內(nèi)蒙古電網(wǎng)多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方案研究

王睿淳等

摘要：

針對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電等可再生發(fā)電資源的大量并網(wǎng)，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)及其他多種發(fā)電資源，構(gòu)建內(nèi)蒙古電網(wǎng)多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型，以促進(jìn)可再生能源應(yīng)用的同時(shí)，保證電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)整體的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益。采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法，以保證風(fēng)力發(fā)電出力的前提下發(fā)電系統(tǒng)收益最大化為目標(biāo)，建立多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型，并選取實(shí)例進(jìn)行算法對(duì)比分析，分析不同情形下多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明，風(fēng)電與其他可再生發(fā)電資源、儲(chǔ)能機(jī)組以及常規(guī)機(jī)組協(xié)調(diào)調(diào)度，不僅具有環(huán)保性，且提高了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)予以大力推廣。

關(guān)鍵詞：

內(nèi)蒙古電網(wǎng)；發(fā)電資源；優(yōu)化調(diào)度；細(xì)菌覓食算法

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2014）22019503

1引言

能源緊缺、氣候變化以及環(huán)境污染等問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。新形勢(shì)下，各地電力系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)正在逐漸轉(zhuǎn)變，風(fēng)電等可再生發(fā)電資源逐漸被廣泛采用。風(fēng)電并網(wǎng)的有序性在很大程度上體現(xiàn)在風(fēng)電與其他可再生能源之間，風(fēng)電與常規(guī)電源、電網(wǎng)建設(shè)、大型儲(chǔ)能設(shè)備之間規(guī)劃和運(yùn)行兩方面的協(xié)調(diào)與配合。但是由于風(fēng)電建設(shè)周期短、審批標(biāo)準(zhǔn)管理不善，致使我國(guó)風(fēng)力發(fā)電規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃脫節(jié)；同時(shí)，內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電多分布在負(fù)荷水平薄弱的地區(qū)，電力不能就地消納，棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，抑制了內(nèi)蒙古風(fēng)電的有序并網(wǎng)運(yùn)行。因此，本部分重點(diǎn)分析內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電與其他發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方案。

國(guó)內(nèi)對(duì)于含風(fēng)電的多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度研究主要停留在理論研究階段，未得到實(shí)際推廣。文獻(xiàn)[1]分析了分布式發(fā)電資源的技術(shù)現(xiàn)狀及其在中國(guó)的發(fā)展；文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了分布式電源節(jié)能調(diào)度優(yōu)化模型。國(guó)外對(duì)于分布式發(fā)電資源調(diào)度算法的研究較多，其中文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法分別對(duì)含有風(fēng)電及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的電力系統(tǒng)發(fā)電資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度；文獻(xiàn)[5]分析了核電與風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。

本文基于內(nèi)蒙古地區(qū)多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度管理體系及現(xiàn)狀，構(gòu)建了多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型，并采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法對(duì)模型進(jìn)行尋優(yōu)求解，對(duì)比分析含可再生發(fā)電資源的發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度與傳統(tǒng)發(fā)電資源調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性，為內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)提供調(diào)度方案。

2風(fēng)電與多種發(fā)電資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度

2.1風(fēng)電與其他可再生發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度

以光伏發(fā)電為例，風(fēng)能和光能都存在間歇性和隨機(jī)性，其獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)難以提供連續(xù)穩(wěn)定的電力輸出，為實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的平穩(wěn)輸出，可以通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)并加入儲(chǔ)能裝置，在充分利用風(fēng)能和光能在時(shí)間以及地域上的天然互補(bǔ)性的基礎(chǔ)上，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能的存儲(chǔ)和釋放，以達(dá)到改善風(fēng)光發(fā)電的功率輸出特性，緩解風(fēng)電的間歇性和波動(dòng)性與電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡之間的矛盾，降低其電網(wǎng)的沖擊。其聯(lián)合調(diào)度流程如圖1所示。

