考慮季節(jié)差異性的不同時(shí)間尺度含風(fēng)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化研究

溫步瀛，盧鵬銘

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建福州350108)

考慮季節(jié)差異性的不同時(shí)間尺度含風(fēng)電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化研究

溫步瀛，盧鵬銘

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建福州350108)

考慮風(fēng)電出力和系統(tǒng)負(fù)荷的季節(jié)差異性較大，同時(shí)考慮風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差和負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差隨時(shí)間尺度的縮短而減小和電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量配置離不開(kāi)機(jī)組組合的特點(diǎn)，本文建立考慮季節(jié)差異性下的不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的含并網(wǎng)風(fēng)電的電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量配置的模型。針對(duì)各個(gè)季節(jié)的風(fēng)電出力和負(fù)荷變化特點(diǎn)，采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的方法，對(duì)各個(gè)季節(jié)的場(chǎng)景進(jìn)行分析，得出不同季節(jié)條件下的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方案。

風(fēng)電并網(wǎng);季節(jié)差異性;旋轉(zhuǎn)備用;不同時(shí)間尺度

1 引言

風(fēng)能具有隨機(jī)性和難以預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)。大規(guī)模風(fēng)電的并網(wǎng)相當(dāng)于向電力系統(tǒng)引入極大的不確定因素，這會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，就必須大幅度增加旋轉(zhuǎn)備用容量［1-3］。

針對(duì)含風(fēng)電的電力系統(tǒng)備用容量問(wèn)題，學(xué)者們的觀點(diǎn)主要有兩種:一種是采用確定性方法來(lái)研究［4，5］，另一種則是采用隨機(jī)變量來(lái)描述風(fēng)電出力，將問(wèn)題轉(zhuǎn)換成求解不確定規(guī)劃問(wèn)題來(lái)解決［6］。但是采用這兩種方法解決風(fēng)電并網(wǎng)的不確定問(wèn)題往往會(huì)使得系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用需求大量增加，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)的備用問(wèn)題常常要與系統(tǒng)的機(jī)組組合相協(xié)調(diào)，且風(fēng)電出力和負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)誤差水平具有隨時(shí)間尺度減少而降低的特點(diǎn)，通過(guò)多次更新系統(tǒng)的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)信息可以減少風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的不確定因素［7］。風(fēng)電出力和負(fù)荷預(yù)測(cè)具有季節(jié)差異性［8］，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)可以看出，不同季節(jié)的風(fēng)電出力和負(fù)荷功率差異性非常明顯，因此在預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用容量時(shí)應(yīng)該針對(duì)不同季節(jié)的特點(diǎn)分別制定。

本文將考慮風(fēng)電出力和負(fù)荷功率的季節(jié)差異性，基于不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合來(lái)研究含并網(wǎng)風(fēng)電的電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用的優(yōu)化配置問(wèn)題。

2 含風(fēng)電的電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用影響因素

2.1 發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行故障

發(fā)電機(jī)運(yùn)行都存在一定的強(qiáng)迫停運(yùn)率，一般可以采用二次型離散隨機(jī)變量來(lái)描述。取qi為機(jī)組i的強(qiáng)迫停運(yùn)率，對(duì)時(shí)段t的發(fā)電機(jī)組i生成在0～1之間均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)τi。令τi≤qi為機(jī)組i強(qiáng)迫停運(yùn)，則機(jī)組啟停狀態(tài)ui.t置為0，否則ui.t置為1。

2.2 風(fēng)電出力和負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差

對(duì)調(diào)度人員而言，相比于單純的預(yù)測(cè)值，預(yù)測(cè)的不確定性分析更有指導(dǎo)意義。這主要表現(xiàn)在含風(fēng)電的電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的配置上。對(duì)大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群而言，當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)間尺度較長(zhǎng)時(shí)，風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)誤差將趨向于正態(tài)分布［9］。同時(shí)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)誤差隨著時(shí)間尺度的減少而減少。設(shè)風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差為N(0，σ2w)，取系統(tǒng)負(fù)荷和風(fēng)電出力之差為系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷P'L。

