考慮風(fēng)電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

臧玉龍

摘 ? 要：風(fēng)電的可信容量對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著十分重要的意義，準(zhǔn)確、快速地計算風(fēng)電場可信容量是含風(fēng)電系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。文章分析了風(fēng)電的波動特性以及風(fēng)電場出力與風(fēng)速的相關(guān)性，同時提出了一種風(fēng)電可行容量的評估方法，最后建立了考慮風(fēng)電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型。將風(fēng)電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而保證了系統(tǒng)給定的可靠性水平，仿真結(jié)果驗證了所提方法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場容量;可信度;運行條件;可靠性評估

近年來，隨著國家科技的快速發(fā)展，清潔能源的裝機(jī)容量也不斷提高。但風(fēng)力發(fā)電存在較大的隨機(jī)性，其發(fā)電受天氣、氣候等影響。并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的容量貢獻(xiàn)與常規(guī)機(jī)組有較大不同，因此客觀評價風(fēng)電場的容量可信度對接入系統(tǒng)的長期規(guī)劃、優(yōu)化運行以及可靠性評估等相關(guān)問題具有十分重要的意義。

如果能夠明確風(fēng)力發(fā)電的可信容量，將風(fēng)力發(fā)電加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡中，能夠減少旋轉(zhuǎn)備用，將很大程度降低電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，因此文章提出了考慮風(fēng)電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，在傳統(tǒng)機(jī)組組合基礎(chǔ)上，在配電網(wǎng)的調(diào)度中加入了風(fēng)電容量的評估模型，并且通過算例驗證了本方法的有效性[1]。

1 ? ?風(fēng)電波動特性分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率受風(fēng)速的影響較大，因此風(fēng)電場的出力變化區(qū)間較大，在很大程度上，很難準(zhǔn)確預(yù)測風(fēng)電的實際出力。當(dāng)風(fēng)速不斷變化時，風(fēng)機(jī)的實際出力曲線也會隨之變化，風(fēng)電場的輸出功率隨風(fēng)的波動而波動。風(fēng)機(jī)的實際功率可以用式（1）來表示：

（1）

式中，PW為風(fēng)機(jī)輸出功率;CP為風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù);ρ為風(fēng)輪掃過的面積;ν為風(fēng)速。

從式（1）可以看出風(fēng)速的變化會對風(fēng)機(jī)出力產(chǎn)生很大影響，如果忽略風(fēng)電場的誤差，風(fēng)電場的實際出力曲線與風(fēng)速的三次方成正比，與單臺風(fēng)機(jī)的出力關(guān)系相同[2]。

2 ? ?風(fēng)電場運行容量可信度

文章定義風(fēng)電場運行容量可信度為在電力系統(tǒng)運行條件下，保證系統(tǒng)當(dāng)前運行可靠性水平不變時，風(fēng)電場并網(wǎng)后所能替代的常規(guī)發(fā)電機(jī)組的實際出力與風(fēng)電場額定容量的比值。于是，風(fēng)電場運行容量可信度即可表示為：

（2）

其中，T為研究周期，運行條件下通常為幾小時，OCCt為第t時段的風(fēng)電場運行容量可信度，ΔPt為風(fēng)電場的總裝機(jī)容量，可由下式計算得到：

（3）

其中，Pt和Pwt分別為第時段風(fēng)電場并網(wǎng)前、后系統(tǒng)中常規(guī)發(fā)電機(jī)組的總輸出功率。

3 ? ?基于風(fēng)電場運行容量可信度的含風(fēng)電機(jī)組組合模型

本文方法的數(shù)學(xué)模型可表達(dá)如下。

（1）目標(biāo)函數(shù)系統(tǒng)運行成本最小：

（4）

其中，F(xiàn)i（p）為機(jī)組i的成本特征函數(shù)，F(xiàn)i（p）=aip2+bip+ci，其中p為機(jī)組有功出力ai，bi，ci為給定常數(shù)。

