一种风光火储多能源电力系统日前优化运行方法与流程

本发明属于多能源电力系统优化运行领域，具体涉及一种风光火储多能源电力系统日前优化运行方法。

背景技术：

1、随着高比例可再生能源电力系统快速发展，风电和光伏等不确定电源进一步接入电网，给系统运行带来了极大挑战。由于风电、光伏、负荷一直处于波动状态，依靠具有双向调剂能力的储能对其功率波动进行调节是一种常见的手段，但储能机组并不能直接发电弥补功率缺口，只能起到电力电量转移作用；因此，发挥灵活性改造后的火电机组的调节能力，用火电补充新能源出力缺口，与储能共同应对电力调度难题已成为当下热点研究技术。

2、针对多能源电力系统运行优化问题，有研究建立了风光储联合运行系统，包括在线滚动优化与有功实时控制两个模块，前者考虑出力偏差和储能循环次数，求解计划出力曲线，后者考虑风光机组调节裕量和储能荷电状态，进行出力微调。虽然该方法能在一定程度上提高出力指令的完成度，但由于未将火电机组纳入考虑，不适于风光火储联合运行系统。另外，目前的多能互补优化调度在复杂电力系统层面的应用仍然较少，对规模化储能参与调节的情况讨论较少，特别是缺乏对大规模储能和新能源配合机理的分析及对储能潜力的挖掘。且多数多能互补运行模型强调水电的调节能力，而依赖水电的协调模式并不适合中国的西北、东北和华北等地区。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中多能源电力系统中新能源消纳及经济运行的缺陷，从而提供一种风光火储多能源电力系统日前优化运行方法，能够根据各类机组运行特性和负荷特性，建立了新能源集群、规模化储能集群和火电机组联合运行的日前优化调度模型，可快速求解各类机组最优出力曲线，为多能源电力系统的优化调度提供参考。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种风光火储多能源电力系统日前优化运行方法，包括以下步骤：

4、按照预设区域内新能源机组的净负荷平衡原则，选取预设区域内的新能源机组作为新能源发电集群，根据新能源发电集群的第一约束条件构建不可控机组模型；

5、通过将预设区域内规模化储能基于系统容量需求进行聚合，并根据集群划分界限值将储能划分为不同规模的储能集群，在此基础上对不同集群的充放电运行条件进行约束，进而结合火电机组第二约束条件及储能集群第三约束条件构建可控机组模型；

6、按照预设区域内电力系统内部电力电量自平衡原则，并根据不可控机组模型及可控机组模型的经济成本建立成本目标函数，并根据成本目标函数及第四约束条件构建日前优化调度模型；

7、根据日前优化调度模型计算多能源电力系统各个机组的计划功率，根据计划功率调整多能源电力系统每日的运行状态。

8、本发明实施例提供的风光火储多能源电力系统日前优化运行方法，通过构建预设区域内新能源机组的不可控机组模型，构建火电机组及按照储能容量需求划分的储能集群所组成的可控机组模型，基于两种机组模型构建日前优化调度模型，并根据日前优化调度模型计算多能源电力系统各个机组的计划功率，以此调整其每日的运行状态。本发明根据各类机组运行特性和负荷特性构建多能源电力系统的日前优化调度模型，综合考虑系统的运行成本，能够降低优化调度问题的难度和维数，实现多能源电力系统运行成本最小化的目标，为多能源电力系统的优化调度提供参考。

9、可选地，新能源机组，包括：风电机组及光伏机组；第一约束条件，包括：新能源的负荷约束条件及限电量约束条件；负荷约束条件包括：预设区域内新能源机组的净负荷功率等于该区域负的负荷及原有负荷；限电量约束条件包括：预设区域内新能源机组的弃风弃光量不超出预设上限。

10、本发明选择风电机组和光伏机组作为电力系统的新能源机组，随着新能源的发展，风电光伏已成为国内新增发电装机的主体力量，风电光伏发电的技术成熟度相对较高，采用风电光伏发电能够一定程度上保证多能源电力系统的稳定性及经济成本。将每个区域的新能源机组作为一个发电集群，针对风电光伏新能源的不确定性电源出力特性构建不可控机组模型，并对不可控机组模型的负荷进行整理与约束，能够降低优化调度问题的求解难度。此外还考虑了风电光伏的弃风弃光量，能够满足新能源消纳的要求。

11、可选地，根据划分界限值将储能划分为规模化储能集群的过程，包括：若所划分规模化储能集群数量超过预设数量阈值，则将划分界限值之间差值在预设范围内的进行合并；若预设区域内某类型储能的充放电运行参数与其他类型储能的运行参数之间的差值超过预设阈值且该类储能本身的装机容量超过预设容量阈值，则将该类储能单独作为一个规模化储能集群；进一步将度电成本在预设范围内的储能优先聚合，使得集群内部度电成本相对稳定；若有需要，可令成本低的储能多次循环而成本高储能减少循环，在维持集群稳定运行的同时避免全部储能无差异充放电带来的非经济性。

12、本发明通过将相近容量界限值进行合并能够减少储能集群的划分数量，在满足划分条件基础上降低计算复杂度。此外将特殊类型的储能单独作为储能集群，能够避免运行参数拨动过大，提高日前优化的可靠性。