受技術(shù)條件、自然和人為等因素的限制，負(fù)荷預(yù)測(cè)會(huì)有一定的誤差。通常情況下認(rèn)為負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差服從N(0，)的正態(tài)分布［10］。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)誤差不近相同，因此設(shè)第k個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差服從N(0，)的正態(tài)分布，一般情況下，節(jié)點(diǎn)間的預(yù)測(cè)結(jié)果是相互獨(dú)立的，則總負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差服從N(0，)的分布，其中:

式中，NL為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);σLk為節(jié)點(diǎn)k的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差;σL為總負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差。

由于風(fēng)電出力預(yù)測(cè)和負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)誤差之間具有相互獨(dú)立性，因此，總預(yù)測(cè)誤差可以描述為服從N(0，)的正態(tài)分布，其中:

式中，σW、σD分別為風(fēng)電出力和全網(wǎng)負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)誤差。

2.3 風(fēng)電出力和負(fù)荷功率季節(jié)性差異

風(fēng)能主要是由太陽(yáng)輻射差異引起的氣溫和水蒸氣含量不同而產(chǎn)生的地面氣壓差，氣溫在不同季節(jié)具有較大的差異性。通過(guò)歷史數(shù)據(jù)可以看出，不同季節(jié)的風(fēng)電出力和負(fù)荷差異特性非常明顯，因此應(yīng)該針對(duì)不同季節(jié)分別制定預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用的方案。圖1、圖2和圖3分別是我國(guó)沿海某省在不同月份的風(fēng)電出力、負(fù)荷功率曲線和各季度的典型日負(fù)荷曲線。

圖1 某省全年各月的風(fēng)力發(fā)電量Fig.1 Wind power electricity of each month throughout year

通過(guò)圖1和圖2可以看出，在不同月份的風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷需求量差異較大，風(fēng)力發(fā)電量與負(fù)荷需求之間沒(méi)有存在一定的關(guān)系，具有相對(duì)獨(dú)立性。不同月份風(fēng)電出力與負(fù)荷需求之間存在很大的差異性;而相同季節(jié)風(fēng)電出力和負(fù)荷比例相似性較高。

在圖3中可以看出日負(fù)荷的趨勢(shì)基本保持不變，綜合圖1、圖2和圖3可以看出春秋季負(fù)荷和風(fēng)電出力的相似度較高，對(duì)春秋季(第9～17周和第31～43周)可以采用同一個(gè)結(jié)果來(lái)優(yōu)化。而夏季、冬季、春秋季風(fēng)電出力和負(fù)荷之間的比例差別較大，則應(yīng)該采用不同預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用容量控制策略。

圖2 某省全年各月的負(fù)荷需求電量Fig.2 Electricity load demand of each month throughout year

圖3 某省各季度的典型日負(fù)荷曲線Fig.3 Typical daily load curves of each season

3 考慮季節(jié)差異性的不同時(shí)間尺度含風(fēng)電的電力系統(tǒng)備用分配數(shù)學(xué)模型

3.1 不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的旋轉(zhuǎn)備用容量制定策略

風(fēng)電出力預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)的誤差都具有一定的時(shí)效性，并隨著預(yù)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)的減少而減小。在不同季節(jié)負(fù)荷功率和風(fēng)電出力具有較大的差異性，相同年份不同季節(jié)的負(fù)荷功率和風(fēng)電出力差異性較大，不同年份相同季節(jié)的負(fù)荷功率和風(fēng)電出力相似性較高，因此，可通過(guò)對(duì)每個(gè)季節(jié)進(jìn)行典型分析，得出各個(gè)季節(jié)相應(yīng)的優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用配置。目前，在時(shí)間尺度較大的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)上，日前風(fēng)電出力預(yù)測(cè)可以為調(diào)度計(jì)劃提供較有效的預(yù)測(cè)。一般情況下，大機(jī)組具有很高的啟停成本，旋轉(zhuǎn)備用容量的制定和分配又離不開(kāi)機(jī)組組合。機(jī)組組合一般是在旋轉(zhuǎn)備用容量和負(fù)荷預(yù)測(cè)功率的基礎(chǔ)上制定，而旋轉(zhuǎn)備用容量又受到機(jī)組組合的約束，通常通過(guò)機(jī)組組合結(jié)果所得的備用容量一般會(huì)大于或等于預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用容量。因此，協(xié)調(diào)機(jī)組組合的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化主要是針對(duì)所需預(yù)留的旋轉(zhuǎn)備用容量。