其中，風(fēng)光電站功率聯(lián)合預(yù)測(cè)主要基于風(fēng)速與光照等氣象信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)接口從調(diào)度SCADA獲取風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立一定的輸出功率評(píng)價(jià)模型，采用多種方法對(duì)次日風(fēng)電出力和光伏電站處理進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而計(jì)算加工得出次日的風(fēng)光電站輸出的總功率曲線；發(fā)電計(jì)劃安排通過(guò)智能控制調(diào)度系統(tǒng)配置出力計(jì)劃；實(shí)時(shí)發(fā)電控制則由智能控制調(diào)整系統(tǒng)的實(shí)時(shí)發(fā)電控制來(lái)完成，其根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整由離線軟件計(jì)劃輸出的發(fā)電計(jì)劃。

2.2風(fēng)電與常規(guī)發(fā)電資源協(xié)調(diào)調(diào)度

風(fēng)電功率的隨機(jī)性與間歇性，決定了風(fēng)電出力的控制較為困難。如果有一定規(guī)模的常規(guī)機(jī)組配合運(yùn)行，利用水、火電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電出力的補(bǔ)償，平抑風(fēng)電的間歇性波動(dòng)，保證外送負(fù)荷特性滿足受端電網(wǎng)要求。因此，在加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)，接納更多的風(fēng)電上網(wǎng)與外送的同時(shí)，還應(yīng)實(shí)施“風(fēng)火水互濟(jì)”打捆外送模式，以穩(wěn)定的潮流外送。

風(fēng)電-常規(guī)能源聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行管理策略主要有兩點(diǎn)：

（1）有水電聯(lián)合調(diào)度情況下。

在有水電參與風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度的情況中，由于水電具有一定的波動(dòng)性，其在春夏季為豐水期、秋冬季為枯水期。當(dāng)水電站的水庫(kù)具有一定調(diào)節(jié)庫(kù)容時(shí)，水庫(kù)蓄水可以平抑來(lái)水的短期波動(dòng)。此時(shí)，將水電站與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合運(yùn)行，可以用水電的短期波動(dòng)平抑能力彌補(bǔ)風(fēng)電的短期波動(dòng)，風(fēng)電則為整個(gè)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)提供電量保證。

（2）無(wú)水電聯(lián)合調(diào)度或水電不足以完全平衡風(fēng)電出力情況下。

在此情況下，火電將作為平衡風(fēng)電出力的主要調(diào)峰手段?；痣姷恼{(diào)峰情況需要首先計(jì)算水電可平衡的風(fēng)電，即水電為風(fēng)電提供調(diào)峰能力（無(wú)水電聯(lián)合調(diào)度情況下水電調(diào)峰能力為0）后，安排各類火電廠在系統(tǒng)負(fù)荷曲線的工作位置。其調(diào)度策略如下：①首先，安排受外部條件或機(jī)組運(yùn)行技術(shù)條件限制的發(fā)電出力；②安排有調(diào)節(jié)庫(kù)容水電廠的可調(diào)節(jié)出力；③系統(tǒng)日負(fù)荷曲線上剩余部分負(fù)荷即為火電廠承擔(dān)的負(fù)荷。

2.3風(fēng)電與抽水蓄能電站協(xié)調(diào)調(diào)度

風(fēng)電-抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有三種：一是風(fēng)電僅與抽水蓄能電站相連；二是風(fēng)電既與抽水蓄能電站相連又與電網(wǎng)相連；三是風(fēng)電僅與電網(wǎng)相連。考慮風(fēng)電和抽水蓄能電站的特殊地理?xiàng)l件及電能的利益效率，兩者分別各自接入電網(wǎng)具有更好的靈活性。因此，本部分選擇的風(fēng)電-抽水蓄能電站聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2優(yōu)化調(diào)度算法

在此對(duì)細(xì)菌覓食算法進(jìn)行改進(jìn)，以對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度分析。