STit為機(jī)組i在時段t的啟動成本，，其中Ki，Bi分別為機(jī)組啟動費用中的固定成本和冷啟動成本。τi為機(jī)組的熱時間常數(shù)。

（2）約束條件。

功率平衡約束：

（5）

系統(tǒng)備用約束：

（6）

機(jī)組最小運行最小停運時間約束：

（7）

Pimin，Pimax分別為機(jī)組允許有功出力的最小值和最大值;

Tion，Tioff分別為機(jī)組允許的最小開機(jī)時間和最小停機(jī)時間;

dt為第t時段負(fù)荷的預(yù)測值。

Rt為第t時段系統(tǒng)總的備用需求。

OCCt為第t時段風(fēng)電場的運行容量可信度。

本方法將風(fēng)力發(fā)電數(shù)值等效為反負(fù)荷加入到電力系統(tǒng)調(diào)度中，同時將風(fēng)電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而可以提高大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

4 ? ?算例分析

針對上述模型和求解思路，采用Matlab相應(yīng)程序進(jìn)行求解。文章采用一個含有4機(jī)組在4個時段的機(jī)組組合問題，通過文章的算法對該模型進(jìn)行仿真分析。表1給出了4個機(jī)組的參數(shù)值。表2為各時段負(fù)荷和風(fēng)電場預(yù)測功率數(shù)據(jù)，假設(shè)風(fēng)電場總裝機(jī)容量為80 MW[4]。

文章將各時段電網(wǎng)的備用配置設(shè)置為0，來檢驗本控制方法的有效性。風(fēng)電場運行容量的可信度如表3所示。

在得出風(fēng)電場可信容量的基礎(chǔ)上，對風(fēng)電場的各機(jī)組和的安排次序如表4所示。通過根據(jù)仿真得出風(fēng)機(jī)并網(wǎng)前后電網(wǎng)的可靠性如圖1所示

通過表4可以看出本方法在解決風(fēng)電機(jī)組組合問題是能夠準(zhǔn)確、快速地求解，同時將風(fēng)力發(fā)電加入常規(guī)發(fā)供電平后能夠節(jié)省系統(tǒng)的發(fā)電成本。通過文章對于風(fēng)電可信容量的分析，當(dāng)常規(guī)發(fā)電機(jī)組較少發(fā)電出力，通過合理安排風(fēng)力機(jī)組組合能夠在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，代替部分常規(guī)機(jī)組出力，從而對應(yīng)的系統(tǒng)可靠性水平也基本相同。因此，文章方法能夠滿足系統(tǒng)可靠性的要求[5]。

5 ? ?結(jié)語

文章提出了一種風(fēng)電可行容量的評估方法，同時建立了考慮風(fēng)電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，本方法將風(fēng)力發(fā)電數(shù)值等效為反負(fù)荷加入到電力系統(tǒng)調(diào)度中，同時將風(fēng)電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而保證了系統(tǒng)給定的可靠性水平，將風(fēng)電作為負(fù)值負(fù)荷處理使模型簡單，計算速度快，同時可以減少系統(tǒng)的運行成本。

[參考文獻(xiàn)]

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Optimal dispatching model of distribution network

considering wind power trusted capacity

Zang Yulong

（College of Electrical and Electronic Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130000， China）

Abstract：The trusted capacity of wind power is important to the power system stability. It is the basis of calculating the wind farms trusted capacity accurately and quickly. In this paper， the fluctuation characteristics of wind power and the correlation between wind farm output and wind speed are analyzed. At the same time， an evaluation method of wind power feasible capacity is proposed. Finally， an optimal dispatching model of distribution network considering wind power credible capacity is established. The wind power credible capacity is added to the normal balance， thus ensuring the given reliability level of the system. The simulation results verify that proposed method is correct and effective.

Key words：wind farm capacity; reliability; operating conditions; reliability assessment