在不同時(shí)間尺度下，系統(tǒng)預(yù)留的旋轉(zhuǎn)備用容量過(guò)低可能會(huì)引起調(diào)度計(jì)劃的頻繁修正，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都會(huì)受到影響;而預(yù)留過(guò)多的旋轉(zhuǎn)備用容量會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性造成影響。本文通過(guò)對(duì)比預(yù)留不同比例的最小旋轉(zhuǎn)備用容量所需的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，得到可以使含風(fēng)電電力系統(tǒng)相對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)備用預(yù)留容量。而且由于不同季節(jié)風(fēng)電出力和負(fù)荷功率特點(diǎn)差異性大，現(xiàn)將機(jī)組組合的制定策略分成三個(gè)時(shí)間尺度，通過(guò)協(xié)調(diào)各時(shí)間尺度機(jī)組組合，并針對(duì)各個(gè)季節(jié)風(fēng)電出力和負(fù)荷功率特點(diǎn)，得到不同季節(jié)的旋轉(zhuǎn)備用容量控制策略。

(1)以24h為時(shí)間尺度的日前調(diào)度計(jì)劃

以24h為一個(gè)時(shí)間周期來(lái)制定所有機(jī)組的啟停機(jī)方案主要根據(jù)日前機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果。由于日前風(fēng)電出力預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)誤差較大，在該時(shí)間尺度下預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用容量時(shí)可以適當(dāng)降低供電可靠率的要求，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。簡(jiǎn)稱該時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃為日前調(diào)度計(jì)劃。

(2)以6h為時(shí)間尺度的短期修正調(diào)度計(jì)劃

由于風(fēng)電出力和負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差等不確定性因素隨著距離執(zhí)行時(shí)刻的縮短而減小，所以理論上通過(guò)時(shí)間尺度越短的方案來(lái)修正機(jī)組組合后的調(diào)度方案準(zhǔn)確度越高，但是大部分機(jī)組的啟停時(shí)間均需要4～6h，因此制定以6h為時(shí)間尺度來(lái)修正原來(lái)指定的以24h為時(shí)間尺度的機(jī)組組合和旋轉(zhuǎn)備用計(jì)劃，并簡(jiǎn)稱該時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃為短期修正調(diào)度計(jì)劃。

(3)以1h為時(shí)間尺度的應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃

盡管采用6h為時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)有較高的精度，但是風(fēng)能的隨機(jī)性仍然較大，還有可能使得風(fēng)電出力預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大的偏離，這樣原有的調(diào)度計(jì)劃可能達(dá)不到實(shí)際精度的要求，而目前具有短時(shí)間啟停功能的燃?xì)鈾C(jī)組的啟停時(shí)間也需要1h。因此，以1h為時(shí)間尺度制定快速機(jī)組啟停機(jī)方案來(lái)進(jìn)一步保障系統(tǒng)的供電可靠性，并簡(jiǎn)稱該時(shí)間尺度的調(diào)度計(jì)劃為應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃。

3.2 數(shù)學(xué)模型

(1)以24h為時(shí)間尺度的日前調(diào)度計(jì)劃數(shù)學(xué)模型

日前調(diào)度計(jì)劃以整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的總發(fā)電成本最低為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)，設(shè)風(fēng)電和水電的短期發(fā)電運(yùn)行成本為0，日前調(diào)度計(jì)劃備用容量以一定比例的負(fù)荷預(yù)測(cè)值來(lái)制定。

目標(biāo)函數(shù)為:

式中，Nt為日前調(diào)度計(jì)劃劃分的時(shí)段數(shù);N0為常規(guī)機(jī)組的總數(shù)量;為當(dāng)前日前調(diào)度計(jì)劃所確定的機(jī)組i在時(shí)段t的啟停狀態(tài);Fi為機(jī)組的運(yùn)行成本;為當(dāng)前日前調(diào)度計(jì)劃所確定的機(jī)組i在時(shí)段t的出力狀況;Si為機(jī)組i的啟停成本;ai、bi、ci為機(jī)組i的經(jīng)濟(jì)特性參數(shù)。

