基于區間規劃理論的農村風能優劃模型與方法分析

曹曉明

科技飛速發展的同時，可利用能源數量逐漸減少，讓國家陷入能源危機。為貫徹落實可持續經濟發展戰略，大力開發自然能源成為國家發展的首要任務。本文以大慶杜蒙地區作為研究對象，研究區間規劃理論的農村風能優劃模型與方法，希望能夠為自然資源利用提出積極意見，加快國家發展步伐。

一、區間規劃理論的應用價值

風力發電能夠降低原始能源的使用量，并且對于生態環境不會造成惡劣影響，是當前最熱門的自然能源之一。但是風力發電受自然環境因素影響較大，具有嚴重的不確定性，電力系統不能直接輸出穩定的電壓、頻率值。風電出力的精確度受到自然環境的限制，會給電力系統的調度運行造成巨大阻礙，企業通常會采用強化旋轉備用的方式，來完善與解決風電出力的不穩定性。科技領域的不斷發展，讓學術界開始提出創新型解決方案，開始將研究重點放在風力發電的不確定性內容上，以此來提升風能的利用率，為國家發展提供有力支持。不確定性分析方法類型有概率分析法、模糊分析法、時間序列法、概率模型法、區間規劃法等。相比于其他分析研究方法，區間規劃理論分析法是研究不確定性數值變量的最佳處理方法。區間規劃理論分析方法能夠查準不確定參數的接線區間，不需要帶入其他假設理念，會有效避免研究人員的主觀判斷力對運算研究結果的影響。

區間分析規劃法的應用價值有：第一，此研究方法能夠將運算過程涉及的舍入誤差值添加到運算結果中，進一步提升研究結果的精確性。第二，區間分析方法能夠直接對決策變量的優化空間進行求解，獲得最終目標函數求解結果集合，為研究著提供清晰明了的運算成果，有助于風能開發工作的后續處理工作。第三，區間規劃法在進行運算參數與決策變量求解的過程中，不用構建概率值的統計模型，能夠縮減求解過程，降低研究人員的計算難度與求解壓力。

二、農村風能優劃模型與方法

1、風電區間模型

在理解區間函數的基本概念的基礎上，可以針對風力出力情況，選取風電出力的預先估測值、風電出力的預估精確度、風電出力的上界值與下界值完成風能優化區間模型的建構。上述列出的風電處理模型為正常標準情況下的風力發電的不確定性的區間公式，符合實際研究需要。若風力出力的預測值為確定數值，可以直接用區間數作為風能規劃的研究模型。同理可知，風能發電負荷的不確定性也同樣可以利用區間模型表述出來，并且由于負荷預測技術相對成熟，可以用確定的區間數公式表述負荷預測數值關系。

2、模型優化

風能出力與負荷增長的不確定性區間函數的優化求解過程是風能優化的重要途徑。可以設定NG為發電機組的集合數，T代表去風能發電的全天時間區段數。我國目前風電的標準狀況為全額上網模式，優化目標研究中將風電上網的成本作為無關變量，不帶入研究數據測算。在經過電力約束，系統備用約束得出相關區間模型公式。在進行傳輸線路約束時，應將N作為系統節點的結合，NL作為系統傳輸線路的集合，帶入發電機組為Gil的轉移分布因子。然后進行發電機處理約束區間優化，并考慮發電機爬坡約束優化因素，列出相關區間運算公式。上述約束條件主要為風力發電洗系統約束與發電機組約束。電力約束與系統備用約束的公式能夠測算風電平衡性，綜合考慮風點出力的不確定性。其中風電出力與負荷增長經濟調度關系公式分別可以用一區間函數、一區間數表示出來。

本次研究中將以IEEE30節點系統為算例解析對象，在節點系統中設置6臺發電機組，其中4臺機組為火電發電機組。其他兩臺發電機組的上限位設置為30兆瓦，并且分離出力效果保持一致。經過算例解析可得出穩定的風能區間范圍，作為風能建設利用的精確數據信息。選取風負荷預估精確度為百分之95，風力預估精確度為百分之80，可以得出風力處理的區間值在pw=0.8時區域穩定，常規機組處理情況與上網電價處理結果較為精確。

3、相關技術措施

鑒于當前我國對于可再生能源的利用進入到高速發展階段，應在針對以風能為代表的可再生能源進行充分利用的基礎上，秉持區間規劃理論進一步進行農村現有風能優劃模型的優化升級，加大對于水電站發電、太陽能光伏發電、生物質能發電等形式的開發利用，彌補風能發電隨機性強的不足，構建“風光水生”聯合發電系統，推進以風能為引領的多能源互補發電的微電網建設。

在微電網結構設計上，選取前級直流并接結構或交直流混合并接結構進行農村現有常規直流并接結構的改進，系統主要包含風機、光伏陣列、水輪機、水泵站、電網等組成要素。在并網條件下，運用主網與分布式電源聯合供電模式，可在主網發生故障或出現擾動異常的情況下使微電網直接切換至孤島運行模式，由風電場輸出功率優先供給負荷，不足部分由光伏電站、水電站補足;當風電場輸出功率大于系統負荷時，剩余功率可分配至水泵站抽水等，避免造成電能浪費問題。通過采用并網運行與孤島運行相結合的調度策略，能夠有效借助微電網系統的內部調節滿足負荷需求，保障電網系統的正常運行，為重要負荷提供電能。

（作者單位：166200 黑龍江省大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣農村能源和農業信息服務中心）