基于偏差與調(diào)度經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化

嚴(yán)翠云

摘 要：風(fēng)電的出力情況與預(yù)測(cè)是有著一定程度的差別的，而這種差別會(huì)給電力生產(chǎn)增加一定的成本。因此做好風(fēng)電出力偏差和調(diào)度經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化工作重要而且必要，本文將會(huì)結(jié)合實(shí)際對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，希望能夠有效地提升風(fēng)電接納水平。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電出力偏差；調(diào)度經(jīng)濟(jì)性；風(fēng)電接納水平；優(yōu)化策略

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

風(fēng)能是一種清潔可再生的能源，利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電是環(huán)保節(jié)能的需要，而且使用風(fēng)能發(fā)電能夠很大程度的節(jié)約資源，這是完全符合未來(lái)社會(huì)的發(fā)展需要的。但是在實(shí)際的工作當(dāng)中風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)與實(shí)際會(huì)存在有一定的差別，這樣的差別會(huì)直接影響電能的生產(chǎn)成本，因此這就需要做好風(fēng)電出力偏差和調(diào)度經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化策略的研究工作。

一、風(fēng)電出力偏差

什么是風(fēng)電出力偏差，風(fēng)力偏差就是風(fēng)電的實(shí)際出力值和預(yù)估值之間的差， 而這種差值有高估與低估兩種類型。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)速分布是符合韋氏分布的，所以，能夠推導(dǎo)出各個(gè)時(shí)間段當(dāng)中風(fēng)電的預(yù)估值和未來(lái)這一時(shí)間段中的實(shí)際風(fēng)電出力的期望值，風(fēng)電功率概率密度函數(shù)是：

1.風(fēng)電高估期望值

風(fēng)電高估期望值其實(shí)就是說(shuō)風(fēng)電出力實(shí)際是不充足的，也就是說(shuō)將來(lái)的某一時(shí)間中風(fēng)電實(shí)際可以使用的出力是低于預(yù)測(cè)出力的。將風(fēng)電在某刻出力預(yù)測(cè)值設(shè)置為Y forecast，所以風(fēng)電高估時(shí)未來(lái)某刻的實(shí)際出力是0≦w﹤Y forecast，當(dāng)風(fēng)電高估期望值它的差值表達(dá)是（Y forecast-w）。

根據(jù)風(fēng)電功率概率密度函數(shù)和高估偏差的表達(dá)式可以算出風(fēng)電場(chǎng)在此時(shí)刻中風(fēng)電高估偏差大小的期望值Eeh是：

2.風(fēng)電低估期望值

風(fēng)電低估期望值就是表示在風(fēng)電出力時(shí)它實(shí)際出力是過(guò)度充足的，也就是說(shuō)將來(lái)的某一時(shí)間中風(fēng)電實(shí)際能夠使用的出力是高于預(yù)測(cè)出力的。將風(fēng)電在未來(lái)某個(gè)時(shí)刻中出力預(yù)測(cè)其值設(shè)定為Y forecast，所以風(fēng)電低谷時(shí)在未來(lái)某個(gè)時(shí)刻中的實(shí)際出力值就應(yīng)該是Y forecast﹤w≦w r，低估偏差值的表達(dá)式就應(yīng)該是（w-Y forecast）。

根據(jù)風(fēng)電功率概率密度函數(shù)和高估偏差的表達(dá)式能夠得出風(fēng)電場(chǎng)在這一時(shí)刻中風(fēng)電低估偏差大小的期望值Eel是：

二、調(diào)度經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化模型

所謂調(diào)度經(jīng)濟(jì)性就是說(shuō)在提升系統(tǒng)中的風(fēng)電接納水平的同時(shí)，盡可能地提高常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，使風(fēng)電系統(tǒng)在大的負(fù)荷下節(jié)能減排，保證常規(guī)機(jī)組運(yùn)行成本最小的前提下允許有棄風(fēng)量，但是一定要將其控制在最低程度。

現(xiàn)階段，使用風(fēng)力發(fā)電的電力運(yùn)行系統(tǒng)都是將裝機(jī)容量作為基礎(chǔ)的風(fēng)電預(yù)測(cè)值，這個(gè)結(jié)果僅供機(jī)組出力參考，不能夠全面有效的評(píng)估電力系統(tǒng)的最佳風(fēng)電接納能力，因此把目前的風(fēng)電預(yù)測(cè)出力水平當(dāng)作基礎(chǔ)，將優(yōu)化變量也就是風(fēng)電接納水平倍數(shù)βw引入后評(píng)價(jià)風(fēng)電接納的最佳水平。βw作為當(dāng)前風(fēng)電預(yù)測(cè)值的倍數(shù)，可以是大于或小于一對(duì)。