約束條件:

1)系統(tǒng)功率平衡約束為:

2)火電機(jī)組出力約束為:

3)系統(tǒng)備用容量約束為:

4)火電機(jī)組最小運(yùn)行和停機(jī)時(shí)間約束為:

(2)以6h為時(shí)間尺度的短時(shí)修正調(diào)度計(jì)劃數(shù)學(xué)模型

短時(shí)修正調(diào)度計(jì)劃備用容量的制定主要以滿足系統(tǒng)的供電可靠率為目標(biāo)來(lái)求取。一般情況下，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)同時(shí)強(qiáng)迫停運(yùn)，且系統(tǒng)等效負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差可視為服從正態(tài)分布。因此，在系統(tǒng)出現(xiàn)單臺(tái)發(fā)電機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)和一定等效負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差時(shí)，系統(tǒng)的供電可靠性可以表示為［11］:

式中，α為系統(tǒng)的可靠性指標(biāo);Φ為正態(tài)分布函數(shù); σD.t為時(shí)段t的等效負(fù)荷預(yù)測(cè)的均方根誤差;qi為機(jī)組i的強(qiáng)迫停運(yùn)率;為機(jī)組i在時(shí)段t時(shí)的出力上限;為時(shí)段t系統(tǒng)上調(diào)備用需求。

系統(tǒng)下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用可以表示為:

短時(shí)修正調(diào)度主要是通過(guò)啟停中小火電機(jī)組來(lái)解決日前調(diào)度系統(tǒng)負(fù)荷功率或風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差過(guò)大引起的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)不合格的問(wèn)題，從而使系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

短時(shí)修正調(diào)度在更新的負(fù)荷和風(fēng)電功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以剩余時(shí)段的總發(fā)電成本最低為目標(biāo)。目標(biāo)函數(shù)為:

式中，t0為發(fā)現(xiàn)進(jìn)行短時(shí)修正調(diào)度的時(shí)間點(diǎn);ΔTsh為短時(shí)修正調(diào)度距機(jī)組實(shí)際執(zhí)行的時(shí)間;為進(jìn)行短時(shí)修正前的調(diào)度計(jì)劃下機(jī)組在時(shí)段t的啟停狀態(tài);為經(jīng)過(guò)短時(shí)修正調(diào)度后機(jī)組在時(shí)段t的啟停狀態(tài);為經(jīng)過(guò)短時(shí)修正調(diào)度后機(jī)組在時(shí)段t的出力。

短時(shí)修正調(diào)度的其他約束條件和日前約束條件基本一致，但是參與啟停的機(jī)組啟停時(shí)間要小于6h。即:

式中，Tstart.i和Tstop.i分別為機(jī)組的啟停時(shí)間。

(3)以1h為時(shí)間尺度的應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃數(shù)學(xué)模型

水電是可再生能源，水電的出力理論上要全額上網(wǎng)，但是考慮到小型水電機(jī)組具有啟停機(jī)速度快、啟停費(fèi)用較低的特點(diǎn)，應(yīng)留有部分小型水電機(jī)組作為備用調(diào)節(jié)機(jī)組。應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃主要是通過(guò)啟停具有快速關(guān)停能力的燃?xì)鈾C(jī)組和容量較小的水電機(jī)組來(lái)解決由于風(fēng)功率或者負(fù)荷發(fā)生大幅度突變引起的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用無(wú)法滿足可靠性要求的問(wèn)題。

應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)是使得調(diào)整時(shí)段的發(fā)電總成本最低。目標(biāo)函數(shù)為:

式中，t0為發(fā)現(xiàn)進(jìn)行應(yīng)急修正調(diào)度的時(shí)間點(diǎn);ΔTyj為應(yīng)急修正調(diào)度距機(jī)組實(shí)際執(zhí)行的時(shí)間;為進(jìn)行應(yīng)急修正前的調(diào)度計(jì)劃下機(jī)組在時(shí)段t的啟停狀態(tài);為經(jīng)過(guò)應(yīng)急修正調(diào)度后機(jī)組在時(shí)段t的啟停狀態(tài);為經(jīng)過(guò)應(yīng)急修正調(diào)度后機(jī)組在時(shí)段t的出力。