13、可选地，第二约束条件，包括：火电机组的出力上下限约束条件、出力爬坡约束条件、最短启停时间约束条件及运行状态逻辑约束条件；出力上下限约束条件包括：该火电厂的火电出力在预设出力范围内；出力爬坡约束条件包括：该火电厂的火电机组功率在相邻时刻内变化量在预设变化范围内；最短启停时间约束条件包括：该火电厂的火电机组在预设时间内的启动操作或停机操作的次数只有一次；运行状态逻辑约束条件包括：该火电厂的火电机组在同一时刻不能同时执行起动操作或停机操作。

14、本发明通过以一个火电厂的全部机组为单位，考虑火电机组的出力特性、启停损耗，根据出力上下限、出力爬坡、启停时间及运行状态四种约束进行火电机组的建模，能够保证火电机组工作在正常运行状态下，避免过多损耗。

15、可选地，第三约束条件，包括：储能集群的充放电功率约束条件、电量时序约束条件、运行状态转换约束条件及能量日清约束条件；充放电功率约束条件包括：储能集群的充电功率不能超过最大充电功率，且其放电功率不能超过最大放电功率；电量时序约束条件包括：储能集群中储存的能量具有时序关系，基于时序关系的能量在预设容量范围内；运行状态转换约束条件包括：储能集群在预设时间内的充电转放电或放电转充电的状态转换次数在预设转换次数内；能量日清约束条件包括：储能集群在预设时间的起始时刻所存储的电量等于终止时刻所储存的电量。

16、本发明的可控机组包括火电机组及储能集群，考虑了北方水资源不充分的条件，基于此构建的日前优化调度模型更适合中国的西北、东北和华北地区。储能集群作为可控电源，需充分掌握其充放电功率、充放电的时序、转换状态及能量储存状态，能够维护储能系统的寿命，保证储能系统的能量具有连续性，从而保证下一日调度计划的可行性。

17、可选地，第四约束条件，包括：第一约束条件、第二约束条件、第三约束条件、多能源电力系统功率平衡约束条件、区域外来受电约束条件及火电机组旋转备用约束条件；电力系统功率平衡约束条件包括：所有区域内电力系统的火电、储能放电及外来电功率之和等于净负荷和储能充电功率之和；区域外来受电约束条件包括：各个区域内电力系统接收到的外来电功率等于预设功率；火电机组旋转备用约束条件包括：每个火电厂的火电机组的备用功率大于预设功率。

18、本发明在构建多能源电力系统的可控机组模型及不可控机组模型的基础上，构建日前优化调度模型，其中日前优化调度模型不仅要考虑各机组的运行约束条件，还要考虑整个多能源电力系统的运行约束条件，包括整个系统的功率平衡、各区域的外来受电及火电机组的旋转备用，进一步保证电力系统优化调度的稳定性与可靠性。

19、可选地，基于经济成本原则建立成本目标函数，将成本目标函数设置为区域内部未平衡功率跨区传输成本、火电机组发电成本、火电机组功率调整成本及弃风光惩罚成本之和的最小值。

20、本发明基于经济成本原则建立日前优化调度模型的成本目标函数。约束条件是为了实现区域内部电力电量自平衡，减少电能在区域间的交换，而成本目标函数是综合考虑了多能源电力系统的经济性和新能源消纳要求，能够实现多能源电力系统运行成本最小的目标。

21、第二方面，本发明实施例提供了多能源电力系统日前优化运行系统，系统包括：

22、不可控机组模型构建模块，用于按照预设区域内新能源机组的净负荷平衡原则，选取预设区域内的新能源机组作为新能源发电集群，根据新能源发电集群的第一约束条件构建不可控机组模型；

23、可控机组模型构建模块，用于通过将预设区域内规模化储能基于系统容量需求进行聚合，并根据集群划分界限值将储能划分为不同规模的储能集群，在此基础上对不同集群的充放电运行条件进行约束，进而结合火电机组第二约束条件及储能集群第三约束条件构建可控机组模型；

24、优化调度模型构建模块，用于按照预设区域内电力系统内部电力电量自平衡原则，并根据不可控机组模型及可控机组模型的经济成本建立成本目标函数，并根据成本目标函数及第四约束条件构建日前优化调度模型；

25、系统运行优化模块，用于根据日前优化调度模型计算多能源电力系统各个机组的计划功率，根据计划功率调整多能源电力系统每日的运行状态。

26、本发明实施例提供的多能源电力系统日前优化运行系统，通过构建预设区域内新能源机组的不可控机组模型，构建火电机组及按照储能容量需求划分的储能集群所组成的可控机组模型，基于两种机组模型构建日前优化调度模型，并根据日前优化调度模型计算多能源电力系统各个机组的计划功率，以此调整其每日的运行状态。本发明根据各类机组运行特性和负荷特性构建多能源电力系统的日前优化调度模型，综合考虑系统的运行成本，能够降低优化调度问题的难度和维数，实现多能源电力系统运行成本最小化的目标，为多能源电力系统的优化调度提供参考。

27、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中的方法。

28、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中的方法。