基于机组组合和经济调度的多阶段风电接纳范围计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于机组组合和经济调度的多阶段风电接纳范围计算方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源与环境问题的日益严峻，环境友好型的可再生资源逐渐受到关注。风能 以其运行成本低、污染少、储量丰富、开发潜力巨大等天然优势，近年来得到了大力发展，由 于自然界中风固有的随机性和波动性，使得并网的风电具有以下不足：
[0003] 1)强烈的不确定性：即风电出力受风速影响难以精确预测；
[0004] 2)反调峰特性：即风电机组出力与系统负荷具有负相关性，尤其是负荷水平较低 而风电出力较高时会产生极大问题；
[0005] 3)风电机组的输出功率取决于风速的大小，目前风电场风速预测水平非常有限， 其预测误差一般在25%~40%左右，因此大规模风电并网对电力系统的稳定运行带来了 巨大的挑战。
[0006] 现有能源结构的调节能力不足，为了平衡电网的波动性，系统的经济性变差，甚至 在风电大发时，系统不得不弃风，随着风电在电网中渗透率的持续提高，电网弃风问题日益 严重，因此，研究电网的风电接纳能力对于提高电网的安全性和经济性十分重要。
[0007] 另外，关于电网接纳风电能力尚无明确的定义及标准的计算方法，对于不同领域， 评估风电接纳能力所考虑的因素不同，决定了评估方法的不同。传统评估电网接纳能力通 常是从风电规划角度，考虑运行方式、扰动方式等因素，用于决策最大风电装机容量，这类 评估方法不适用于短期调度运行领域；还有一些研究方法包括基于调峰的分析等，通过建 立代数模型对电网风电接纳能力进行分析，但难以保证评估结果的有效性和实用性。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明提供一种基于机组组合和经济调度的多阶段风电接纳范围 计算方法，用于规划-月度-日前多阶段的风电接纳范围计算，该范围包括最大值和最小 值，对分析电网的风电接纳能力具有重要意义，对电网的规划建设和经济调度具有参考价 值。
[0009] 术语定义：
[0010] ⑴最大能够接纳的风电装机容量是指通过火电机组启停、机组出力等，该电网能 够接纳的最大风电装机容量；
[0011] (2)最小必须接入的风电装机容量是指当该地区火电机组装机不能满足负荷需求 时，为了保证供需平衡，最小必须接入的风电装机容量；
[0012] (3)月度最大能够接纳的风电电量是指通过火电机组启停、机组出力等，该电网在 该月度能够接纳的最大风电电量；
[0013] (4)月度最小必须接入的风电电量是指当该地区火电机组出力不能满足负荷需求 时，为了保证供需平衡，该月度最小必须接入的风电电量；
[0014] (5)次日最大能够接纳的风电电量是指通过火电机组启停、机组出力等，该电网次 日能够接纳的最大风电电量；
[0015] (6)次日最小必须接入的风电电量是指当该地区次日火电机组出力不能满足负荷 需求时，为了保证供需平衡，次日最小必须接入的风电电量。
[0016] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0017] 基于机组组合和经济调度的多阶段风电接纳范围计算方法，其特征在于，包括年 度规划阶段、月度规划阶段和日前规划阶段，分别为：
[0018] A :在年度规划阶段：
[0019] AOl :采用地区典型负荷曲线数据，基于经济调度优化方法，建立求解该地区最大 能够接纳的风电装机容量以及最小必须接入的风电装机容量的数学模型；
[0020] A02:求解模型，分别得到该地区最大能够接纳的风电装机容量以及最小必须接入 的风电装机容量；
[0021] B :在月度规划阶段：
[0022] BOl :采用月度负荷预测数据，基于经济调度优化方法，建立求解该地区月度最大 能够接纳的风电电量以及月度最小必须接入的风电电量的数学模型；
[0023] B02:求解模型，分别得到该地区月度最大能够接纳的风电电量以及月度最小必须 接入的风电电量；
[0024] C :在日前规划阶段：
[0025] COl :采用日前负荷预测数据、日前风电预测数据、月度火电机组启停优化结果，基 于经济调度优化方法，建立求解该地区次日最大能够接纳的风电电量以及次日最小必须接 入的风电电量的数学模型；
[0026] C02 :求解模型，分别得到该地区次日最大能够接纳的风电电量以及次日最小必须 接入的风电电量。
[0027] 优选，步骤AOl中，最大能够接纳的风电装机容量的模型为：
[0028] 目标函数：
[0029] Imx^lnstall (1)
[0030] 约束条件：
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] CN 105048491 A ^ ^ 3/10 贝
[0036]
[0037]