應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃的約束條件和短期修正調(diào)度計(jì)劃的約束條件基本一致。但是在應(yīng)急調(diào)整計(jì)劃中，只有具有快速啟停能力的發(fā)電機(jī)組才可用于該調(diào)度計(jì)劃的啟停機(jī)狀態(tài)調(diào)整。即:

最后，冬季(第1～6周和第44～52周)、夏季(第18～30周)和春秋季(第9～17周和第31～43周)的典型日風(fēng)電出力和負(fù)荷特性差別較大，而且水電、太陽(yáng)能等電源出力季節(jié)差別性也很突出，旋轉(zhuǎn)備用容量應(yīng)針對(duì)各個(gè)季節(jié)的特點(diǎn)分別配置。因此，根據(jù)不同季節(jié)典型日負(fù)荷和風(fēng)電出力的特點(diǎn)，分別采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的方法來(lái)配置各個(gè)季節(jié)經(jīng)濟(jì)調(diào)度下所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。

3.3 模型求解

該模型為滾動(dòng)求取復(fù)雜約束的最優(yōu)化模型，先采用優(yōu)先順序法求取各機(jī)組的啟停機(jī)順序，再通過(guò)粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)滾動(dòng)計(jì)算來(lái)求解得出不同季節(jié)情景下相應(yīng)備用容量水平所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃的調(diào)整次數(shù)［12］、需要調(diào)整的時(shí)段、啟停機(jī)費(fèi)用和發(fā)電總費(fèi)用等，從而得到各季節(jié)所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用的最優(yōu)配置方案。

4 算例分析

本文采用由10個(gè)常規(guī)機(jī)組和50臺(tái)2MW并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成的電力系統(tǒng)，不考慮系統(tǒng)線路約束條件下，分成24個(gè)時(shí)段進(jìn)行算例分析。各常規(guī)機(jī)組特性參數(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)［13］，機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)率如表1所示。本算例中各季節(jié)的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是基于實(shí)際風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，采用文獻(xiàn)［14］的方法分成24h、6h和1h三種時(shí)間尺度分別對(duì)冬季、夏季和春秋季典型日風(fēng)電機(jī)組的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，所得結(jié)果分別如圖4、圖6和圖8所示。本算例中各季節(jié)的負(fù)荷數(shù)據(jù)采用文獻(xiàn)［15］的方法和誤差預(yù)測(cè)精度，以RTS負(fù)荷數(shù)據(jù)(Reliability Test System Load Data)［16］中各季節(jié)的負(fù)荷功率特點(diǎn)為基礎(chǔ)，分成24h、6h和1h三種時(shí)間尺度分別對(duì)冬季、夏季和春秋季典型日負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，所得結(jié)果分別如圖5、圖7和圖9所示。取系統(tǒng)的供電可靠性指標(biāo)為0.95。

表1 機(jī)組特性參數(shù)Tab.1 Characteristic parameters of units

以不棄風(fēng)和保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行為前提，對(duì)以上系統(tǒng)采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合方法，研究不同季節(jié)情景下含并網(wǎng)風(fēng)電的系統(tǒng)備用容量的配置問(wèn)題，并取24個(gè)時(shí)段中供電可靠性的最低值作為系統(tǒng)的供電可靠性水平，得出針對(duì)不同季節(jié)不同旋轉(zhuǎn)備用水平下的最優(yōu)調(diào)度情況，如表2所示。

圖4 各時(shí)段風(fēng)電出力預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(冬季)Fig.4 Data of wind power prediction and actual value(winter)

圖5 各時(shí)段負(fù)荷功率預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(冬季)Fig.5 Data of load forecasting and actual value(winter)

圖6 各時(shí)段風(fēng)電出力預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(夏季)Fig.6 Data of wind power prediction and actual value(summer)

