本约束与所述基于预测风电的约束的类型相同。
10. 如权利要求8所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述基于风电 置信区间上下限的系统调节能力约束包括系统上调节能力约束和系统下调节能力约束； 所述系统上调节能力约束通过下式（2)确定：
所述系统下调节能力约束通过下式（3)确定：
其中，
s = 1，2 ;所述公式⑵和（3)中参数的上标1为风电出力置 信区间上限，所述公式（2)和（3)中参数的上标2为风电出力置信区间下限，、I!,分 别表示风电场景1下t、t-Ι时段的等效负荷，Λ?、rflt,分别为风电场景2下t、t-Ι时段 的等效负荷，j表示风电场景1下的火电和抽水蓄能t-1时段的最大上调能力，甿!，表 示风电场景2下的火电和抽水蓄能t-Ι时段的最大下调能力，61?、为火电机组i在 风电场景1、2下t-Ι时段的发电功率，巧巧二 2分别表示抽蓄机组j在风电场景1、2下 t-i时段的发电功率，分别表示抽蓄机组j在预测风电场景下t-Ι时段的抽水 功率。
11.如权利要求8所述的一种能源协调优化机组组合方法，其特征在于：所述步骤（5) 通过所述步骤（4)求解获得的连续-离散变量耦合、多复杂约束的混合整数非线性规划问 题的结果作为电网机组调度方案，确定未来24小时机组的开停机计划。
【文档编号】H02J3/38GK104124708SQ201410359526
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】刘芳, 潘毅, 周京阳, 李强, 朱泽磊, 许丹, 戴赛, 崔晖, 董炜, 蔡帜, 韩彬, 张传成, 丁强, 李晓磊, 张加力 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院