考慮風(fēng)電的電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃

舒雋，劉祥瑞

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

考慮風(fēng)電的電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃

舒雋，劉祥瑞

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

由于風(fēng)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性等特性，充足的靈活可調(diào)節(jié)電源是電力系統(tǒng)消納大規(guī)模風(fēng)電的必要條件，因此，在電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃中需要考慮風(fēng)電、靈活可調(diào)節(jié)電源和普通常規(guī)燃煤電源的合理比例。采用區(qū)間數(shù)表示風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，建立基于區(qū)間優(yōu)化方法的能夠同時(shí)考慮風(fēng)電、燃?xì)獍l(fā)電和燃煤發(fā)電的動(dòng)態(tài)電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型。該模型以規(guī)劃期內(nèi)投資成本和運(yùn)行成本綜合最小為目標(biāo)函數(shù)，以電力系統(tǒng)運(yùn)行安全為約束條件。為了體現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)電和負(fù)荷不確定性的靈活調(diào)節(jié)作用，采用簡(jiǎn)化的機(jī)組組合模型模擬電力系統(tǒng)中各類型機(jī)組的調(diào)度運(yùn)行。所建立的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，在GAMS上實(shí)現(xiàn)編程并調(diào)用CPLEX求解器進(jìn)行求解，IEEE-30節(jié)點(diǎn)算例驗(yàn)證了所提方法的有效性。

風(fēng)電；電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃；混合整數(shù)規(guī)劃；區(qū)間數(shù)；機(jī)組組合

近年來，由于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步、化石燃料的稀缺和政策的激勵(lì)使得風(fēng)電裝機(jī)容量大幅增加。風(fēng)能是取之不盡用之不竭的清潔能源，然而它也具有間歇性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，這給電力系統(tǒng)規(guī)劃帶來了額外的困難[1-4]。

目前有關(guān)考慮風(fēng)電的電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃的研究成果很多，文獻(xiàn)[5]在揭示各類低碳要素對(duì)傳統(tǒng)電源規(guī)劃模式的影響機(jī)制與作用原理的基礎(chǔ)上，分析了在不同的低碳要素場(chǎng)景下低碳電源規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)[6]按分解協(xié)調(diào)的思想，建立了面向低碳目標(biāo)的考慮調(diào)峰、調(diào)頻及環(huán)保約束的凈收益最大化雙層電源規(guī)劃模型，計(jì)及了上網(wǎng)電價(jià)差異對(duì)電源規(guī)劃的影響。文獻(xiàn)[7-12]綜合考慮了風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，以可靠性成本效益最大作為規(guī)劃目標(biāo)進(jìn)行電源規(guī)劃。文獻(xiàn)[13-16]建立了風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)風(fēng)電隨機(jī)性的特點(diǎn)對(duì)風(fēng)電接入后電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃問題進(jìn)行建模，提出了調(diào)節(jié)機(jī)組配置方案。文獻(xiàn)[17-18]把風(fēng)力發(fā)電投資同輸電擴(kuò)容結(jié)合起來建立模型，當(dāng)成一個(gè)隨機(jī)MPEC問題，并改寫成一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃問題（MILP）進(jìn)行求解。在電力市場(chǎng)條件下，文獻(xiàn)[19]設(shè)計(jì)了一種輸電主導(dǎo)模式，并引入?yún)f(xié)調(diào)因子來促進(jìn)源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃，提出了共同分擔(dān)規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制。以缺電成本和輸電成本作為規(guī)劃協(xié)調(diào)變量、社會(huì)效益最大為目標(biāo)，采用蒙特卡羅模擬法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。

