風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題探討

王雨卓　慈向陽

摘要：電力系統(tǒng)的動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度屬于優(yōu)化問題，具有高維性、多約束性、非凸性的特征，難度較高，尤其是在實行風(fēng)電并網(wǎng)以后，優(yōu)化過程中又受到不穩(wěn)定風(fēng)力磁場的影響，因此難度進一步加大。文章分析了風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度產(chǎn)生的影響，并提出了改進動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電并網(wǎng)；電力系統(tǒng)；動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度；風(fēng)力磁場；電能需求 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2016）07-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.001

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，社會生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域?qū)﹄娔艿男枨笤絹碓酱螅娔荛_發(fā)和供應(yīng)所帶來的環(huán)保問題也越來越突出。在這種大背景下，風(fēng)力發(fā)電應(yīng)運而生，并受到全社會的普遍關(guān)注。一方面，風(fēng)能屬于可再生能源，能夠有效緩解當前社會中的能源危機；另一方面，風(fēng)能屬于清潔能源，使用過程中不會對環(huán)境造成污染。而穩(wěn)定性是風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)面臨的主要問題，如何滿足動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度要求是所有電力部門需要長期研究的課題。

1 風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度產(chǎn)生的影響

風(fēng)能雖然是可再生的清潔能源，但是其具有間歇性的特征，隨機性較強，因此輸出功率會產(chǎn)生一定波動，如果在電力系統(tǒng)中大規(guī)模接入風(fēng)力電場，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就得不到保證，其對電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度的影響主要體現(xiàn)在以下四個方面：

首先是影響旋轉(zhuǎn)備用容量。由于氣流大小以及方向等受到多種因素的影響，因此無法對其進行準確預(yù)測。盡管人們應(yīng)用動力學(xué)以及物理學(xué)等多門學(xué)科的原理來預(yù)測風(fēng)速，希望盡量提升預(yù)測的準確性，但是依舊無法避免25%～40%的誤差。為了減少這種誤差對實際應(yīng)用的影響，需要在系統(tǒng)中設(shè)置更多旋轉(zhuǎn)備用容量。

其次會對發(fā)電總成本產(chǎn)生影響。由于風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，與其他能源相比是取之不盡、用之不竭的，而且采用風(fēng)力發(fā)電不會對環(huán)境造成污染，不需要額外花費人力以及財力去治理環(huán)境污染。總的來說就是風(fēng)電并網(wǎng)以后，電力系統(tǒng)的運行成本明顯降低，從這一角度來說其所產(chǎn)生的影響是積極的。

再次是對安全性的影響。前面分析到，氣流是瞬息萬變、不受人為控制的，這會導(dǎo)致輸出功率產(chǎn)生巨大波動，而同一地區(qū)氣流變化又會呈現(xiàn)出相同趨勢，因此風(fēng)力電場被大規(guī)模接入以后，這種波動就會被明顯擴大，系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和安全性就得不到保障，這是動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度中必須思考的問題。

最后是對系統(tǒng)調(diào)峰的影響。風(fēng)電并網(wǎng)之前，日負荷特性曲線呈現(xiàn)出峰谷交替的特點，但是并網(wǎng)之后曲線的變化就會受到風(fēng)速的明顯影響，風(fēng)大時負荷相對較小，風(fēng)小時負荷相對較大，產(chǎn)生一種反調(diào)峰現(xiàn)象。

2 風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題的改進策略

2.1 基本改進思想

風(fēng)電并網(wǎng)電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題總的來說就是在滿足各類約束條件的基礎(chǔ)上實現(xiàn)機組最優(yōu)組合，可以將其歸結(jié)為以下三個小問題：

2.1.1 對約束條件進行處理時，以往都會選擇粒子群算法，這種算法具有隨機性的特征，在處理一些約束條件時可能會產(chǎn)生非可行解。引入懲罰項時，如果懲罰因子偏大，目標函數(shù)有可能陷入局部最優(yōu)；如果懲罰因子偏小，有可能無法得到滿意的最優(yōu)解。為了解決這一問題，本研究中提出循環(huán)處理策略，采用循環(huán)模式來處理約束條件，解決懲罰因子設(shè)置不合理問題，得到最

優(yōu)解。

2.1.2 在處理機組組合狀態(tài)時，以往都是選擇隨機性搜索的方式，這種方式的優(yōu)點是全局性較好，但是由于機組組合狀態(tài)的數(shù)量非常大，因此采用這種方法具有一定的盲目性。為了解決這一問題，本研究中提出了最優(yōu)啟停策略，降低由于隨機啟停所帶來的盲目性。

2.1.3 在應(yīng)用以上兩個策略時，最終得到的可行解可能在一些時段存在冗余，對于這些冗余機組進行關(guān)停處理并不會導(dǎo)致粒子異常現(xiàn)象，反而會使機組狀態(tài)得到進一步優(yōu)化，為了實現(xiàn)這一目標，本研究中采取了機會停機策略。

2.2 循環(huán)處理策略的流程及應(yīng)用

2.2.1 對機組狀態(tài)進行確認，在獲取t-1時刻的機組狀態(tài)以后，要分析電力系統(tǒng)中的約束條件，并將此作為依據(jù)判斷出t時刻的機組狀態(tài)。