[0038] 其中：式⑴为可接纳风电装机容量上限，NT为研究周期包含的时段数，NG为系 统的火电机组台数，NW为系统的风电机组台数，P wiit为时段t可接纳风电出力值，斤1_·为 全时段电网可接纳风电装机容量上限，Pat为火电机组i在时刻t的出力，P w]it为风电场， 在时刻t的出力，Put为系统在时刻t的负荷需求，P linuS在时刻t的联络线计划，乃f为 火电机组i的最小技术出力，端^:为火电机组i的最大技术出力，P lit为常规机组i在时 亥IJ t的启停机方式，μ lit= 1开机，μ lit= 0停机，为火电机组i的上升爬坡限制， ΔΡ=为火电机组i的下降爬坡率限制，λ i、λ 2为系统的负荷备用系数，If1为机组i的最小 开机时间，！；〃为机组i的最小停机时间，C 1为机组i在时段t-Ι的连续开机时间，At1 为机组i在时段t-Ι的连续停机时间，Pflm^tS传输线1在时刻t的直流潮流，为传 输线1的直流潮流限制。
[0039] 最小必须接入的风电装机容量的模型为：
[0040] 目标函数：
[0041] (9>
[0042] 约束条件：
[0050] 其中，式（9)为可接入风电装机容量下限，为风电装机容量下限。
[0051] 本发明的有益效果是：
[0052] 本方法以机组组合和经济调度为基础，在规划-月度-日前多阶段分别建立了以 风电装机容量、风电电量最大为目标的优化模型，采用混合整数规划算法求解，有助于提高 电网调度的精细化水平。可以在风电规划建设时提供参考，可以提前防范大规模风电并网 对电网安全运行带来的风险，可以为调度人员进行日前发电计划制定提供指导，提高了大 规模风电介入后电网的安全性和经济性。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技 术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0054] 基于机组组合和经济调度的多阶段风电接纳范围计算方法，包括年度规划阶段、 月度规划阶段和日前规划阶段，本发明的电网风电接纳能力优化评估方法提出研究风电接 纳区间，主要基于机组组合和经济调度技术，以风电出力之和最大或最小为优化目标，建立 优化求解模型，可通过商业软件（IL0G/CPLEX)对模型进行求解，获得电网的风电接纳能力 结果。
[0055] 下面对各个规划阶段进行详细说明：
[0056] A :在年度规划阶段：
[0057] AOl :采用地区典型负荷曲线数据，基于经济调度优化方法，建立求解该地区最大 能够接纳的风电装机容量以及最小必须接入的风电装机容量的数学模型；
[0058] A02 :求解模型，分别得到该地区最大能够接纳的风电装机容量以及最小必须接入 的风电装机容量。
[0059] 年度最大能够接纳风电装机容量模型：该模型以火电机组的机组启停、火电机组 出力功率、风电场的出力功率为决策变量；以最大化风电装机容量为优化目标；约束条件 包括有功功率平衡约束、火电机组出力上下限约束、火电机组爬坡约束、备用需求约束、火 电机组最小启停时间约束、线路潮流约束、风电功率范围约束。优选，优化模型如下：
[0060] 目标函数：
[0061] maxi^"iW// (! )
[0062] 约束条件：
[0063]
[0064]
[0065]
[0070] 其中：式⑴为可接纳风电装机容量上限，NT为研究周期包含的时段数，NG为系统 的火电机组台数，NW为系统的风电机组台数，P wiit为时段t可接纳风电出力值，dm为全 时段电网可接纳风电装机容量上限，Ptii t为火电机组i在时刻t的出力，P w]i t为风电场，在 时刻t的出力，Put为系统在时刻t的负荷需求，P llM，t为在时刻t的联络线计划，Zfn为火 电机组i的最小技术出力，为火电机组i的最大技术出力，Plit为常规机组i在时刻t 的启停机方式，μ lit= 1开机，μ lit= 〇停机，Δ#?为火电机组i的上升爬坡率限制，Aif 为火电机组i的下降爬坡率限制，λ i、λ 2为系统的负荷备用系数，If为机组i的最小开机 时间，ITr为机组i的最小停机时间，ISU为机组i在时段t-ι的连续开机时间，为机 组i在时段t-ι的连续停机时间，Pflm^tS传输线1在时刻t的直流潮流，为传输线 1的直流潮流限制。
[0071] 需说明的是：上述优化模型中，待优化决策变量为机组启停状态和出力大小，其中 既有连续型变量又有离散型变量，约束条件中既有功率平衡约束、机组爬坡约束等线性约 束条件，又包含常规机组最小启停时间约束等非线性约束条件，同时还要考虑常规机组最 小启停时间和爬坡约束等在不同时间段的耦合性，因此优化模型属于多变量、非线性混合 整数规划问题。由于IL0G/CPLEX只能求解线性的混合整数规划模型，因此若调用ILOG/ CPLEX求解本文所建立的优化模型之前，必须将模型中的非线性因素进行线性化，结果如 下：
[0072]
[0073]
[0074] 式（I )为最小开机运行时间约束的线性化，式（II )为最小停机时间约束的线 性化。
[0075] 可采用IL0G/CPLEX求解上述线性化模型，得到最大接纳风电装机容量的 最优解为以
[0076] 最小必须接入风电装机容量模型：该模型以火电机