隨著風(fēng)電接入規(guī)模的逐漸增大，需要建設(shè)一定規(guī)模的可靈活調(diào)節(jié)的電源以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行[20-22]。因此，在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段應(yīng)考慮傳統(tǒng)電源、可靈活調(diào)節(jié)電源、風(fēng)電容量的合理配置，顯然，這需要在電力系統(tǒng)規(guī)劃階段考慮規(guī)劃期內(nèi)的系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行問題。文獻(xiàn)[23]在考慮傳統(tǒng)電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的前提下，將低碳要素引入電源規(guī)劃決策之中，全面地分析了低碳環(huán)境下常規(guī)火電與其他類型發(fā)電機(jī)組的機(jī)組組合問題，建立了含碳捕集電廠的低碳電源規(guī)劃模型。但該模型過于龐大，計(jì)算效率不高。

區(qū)間數(shù)法利用隨機(jī)變量置信區(qū)間的上下限來表示不確定性范圍，從而大幅降低計(jì)算規(guī)模。目前，區(qū)間數(shù)法已經(jīng)被用于表示負(fù)荷和風(fēng)電的不確定性。文獻(xiàn)[24]基于風(fēng)電與負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差的統(tǒng)計(jì)分布，采用區(qū)間數(shù)優(yōu)化方法，求解考慮備用優(yōu)化配置的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。文獻(xiàn)[25]分別將場(chǎng)景法和區(qū)間數(shù)法應(yīng)用于安全約束機(jī)組組合的求解，并進(jìn)行了對(duì)比。但尚未見區(qū)間數(shù)法在長(zhǎng)期電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用。

本文在前述研究成果的基礎(chǔ)上，建立了基于區(qū)間優(yōu)化方法的同時(shí)能夠考慮風(fēng)電、燃?xì)獍l(fā)電和燃煤發(fā)電的多階段電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，其中，采用區(qū)間數(shù)表示風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，并采用簡(jiǎn)化機(jī)組組合模型模擬調(diào)度運(yùn)行階段各類電源的互補(bǔ)特性。

1 場(chǎng)景選取和區(qū)間數(shù)方法

風(fēng)電并網(wǎng)后，需要考慮風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性。風(fēng)速分布可預(yù)測(cè)性差，需要產(chǎn)生大量的場(chǎng)景及其概率來模擬這種隨機(jī)性和波動(dòng)性[26-29]。大多研究基于隨機(jī)模擬方法隨機(jī)產(chǎn)生的大量樣本，這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量很大；而區(qū)間數(shù)法利用隨機(jī)變量置信區(qū)間的上下限來表示不確定性范圍，從而顯著減小場(chǎng)景數(shù)目。對(duì)于電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃問題來說，無法得到規(guī)劃期內(nèi)非常精確的概率模型，雖然區(qū)間數(shù)法不能涵蓋各種風(fēng)電出力不確定性場(chǎng)景，但是采用區(qū)間數(shù)優(yōu)化方法研究大規(guī)模電力系統(tǒng)長(zhǎng)期規(guī)劃問題，能夠更好地實(shí)現(xiàn)模型精度和計(jì)算效率之間的平衡。

本文將風(fēng)電出力作為負(fù)的負(fù)荷考慮，分別把風(fēng)電出力最大且負(fù)荷最小和風(fēng)電出力最小且負(fù)荷最大作為區(qū)間的邊界[25]。定義凈負(fù)荷如式（1）所示，也就是說凈負(fù)荷最大和最小時(shí)，系統(tǒng)功率平衡約束最為嚴(yán)苛。

式中：N為凈負(fù)荷；D為實(shí)際負(fù)荷值；P為風(fēng)電實(shí)際出力值。

2 考慮風(fēng)電的電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型

本電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃的目標(biāo)為：在滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行約束的前提下，根據(jù)風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，考慮各類機(jī)組的運(yùn)行/停運(yùn)狀態(tài)組合，規(guī)劃各類發(fā)電機(jī)組的投建時(shí)間和地點(diǎn)，使規(guī)劃期內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的總成本最小。出于簡(jiǎn)化，本文中靈活調(diào)整電源，僅考慮燃?xì)鈾C(jī)組，普通常規(guī)電源僅考慮燃煤機(jī)組。

