使含风电电网系统优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电网优化运行的方法，尤其涉及一种使含风电电网系统优化运行的抽 水蓄能电站特性精确模拟方法。
【背景技术】
[0002] 由于风电发电量的稳定性不高，因此风电实际上网的电量与预测电量会有较大偏 差，这给含风电电网的年度电力调度运行方案较为准确的制定带来困难，形成较好施行年 度电力调度方案的瓶颈。
[0003] 在含风电的电力系统调度运行年方案的制定中，为提高电力系统能源综合利用效 率，解决风电发展瓶颈问题，近年来国内外研宄机构开展了多项相关课题研宄。而利用储能 技术解决风电出力的不确定性及反调峰问题是最为直观的方案。现有储能技术中，抽水蓄 能电站技术最为成熟，应用也最为广泛。抽水蓄能电站是一种特殊的水电站，既是电源又是 负荷，且具有启动迅速、运行可靠灵活的优点，能有效跟踪系统负荷的变化，保障系统的安 全稳定运行。截至目前，风电-抽水蓄能联合运行方案是提升电网风电接纳能力中最为成 熟的运行方案。因此，如何建立合适的并且接近于电网运行实际的抽水蓄能电站模型是电 力系统中研宄的热点和难点问题。特别是大规模风电并网后，如何使抽水蓄能电站模型既 符合风电调度运行状态，又能保证模型计算效率是迫切需要解决的问题。
[0004] 现有的模型中，文献一《基于时序仿真的风电年度计划制定方法》（电力系统自动 化第38卷第11期第13页）提出一种基于时序仿真的风电年度计划方法，综合考虑风电 出力特性、负荷特性、机组调峰特性、电网送出能力等因素，逐时段优化全网含风电的电力 平衡，建立了用于研宄省级电网年度风电计划的优化模型。但是，该优化模型中没有考虑 对抽水蓄能电站模型的建立，导致模型中电网调峰能力与实际电网有所偏差，进而影响最 终风电年度计划的制定。文献二《Joint environmental and economic power dispatch considering wind power integration:Empirical analysis from Liaoning Province of China》（Renewable Energy第52期第260页）利用实际火电机组、水电机组、风电出力以 及负荷数据，构建了含风电场及抽水蓄能电站的电力系统经济环境联合调度模型。但其对 抽水蓄能电站建模时，并未考虑抽水蓄能电站的库容约束、发电出力约束及抽水电力约束。 过于粗糙的抽水蓄能电站建模导致优化结果不能对实际抽水蓄能电站运行提供有效指导。 文献三《含风电场系统风电与抽水蓄能匹配容量研宄》（太阳能学报第33卷第6期第1037 页），以社会效益最大化为目标建立风电_抽水蓄能联合运行优化模型。文献四《风电一抽 水蓄能联合日运行优化调度模型》（电力系统自动化第36卷第2期第36页）以风电一抽 水蓄能联合运行的效益最大化为目标，考虑抽水蓄能机组的启停限制和发电一抽水工况转 换限制，以二次约束表征机组启停约束和抽水蓄能电站运行工况约束。其对抽水蓄能电站 的模型建立，并不符合实际风电调度情况。在实际系统调度中，如果系统出现弃风，那么此 时，抽水蓄能电站不能进行放水发电，现有的调度模型中均未针对此约束进行建模。
[0005] 因此，提供一种用于含风电的电力系统调度运行年方案的抽水蓄能电站的数学建 模方法是非常迫切的。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的是大规模风电并网后，如何使抽水蓄能电站模型既符合风电调度 运行状态又能保证模型计算效率，以用于含风电的电力系统调度运行年方案的制定的问 题，而提供的一种使含风电电网系统优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明的抽水蓄能电站特性精确模拟方法，包括将所述系 统弃风状态建模为相关于二进制变量的弃风状态线性函数，并基于该二进制变量将系统内 所有抽水蓄能电站的相关运行状态建模为相关于所述二进制变量的所述电站运行状态的 线性函数，两所述线性函数联合约束系统，模拟出系统在弃风状态下抽水蓄能电站出力状 O
[0008] 所述弃风状态线性函数表征的是：t时段系统的风电理论预测功率与t时段 接系统接纳风电功率之差为相关于二进制变量At的线性函数，依据系统接纳风电功率的 大小判断当前弃风状态。
[0009] 所述弃风状态线性函数的数学表达式为：
[0011] 式中：当系统出现弃风，At= 1 ;当系统未出现弃风，At= 0时； <为非负连续变 量；为常数；印s为正无穷小量。
[0012] 所述电站运行状态的线性函数至少包括电站出力状态线性函数，该电站出力状态 线性函数表征的是：t时段抽水蓄能电站发电功率/ 3Ae为相关于二进制变量At的线性函数， 当系统出现弃风时抽水蓄能电站的出力为零，当系统未出现弃风时，抽水蓄能电站出力在 理论最大发电功率和理论最小发电功率之间。
[0013] 所述系电站出力状态线性函数的数学表达式为：
[0015] 式中：为非负变量，和$?;_为常数，分别表示抽水蓄能电站最大理论 发电功率和最小理论发电功率。
[0016] 所述电站的运行状态的线性函数还包电站抽放水状态的线性函数，该抽放水状 态的线性函数表征的是：t时段抽水状态或放水状态依次为二进制变量/?丨、，任意时 亥Ij，所述电站只能出现抽放或放水的一种动作状态。
[0017] 所述电站t时段抽放水状态的线性函数的数学表达式为：
[0019] 式中，/^=0表示电站没有进行抽水操作，烈丨=1表示电站正在进行抽水操作； 表示电站没有进行放水操作，/>$=1表示电站正在进行放水操作。
[0020] 所述电站运行状态的线性函数还包括所述电站出力约束的线性函数和电站抽水 状态的线性函数；所述电站出力波动状态的线性函数表征的是：所述电站放水发电时，发 电功率在理论最大放水发电功率Praemax和理论最小放水发电功率之间任意波动， 该线性函数的数学表达式为：
[0021] PStbXP；SGmin <Ptpso <PStbXP1psamax(4)
[0022] 所述电站抽水状态的线性函数表征的是：所述电站抽水时，抽水机组一旦开启，就 处于满发状态，该线性函数的数学表达式为：
为非负变量，表示抽水蓄能电站抽水功率；A^max为正整数变量，表示抽水蓄能电站参 与优化的抽水机组台数；为单台抽水机组装机容量；为正常数，表示抽水蓄能 电站抽水机组总台数。
[0024] 所述电站运行状态的线性函数还包括机组优化功率约束的线性函数、最小启停机 时间约束的线性函数、供热期供热机组出力约束的线性函数和启停机逻辑状态约束的线性 函数，
[0025] 所述机组优化功率约束的线性函数表征的是：区域第j台常规机组输出功率f的 大小为相关于二进制变量< 的线性函数，该线性函数的数学表达式为：
[0026]PjminX]<Ptj<Pjmax Xtj(6)
[0027] 式中：Pj^x, Pj,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限；$是j 台机组在时段t的运行状态的二进制变量，