2.2.2 對機組的出力狀況進行分配，分配原則為等耗量微增率。經(jīng)過處理以后，如果功率已經(jīng)達到平衡，說明其已經(jīng)滿足輸出條件。如果功率沒有達到平衡，則需要采用優(yōu)先啟停策略，對啟停順序進行合理設(shè)置，實現(xiàn)對機組狀態(tài)的調(diào)整。如果電力系統(tǒng)的負荷比出力要大，則需要開啟某些機組，反之則需要關(guān)停某些機組。這里將調(diào)整次數(shù)設(shè)置為M，M的大小可以根據(jù)實際情況來設(shè)定。經(jīng)過M次調(diào)整以后，如果功率仍舊沒有達到平衡，就不再對這一時段功率進行調(diào)整。

2.2.3 需要對旋轉(zhuǎn)備用進行校驗，校驗以后發(fā)現(xiàn)備用充足，則進入下一時段的處理；如果備用不充足，則重新回到第一步。最后一步是需要建立一個排錯系統(tǒng)，對粒子狀態(tài)進行校驗并記錄，如果發(fā)現(xiàn)異常粒子，馬上對其異常軌跡做輸出處理，方便程序的調(diào)試排錯，粒子合格率會明顯提升。

2.3 優(yōu)先啟停策略的流程及應(yīng)用

在判斷機組狀態(tài)的過程中，需要根據(jù)判斷過程及結(jié)果制定優(yōu)先啟停順序，順序的制定有兩種方法：一種是針對某一時段進行，就是設(shè)置一段相對獨立的順序；另一種是對所有時段進行統(tǒng)一設(shè)定。在循環(huán)處理過程中，在發(fā)現(xiàn)異常粒子以后，開始采用優(yōu)先啟停策略，這在上一個階段已經(jīng)分析過。實際上這種策略的核心就是將啟停的權(quán)利賦予各個機組，提升高效率機組的運行率，降低低效率機組的運行率。在進行動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度時，很多研究者習(xí)慣將最小比耗量當作機組優(yōu)先投入順序，但實際上這種選擇并不適合所有情況，如果實際功率與額定值有較大差距，采用這種排序方式的弊端就會顯現(xiàn)出來，經(jīng)濟性不高。為了解決這一問題，本研究將μmin與Pmax的比值作為經(jīng)濟指標，其中前者代表最小比消耗量，后者代表最大出力，遵循從小到大的原則，實現(xiàn)優(yōu)先

排序。

2.4 機會停機策略的流程及應(yīng)用

該策略的具體流程如下：制定某時間段內(nèi)的啟停順序，順序明確以后再確認該時間段內(nèi)的運行機組，并對其進行檢測。如果這些機組不滿足停機約束條件，則不對其進行停機處理；反之，如果滿足停機約束條件，則對其進行停機約束處理，需要對各機組的出力情況進行調(diào)整。如果粒子軌跡正常，就可以進行停機操作了。如果得到更優(yōu)的處理結(jié)果則接受，如果處理結(jié)果沒有實現(xiàn)更優(yōu)則放棄。該策略在應(yīng)用過程中有以下注意事項：（1）要對機組數(shù)量進行限制。使用該策略以后，機組會產(chǎn)生一個優(yōu)先停機順序。電力系統(tǒng)運行過程中，程序會將該順序作為依據(jù)對所有機組是否需要停機做出判斷，能停的盡量停。無論是在哪個時段，只要能夠保證粒子軌跡正常，都要盡量減小機組的運行率。（2）要對機組停機機會進行合理設(shè)置。如果機組自身容量比較大，啟停過程需要花費的時間也較長，則可以將其設(shè)置為基荷，應(yīng)該盡量避免對其進行啟停操作，因此在設(shè)置時應(yīng)該賦予其較小的機會。反之，如果機組容量較小，啟停過程不需要花費太長時間，則可以將其應(yīng)用于調(diào)峰中，設(shè)置時應(yīng)賦予其較大的機會。（3）要對停機優(yōu)化結(jié)果進行分析。如果達到了優(yōu)化的目的，就接受這一結(jié)果；如果沒有達到這一目的，就要放棄這一結(jié)果。

2.5 粒子群算法的改進

應(yīng)用以上策略以后，就可以實現(xiàn)對粒子群算法的改進，具體步驟如下：（1）要對各項參數(shù)的設(shè)置，實現(xiàn)種群的初始化；（2）應(yīng)用前兩個策略對粒子進行處理；（3）對粒子進行檢查和校驗，異常則直接進入后面的第八步，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常則進入第四步；（4）采用最后一項策略生成新粒子；（5）繼續(xù)利用排錯系統(tǒng)對新粒子進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)異常，則直接進入第七步，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，則進入下一步；（6）對經(jīng)過處理后粒子的適應(yīng)度值進行計算，如果達到更優(yōu)目的則接受，如果沒有達到則放棄；（7）對最優(yōu)值進行更新；（8）判斷經(jīng)過優(yōu)化后的粒子是否滿足終止條件，如果滿足則結(jié)束優(yōu)化過程，如果沒有滿足則需要對粒子進行更新，并回到第二步。

3 結(jié)語

在能源與環(huán)境的雙重危機下，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為我國電力事業(yè)進一步發(fā)展的必然選擇。風(fēng)電并網(wǎng)會對電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度問題產(chǎn)生重要影響，對此，本文提出了三種改進策略，并將其應(yīng)用在粒子算法中，旨在實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度的最優(yōu)化。

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作者簡介：王雨卓（1988-），女，黑龍江哈爾濱人，上海電力學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院在讀碩士，研究方向：風(fēng)力發(fā)電及其經(jīng)濟運行。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）