在它大于一時(shí)，就表示能夠適當(dāng)?shù)脑黾语L(fēng)電裝機(jī)容量，這樣可以有效提升風(fēng)電出力水平。當(dāng)預(yù)測(cè)值小于一時(shí)，那么就說(shuō)明電力系統(tǒng)中有很大程度的棄風(fēng)，應(yīng)該要合理控制風(fēng)電并網(wǎng)容量。因此βw能夠描述系統(tǒng)能夠接納的最佳風(fēng)電裝機(jī)容量值。

由于常規(guī)機(jī)組的成本和風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際棄風(fēng)以及偏差成本數(shù)量級(jí)相差了很多，優(yōu)化變量除了常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)出力，還會(huì)有風(fēng)電的接納水平倍數(shù)。那么就需要全方位的考慮常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，平衡好常規(guī)機(jī)組運(yùn)行和風(fēng)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，將常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)出力和風(fēng)電接納水平系數(shù)當(dāng)作優(yōu)化變量，組成了常規(guī)機(jī)組運(yùn)行成本最小、風(fēng)電棄風(fēng)及出力偏差成本最小的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型：

這當(dāng)中T是調(diào)度周期一天，所以T就是24h，Δ t是調(diào)度的時(shí)間間隔一個(gè)小時(shí)，所以Δt就應(yīng)該是1h，n和m就是代表參與調(diào)度的常規(guī)火電機(jī)組數(shù)量和風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量，Ii，t代表的是在某種程度的負(fù)荷當(dāng)中常規(guī)機(jī)組開(kāi)停機(jī)的狀態(tài)，Ii，t=0代表的就是停機(jī)，Ii，t=1代表的就是開(kāi)機(jī)，Y G i，t是機(jī)組i在t時(shí)段的出力水平，ai、bi、ci是機(jī)組i的運(yùn)行成本系數(shù)，Si，t是機(jī)組i在t時(shí)段的開(kāi)機(jī)成本，Si，t=δi+σi（1-exp（-T0FFi，t/i）），δi、σi、i是機(jī)組i的運(yùn)行成本系數(shù)，T0FFi，t是機(jī)組t時(shí)段中的累計(jì)停止時(shí)間，βw是電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)w的風(fēng)電接納水平，Y w，t forecast是風(fēng)電場(chǎng)w在t時(shí)刻當(dāng)中的預(yù)測(cè)出力值，Y w，t forecast是電網(wǎng)在t時(shí)間段中對(duì)風(fēng)電場(chǎng)w的實(shí)際調(diào)度接納出力水平，C q w，t是風(fēng)電場(chǎng)w在t時(shí)間段中的棄風(fēng)懲罰成本系數(shù)，C Y w，t是風(fēng)電場(chǎng)w在t時(shí)間段中的出力偏差成本系數(shù)，E eh w，t是風(fēng)電場(chǎng)w在t時(shí)間段中的高估出力期望值，E el w，t是風(fēng)電場(chǎng)w在t時(shí)間段中的低估出力期望值。

三、求解算法

智能算法的實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，能夠做到充分考慮多種情況中的各方面因素，所以受到了極為廣泛的關(guān)注。多目標(biāo)化和單目標(biāo)化不一樣，他們相互之間是有著制約作用的，這就需要在這些目標(biāo)當(dāng)中找出一個(gè)折中解。

粒子群算法是目前被廣泛使用的，以此為基礎(chǔ)使用Pareto解的定義來(lái)隨粒子的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)解之間的關(guān)系得到Pareto最優(yōu)解。多目標(biāo)優(yōu)化得到的解是最優(yōu)解集，它最后是需要根據(jù)決策者的喜好來(lái)確定的。在電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化當(dāng)中，一般是用模糊理論和隸屬度函數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)歸一然后才能夠確定最終解，然而隸屬度函數(shù)法要求最優(yōu)解集分布一定要均勻。以下根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化的理想點(diǎn)法，判斷最優(yōu)解集和理想點(diǎn)的歐式距離，以最短距離解為最終解。因?yàn)橐陨系哪繕?biāo)函數(shù)是最小值優(yōu)化，所以取理想點(diǎn)為0，那么含有兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解的歐式距離是：

S=

其中：f1、f2是兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，S是目標(biāo)函數(shù)值和理想點(diǎn)的歐式距離。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電力系統(tǒng)中充分考慮風(fēng)電出力偏差對(duì)輔助服務(wù)成本的直接影響，建立了綜合考慮常規(guī)機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化模型。最終選用多目標(biāo)優(yōu)化模型來(lái)有效的提升風(fēng)電接納水平。

參考文獻(xiàn)

[1]胡永洪.融合交互規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)性的風(fēng)電接納水平優(yōu)化[J].電氣開(kāi)關(guān)，2016，54（4）：81-85.