2.1 約束條件

本文中多階段電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)如式（2）所示。

式中：CTC為規(guī)劃期內(nèi)火電機(jī)組（包括燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組）運(yùn)行成本，包括現(xiàn)有的以及新建的火電機(jī)組；CWC為新建機(jī)組投資成本，新機(jī)組的投資成本取決于其容量和位置；CLC為線路投資成本；CEC為火電機(jī)組碳排放成本；CSC為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電補(bǔ)貼。假設(shè)所有的現(xiàn)有機(jī)組都為火電機(jī)組。Ni，y為整個(gè)規(guī)劃期的第y年的發(fā)電時(shí)長(zhǎng)；WSu為場(chǎng)景u的權(quán)重；A為總場(chǎng)景數(shù)目；Pi，u，y為整個(gè)規(guī)劃期的第y年場(chǎng)景u中i機(jī)組的出力；pbi，y為第y年i機(jī)組的邊際發(fā)電成本；R為折現(xiàn)率；TY為投資期總年數(shù)；Si為i機(jī)組發(fā)電補(bǔ)貼；cwi為機(jī)組單位容量?jī)r(jià)格；SWi

為投資補(bǔ)貼；Xi，y為i機(jī)組投建容量；ck，y為二進(jìn)制變量，若在整個(gè)規(guī)劃期的第y年第k條線路決定投建，則此值為1，否則為0；ckk，y為第y年線路k的建設(shè)成本；πy為第y年的市場(chǎng)碳交易價(jià)格；eg為火電機(jī)組單位電量的碳排放強(qiáng)度；ΔDn，u，y為切負(fù)荷變量；VLy為第y年的切負(fù)荷成本；ΩY為規(guī)劃期集合；ΩTG為燃?xì)鈾C(jī)組集合；ΩCG為燃煤機(jī)組集合；ΩWG為風(fēng)電機(jī)組集合；ΩU為總場(chǎng)景集合，ΩU={0，1，2}，其中0為期望場(chǎng)景，1為關(guān)鍵負(fù)荷場(chǎng)景之一，此場(chǎng)景下風(fēng)電出力最大，負(fù)荷最小，2為關(guān)鍵負(fù)荷場(chǎng)景之二，此場(chǎng)景下風(fēng)電出力最小，負(fù)荷最大；ΩG+為候選發(fā)電機(jī)組集合；ΩK+為候選線路集合。

2.2 約束條件

1）功率平衡約束

2）直流潮流等式約束

3）火電機(jī)組的出力約束及切負(fù)荷約束

4）風(fēng)電機(jī)組的出力約束

5）線路容量約束

6）新建機(jī)組及線路約束

7）投資費(fèi)用約束

8）機(jī)組運(yùn)行/停運(yùn)約束

為了體現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)電和負(fù)荷不確定性的靈活調(diào)節(jié)作用，需要在規(guī)劃階段考慮系統(tǒng)的日內(nèi)運(yùn)行問題。理論上，每日逐時(shí)段的機(jī)組組合能夠精確刻畫系統(tǒng)的日內(nèi)運(yùn)行。然而，在電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃中，考慮精確的每日逐時(shí)段機(jī)組組合將導(dǎo)致“維數(shù)災(zāi)”，求解非常困難甚至不可能；另外，由于預(yù)測(cè)精度的限制和機(jī)組組合的易變性，這么做的意義也并不大?？紤]到燃?xì)鈾C(jī)組和常規(guī)燃煤機(jī)組均不適合頻繁啟停，本文將只考慮1 d內(nèi)凈負(fù)荷高峰、低谷和期望值3個(gè)時(shí)段下的機(jī)組組合問題。相對(duì)靈活的燃?xì)鈾C(jī)組可以在這3個(gè)時(shí)段自由改變運(yùn)行狀態(tài)。而燃煤機(jī)組在1 d內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)最多只能變化一次，式（23）表示不會(huì)出現(xiàn)燃煤機(jī)組在低谷時(shí)運(yùn)行而在高峰時(shí)停運(yùn)的情況；式（24）表示在1 d之內(nèi)能夠發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移的燃煤機(jī)組的數(shù)目占總?cè)济簷C(jī)組數(shù)目的比例不能超過一定的比例；式（25）表示候選機(jī)組投建后方可運(yùn)行。