由表2可以看出，不同季節(jié)下所對(duì)應(yīng)的不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化結(jié)果不同。在該算例中，采用不同時(shí)間尺度下協(xié)調(diào)機(jī)組組合來(lái)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用方案，得出該系統(tǒng)冬季對(duì)應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)旋轉(zhuǎn)備用比例是8%，而夏季和春秋季所對(duì)應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)旋轉(zhuǎn)備用比例是5%和6%。這與該地區(qū)的風(fēng)電出力具有“冬季多，夏季和春秋季少”的特點(diǎn)相符合。但是，夏季由于整體負(fù)荷功率較大，取得備用容量低可能引起調(diào)度計(jì)劃調(diào)整次數(shù)的增加，而調(diào)整調(diào)度計(jì)劃會(huì)產(chǎn)生一些額外的費(fèi)用，設(shè)短時(shí)調(diào)度計(jì)劃調(diào)整費(fèi)用為2000美元/次，應(yīng)急修正調(diào)度計(jì)劃調(diào)整費(fèi)用為3000美元/次。表3為考慮調(diào)度計(jì)劃調(diào)整費(fèi)用后的各季節(jié)對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況。

圖7 各時(shí)段負(fù)荷功率預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(夏季)Fig.7 Data of load forecasting and actual value(summer)

圖8 各時(shí)段風(fēng)電出力預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(春秋季)Fig.8 Data of wind power prediction and actual value(spring and autumn)

圖9 各時(shí)段負(fù)荷功率預(yù)測(cè)值和實(shí)際值(春秋季)Fig.9 Data of load forecasting and actual value(spring and autumn)

表2 不同旋轉(zhuǎn)備用容量下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況Tab.2 Economic dispatching under different spinning reserve capacities

表3 考慮調(diào)整調(diào)度計(jì)劃費(fèi)用后的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況Tab.3 Economic dispatch considering scheduling program adjustment costs

通過(guò)表3可以看出，考慮調(diào)度計(jì)劃調(diào)整費(fèi)用后，盡管該地區(qū)夏季的并網(wǎng)風(fēng)電出力較小，但由于負(fù)荷容量大，旋轉(zhuǎn)備用容量小會(huì)引起調(diào)度計(jì)劃調(diào)整次數(shù)的增加，從而增加了調(diào)整調(diào)度計(jì)劃的費(fèi)用，考慮調(diào)度計(jì)劃調(diào)整費(fèi)用后，夏季的最經(jīng)濟(jì)備用容量為8%。

因此，考慮季節(jié)差異性，針對(duì)不同季節(jié)的典型日負(fù)荷和典型風(fēng)電出力特點(diǎn)，采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的方法來(lái)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用可以使含并網(wǎng)風(fēng)電的系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。

5 結(jié)論

針對(duì)風(fēng)電出力和負(fù)荷功率的季節(jié)差異性較大，以及風(fēng)電出力和負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)誤差隨時(shí)間尺度的縮短而減少，同時(shí)考慮到旋轉(zhuǎn)備用容量的配置離不開(kāi)機(jī)組組合，本文通過(guò)考慮季節(jié)差異性，采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)備用的優(yōu)化配置。從算例定性定量分析的結(jié)果可以看出，不同季節(jié)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)調(diào)度優(yōu)化結(jié)果具有一定的差異性。因此，針對(duì)不同季節(jié)的負(fù)荷和風(fēng)電出力特性，分別采用不同時(shí)間尺度協(xié)調(diào)機(jī)組組合的方法來(lái)優(yōu)化旋轉(zhuǎn)備用容量的配置，可以進(jìn)一步提高含并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

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Spinning reserve optimization of power system with grid connected wind power at different time scales considering seasonal difference

WEN Bu-ying，LU Peng-ming
(College of Electrical Engineering and Automation，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China)

In view of the large seasonal difference of wind power output and load demand，and also the smaller errors in prediction of wind power and load forecast at shorter time period，the paper establishes a mathematical model for the power system with grid connected wind power and with consideration of seasonal difference and spinning reserve capacity for different time periods.In light of seasonal difference in wind power output and load demand，the paper analyses the spinning reserve optimization scheme in different seasons by using the method of power system spinning reserve configuration.

wind power grid connection;seasonal difference;spinning reserve;different time scales

TM 732

:A

:1003-3076(2015)07-0045-08

2014-09-15

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013J01176)

溫步瀛(1967-)，男，福建籍，教授，博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、電力市場(chǎng)和風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行;盧鵬銘(1989-)，男，福建籍，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。