細(xì)菌覓食算法（Bacteria Foraging Algorithm， BFA）是由Passino開發(fā)的一種仿生類算法，主要源自人體腸道內(nèi)大腸桿菌的覓食機(jī)制。在實(shí)際的細(xì)菌覓食過(guò)程中，細(xì)菌通過(guò)翻轉(zhuǎn)和前進(jìn)等運(yùn)動(dòng)，尋找最優(yōu)的適應(yīng)值。具體而言，BFA算法包括趨化、繁殖與驅(qū)散三個(gè)步驟：（1）趨化。首先，細(xì)菌進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即改變方向移動(dòng)單位步長(zhǎng)；其次，若翻轉(zhuǎn)后適應(yīng)值有所改善，則繼續(xù)沿同一方向移動(dòng)若干步，否則即中止運(yùn)動(dòng)。（2）繁殖。趨化次數(shù)達(dá)到臨界值時(shí)，細(xì)菌將依據(jù)“優(yōu)勝劣汰”原則，進(jìn)行繁殖。（3）驅(qū)散。為加強(qiáng)BFA算法的全局尋優(yōu)能力，在細(xì)菌完成一定次數(shù)的繁殖后，將以一定概率把細(xì)菌驅(qū)散到搜索空間中任意位置，避免陷入局部尋優(yōu)。

本文基于原始的BFA算法對(duì)其尋優(yōu)過(guò)程中的趨化和繁殖階段進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)過(guò)程包括：（1）求解最小化問(wèn)題時(shí)，在再生排序完成前，取趨化階段每個(gè)細(xì)菌成本函數(shù)的最小值，而不是取所有趨化階段成本函數(shù)的平均值；（2）每個(gè)趨化階段中所有細(xì)菌的路線均通過(guò)最優(yōu)細(xì)菌路線得到評(píng)估，而不是取自其余所有細(xì)菌彼此間的距離。

4算例分析

4.1數(shù)據(jù)采集

本文選取IEEE-30母線系統(tǒng)作為實(shí)例，并做出相應(yīng)調(diào)整。系統(tǒng)由風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電機(jī)組及可控負(fù)荷組成，并將原系統(tǒng)第11與13條母線上的常規(guī)電廠改為風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電廠，裝機(jī)容量均為40MW。選取某一典型日內(nèi)系統(tǒng)發(fā)電出力及成交電價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1、表2。

5結(jié)論

隨著內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大量并網(wǎng)，將對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響，因此在電力優(yōu)化調(diào)度中需考慮電網(wǎng)約束，如線路可允許電壓，以及母線電壓水平等；同時(shí)，也需增加新的約束條件，如配電網(wǎng)每條母線的線路容量和電壓級(jí)別等。本文針對(duì)內(nèi)蒙古電網(wǎng)多種發(fā)電資源的大量并網(wǎng)，構(gòu)建了適用于各種分布式發(fā)電資源的優(yōu)化模型，并采用改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法，分析了不同參數(shù)條件下模型的經(jīng)濟(jì)性，為內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)電的大規(guī)模有序并網(wǎng)提供了理論依據(jù)。通過(guò)算例分析表明，采用多種發(fā)電資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型，可顯著提升電力系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)利潤(rùn)，并具有環(huán)保效益。

參考文獻(xiàn)

[1]梁振峰，楊曉萍，張娉.分布式發(fā)電技術(shù)及其在中國(guó)的發(fā)展[J].西北水電，2006（1）：5153.

[2]茍寶寶.分布式電源節(jié)能調(diào)度的優(yōu)化模型研究[J].電工電氣，2010，12：716.

[3]唐勇俊，劉東，阮前途.計(jì)及節(jié)能調(diào)度的分布式電源優(yōu)化配置及其并行計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（7）：9297.

[4]Bernhard W H，Thomas E，Christof W.Decentralised optimisation of cogeneration in virtual power plants[J].Solar Energy，2010，84（4）：604611.

[5]David S，Arturs P，Ioulia P，et al.Benefits and cost implications from integrating small flexible nuclear reactors with offshore wind farms in a virtual power plant[J].Energy Policy，2012，46（1）：558573.

[6]丁明，包敏，吳紅斌，等.復(fù)合能源分布式發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組組合問(wèn)題[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（6）：4650.

[7]馬溪原，吳耀文，方華亮，等.采用改進(jìn)細(xì)菌覓食算法的風(fēng)/光/儲(chǔ)混合微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31（25）：1725.

[8]Pai MA.Computer methods in power system analysis[M].TMH Publishers，1996.