9）相位角約束

式（9）—式（25）中：n為節(jié)點(diǎn)編號(hào)；k為線路編號(hào)；KGn，i為節(jié)點(diǎn)-發(fā)電機(jī)關(guān)聯(lián)矩陣，表示節(jié)點(diǎn)和機(jī)組的聯(lián)系；為風(fēng)電出力波動(dòng)上下限；ei，y為二進(jìn)制變量，若在整個(gè)規(guī)劃期的第y年i發(fā)電機(jī)決定投建，則此值為1，否則為0；為第y年節(jié)點(diǎn)n的負(fù)荷波動(dòng)上下限；KLk，n為支路-節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣；fk，u，y為在整個(gè)規(guī)劃期的第y年場(chǎng)景u中線路k的潮流；Bk為線路k的電納；θn，u，y為在整個(gè)規(guī)劃期的第y年場(chǎng)景u中節(jié)點(diǎn)n處相位角；Mk為一個(gè)足夠大的正數(shù)；Ii，u，y為機(jī)組i在第y年u場(chǎng)景下的組合狀態(tài)，若為0，表示機(jī)組停運(yùn)，若為1，表示機(jī)組正常運(yùn)行；Pmax，i、Pmin，i為發(fā)電量上下限；EXi為已建機(jī)組容量；Ki，u，y為機(jī)組i在第y年u場(chǎng)景下的風(fēng)強(qiáng)度系數(shù)，具體含義見第3.1節(jié)；Lmax，i、Lmin，i為線路容量上下限；hi，l，y為二進(jìn)制變量，若在整個(gè)規(guī)劃期的第y年第l級(jí)投建容量被選中為i級(jí)發(fā)電單元的建設(shè)量，則此值為1，否則為0；ρi，l，y為在整個(gè)規(guī)劃期的第y年第l級(jí)發(fā)電單元的備選投建容量；Ψ為l級(jí)備選容量集合；cbk為最大可能的線路投資；ctti為最大可能的機(jī)組投資；cbk為最大可能的線路投資；η為可狀態(tài)轉(zhuǎn)移的燃煤機(jī)組比例系數(shù)；NB為已建燃煤機(jī)組數(shù)量。ΩWG+為候選風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集合；ΩWG0為已建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組集合；ΩCG+為候選燃煤機(jī)組集合；ΩTG+為候選燃?xì)廨啓C(jī)組集合；ΩN為節(jié)點(diǎn)集合。

3 算例分析

本文所建立的考慮風(fēng)電的電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型是一個(gè)不確定、多階段性、混合整數(shù)線性規(guī)劃問題。本文利用GAMS軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)編程，調(diào)用CPLEX對(duì)模型進(jìn)行求解。

3.1 算例數(shù)據(jù)

算例系統(tǒng)基于IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)[30]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。電源側(cè)由6個(gè)現(xiàn)有燃煤機(jī)組以及2個(gè)候選燃煤機(jī)組、3個(gè)候選燃?xì)鈾C(jī)和3個(gè)候選風(fēng)電機(jī)組組成。候選機(jī)組和線路用虛線表示，具體參數(shù)見表1和表2，其他系統(tǒng)參數(shù)見文獻(xiàn)[30]。負(fù)荷年增長(zhǎng)率為4%。其他參數(shù)在此說明：πy第一年取值為80元/t，年增長(zhǎng)率為1%；燃煤機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組的e和g分別為0.90 t/（MW·h）和0.41 t/（MW·h）；VLy第一年取0.6萬元/（MW·h），年增長(zhǎng)率為1%。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Grid of the test system

鑒于風(fēng)電機(jī)組每年的容量可能會(huì)變化，因此定義風(fēng)強(qiáng)度系數(shù)為風(fēng)電出力與機(jī)組容量之比，根據(jù)風(fēng)速曲線得到風(fēng)電輸出功率，進(jìn)而描繪出規(guī)劃期內(nèi)3個(gè)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)強(qiáng)度系數(shù)曲線，如圖2所示。由于風(fēng)電機(jī)組實(shí)際出力最大值為其裝機(jī)容量，最小值為零即停機(jī)，因此選取上述最大值與最小值為風(fēng)電出力區(qū)間數(shù)的上下限。

表1 候選機(jī)組參數(shù)Tab.1 Candidate generation units parameters

表2 候選線路參數(shù)Tab.2 Candidate line parameters

圖2 風(fēng)強(qiáng)度系數(shù)期望值Fig.2 Expected value of w ind intensities

3.2 算例分析

為了驗(yàn)證模型的有效性，本文對(duì)3個(gè)算例進(jìn)行討論。算例1為考慮了風(fēng)電和負(fù)荷不確定性的源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃；算例2為不考慮風(fēng)電和負(fù)荷不確定性的源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃，即風(fēng)電出力與負(fù)荷均為期望值；算例3與算例1的區(qū)別在于先考慮電源規(guī)劃，再在電源規(guī)劃結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃；算例4把算例2所得到的電源和電網(wǎng)投建方案作為算例1的已知量，重新優(yōu)化機(jī)組出力和切負(fù)荷變量。

4個(gè)算例的優(yōu)化結(jié)果，如表3、4、5所示。

表3各項(xiàng)成本Tab.3 Costofeachitem 106元

表4 電源規(guī)劃結(jié)果Tab.4 Powerplanningresults

表5 電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果Tab.5 Networkplanningresults

算例1中WG3的風(fēng)資源條件優(yōu)于WG1、WG2。但規(guī)劃結(jié)果顯示，風(fēng)電機(jī)組WG1、WG2投建，WG3并未投建，根本原因是風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電會(huì)因電網(wǎng)約束而受阻，WG3的發(fā)電受阻程度比WG1和WG2嚴(yán)重，風(fēng)資源利用率較低，導(dǎo)致WG3未投建。因此在投建風(fēng)電時(shí)，不僅要考慮到風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源條件，還要考慮風(fēng)場(chǎng)所處的位置。

考慮到風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，需要更多的可靈活調(diào)節(jié)電源來應(yīng)對(duì)這種波動(dòng)性，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全，兩者必須協(xié)調(diào)以保證電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。WG1始建于第2年，第5年時(shí)再次擴(kuò)容至75MW，此時(shí)燃?xì)鈾C(jī)組TG1投入運(yùn)行以平衡風(fēng)電機(jī)組的波動(dòng)性；第11年，WG2開始投建，系統(tǒng)中風(fēng)電總?cè)萘窟_(dá)165MW，系統(tǒng)中風(fēng)電接入比例達(dá)到一個(gè)較高值，此時(shí)TG2也開始投建以保障整個(gè)電力系統(tǒng)的功率平衡。算例2由于不必考慮風(fēng)電的波動(dòng)性，無需投建燃?xì)鈾C(jī)組，機(jī)組建設(shè)成本相對(duì)低了很多。雖然算例2中電網(wǎng)規(guī)劃成本較算例1多了7.5%，但總成本仍較低。算例2只包含期望場(chǎng)景，風(fēng)電不受其自身波動(dòng)性的限制，因此算例2的風(fēng)電機(jī)組投建容量也從175MW升至為205MW。把算例2的電源和電網(wǎng)投建方案作為算例1的已知量，只對(duì)機(jī)組出力和切負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化，并觀察總成本的變化：算例4總成本較算例1增加6.7%，主要原因?yàn)椴豢紤]負(fù)荷和風(fēng)電不確定性的優(yōu)化結(jié)果在現(xiàn)實(shí)情況下會(huì)導(dǎo)致較多負(fù)荷損失，否則無解，增加了切負(fù)荷成本；同時(shí)算例4的棄風(fēng)也導(dǎo)致風(fēng)電補(bǔ)貼減少。由此可見實(shí)際中的不確定模型優(yōu)于確定模型。

電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)際上密不可分，這不僅是出于電網(wǎng)安全約束的考慮，同時(shí)也是出于規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性的考慮。與算例1相比，算例3沒有將電源規(guī)劃和電網(wǎng)規(guī)劃統(tǒng)籌起來，而是分開考慮。雖然算例3中與電源相關(guān)的投資和運(yùn)行成本較低，但線路投資較高，因此不能使總成本最低。算例1總成本較之低了4.44%，節(jié)省的成本很可觀。

4 結(jié)語

本文采用區(qū)間數(shù)優(yōu)化方法，把由于負(fù)荷和風(fēng)功率波動(dòng)帶來的不確定性問題轉(zhuǎn)化成確定性問題。建立考慮風(fēng)電、燃?xì)獍l(fā)電和燃煤發(fā)電的動(dòng)態(tài)電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，得到以下結(jié)論：

1）在風(fēng)電場(chǎng)投建時(shí)，不僅要考慮風(fēng)資源的情況，也要考慮電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際發(fā)電的約束。

2）所建立的模型體現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)電和負(fù)荷不確定性的靈活調(diào)節(jié)作用，規(guī)劃結(jié)果使得燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的投建與風(fēng)電擴(kuò)展相匹配。

3）采用區(qū)間數(shù)優(yōu)化方法的不確定源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法比確定源網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃方法更為經(jīng)濟(jì)和強(qiáng)健。

4）電源規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃是密不可分的整體，不能忽視兩者之間的統(tǒng)一性。

[1]張立軍.風(fēng)電場(chǎng)建模及電源擴(kuò)展規(guī)劃研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

[2] FEIJOO A E，CIDRAS J.Modeling of wind farms in the load flow analysis[J].Power Systems IEEE Transactions on，2000，15（1）:110-115.

[3]馬幼捷，張繼東，周雪松，等.風(fēng)電場(chǎng)的穩(wěn)定問題[J].可再生能源，2006（3）:37-39. MA Youjie，ZhANG Jidong，ZHOU Xuesong，et al.Study on voltage stability of wind power systems[J].Renewable Energy，2006（3）:37-39（in Chinese）.

[4]白建華，辛頌旭，賈德香，等.中國(guó)風(fēng)電開發(fā)消納及輸送相關(guān)重大問題研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（1）:14-17. BAI Jianhua，XIN Songxu，JIA Dexiang，et al.Study of major questions of wind power digestion and transmission in China[J].Power System&Clean Energy，2010（in Chinese）.

[5]陳啟鑫，康重慶，夏清，等.電力行業(yè)低碳化的關(guān)鍵要素分析及其對(duì)電源規(guī)劃的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009（15）:18-23. CHEN Qixin，KANG Chongqing，XIA Qing，et al，Key low-carbon factors in the evolution of power distribution and their impacts on generation expansion planning[J]. Automation of Electric Power Systems，2009（15）:18-23（in Chinese）.

[6] 張節(jié)潭，苗淼，范宏，等.含風(fēng)電場(chǎng)的雙層電源規(guī)劃[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（11）:43-49. ZHANG Jietan，MIAO Miao，F(xiàn)AN Hong，et al，Bi-level generation expansion planning with large-scale wind farms[J].Power System Technology，2011（11）:43-49（in Chinese）.

[7]鮑愛霞.大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)容量可信度的分析及對(duì)華東電網(wǎng)備用的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009（S1）:34-38. BAO Aixia.Analysis and research for capacity credit of large scale wind farms and influence on reserve capacity of East China electric power grid[J].Proceedings of the CSEE，2009（S1）:34-38（in Chinese）.

[8]袁越，周建華，余嘉彥.含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)峰對(duì)策綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（6）:1-4. YUAN Yue，ZHOU Jianhua，YU Jiayan.An overview of the peak-load regulating countermeasures for power systems containing wind farms[J].Power System&Clean Energy，2010，26（6）:1-4（in Chinese）.

[9] 于力強(qiáng)，蘇蓬.風(fēng)電場(chǎng)選址問題綜述[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（7）:156-156. YU Liqiang，SU Peng.Summary of wind farm site selection[J].China New Technologies and Products，2009（7）:156-156（in Chinese）.

[10]UMMELSB C，PELGRUM E，KLINGW L.Integration of large-scale wind power and use of energy storage in the netherlands’ electricity supply[J]. Renewable Power Generation Iet，2008，2（1）:34-46.

[11]曹張潔，向榮，譚謹(jǐn)，等.大規(guī)模并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)等值建模研究現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011，27（2）:56-60. CAO Zhangjie，XIANG Rong，TAN Jin，et al.Review of current research on equivalent modeling of large-scale grid-connected wind farm[J].Power System & Clean Energy，2011，27（2）:56-60（in Chinese）.

[12]ZHANG S，LIG，ZHOU M.Adequacy evaluation ofwind farm integration in power generation and transmission systems[C]//International Conference on Sustainable Power Generation and Supply，2009，Supergen，IEEE，2009:1-7.

[13]高賜威，吳天嬰，何葉，等.考慮風(fēng)電接入的電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（11）:30-35. GAO Ciwei，WU Tianying，HE Ye，et al.Generation and transmission coordinated planning considering wind power integration[J].Automation of Electric Power Systems，2012（11）:30-35（in Chinese）.

[14]高賜威，何葉，胡榮.考慮大規(guī)模風(fēng)電接入的電力規(guī)劃研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011，27（10）:53-59. GAO Ciwei，HE Ye，HU Rong，et al.Power planning with large scale wind power integrated[J].Power System& Clean Energy，2011，27（10）:53-59（in Chinese）.

[15]SODER L.Reserve margin planning in a wind-hydrothermal power system[J].IEEE Transactions on Power Systems，1993，8（2）:564-571.

[16]FEIJOO A E，CIDRAS J.Modeling of wind farms in the load flow analysis[J].IEEE Transactions on Power Systems，2000，15（1）:110-115.

[17]BILLINTON R，WANGDEEW.Reliability-based transmission reinforcement planning associated with large-scale wind farms[J].IEEE Transactions on Power Systems，2007，22（1）:34-41.

[18]高賜威，何葉.考慮風(fēng)力發(fā)電接入的電網(wǎng)規(guī)劃[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（4）:19-24. GAO Ciwei，HE Ye.Research of electric network planning with wind power integration considered[J].Journal of Electric Power Science&Technology，2009，24（4）:19-24（in Chinese）.

[19]BILLINTON R，KARKI R，GAO Y，et al.Adequacy assessment considerations in wind integrated power systems[J].IEEETransactionson Power Systems，2012，27（4）: 2297-2305.

[20]于晗，鐘志勇，黃杰波，等.考慮負(fù)荷和風(fēng)電出力不確定性的輸電系統(tǒng)機(jī)會(huì)約束規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009（2）:20-24. YU Han，ZHONG Zhiyong，HUANG Jiebo，et al，A chance constrained transmission network expansion planningmethod associatedwith load andwind farm variations[J]. Automation of Electric Power Systems，2009（2）:20-24（in Chinese）.

[21]BARINGO L，CONEJO A J.Transmission and wind power investment[J].IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（2）:885-893.

[22]曾慶禹.電力市場(chǎng)條件下的發(fā)輸電規(guī)劃協(xié)調(diào)與運(yùn)行模式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004（5）:1-5. ZENG Qingyu.Generation/transmission expansion planning model and operationmodel in powermarket[J].Automation of Electric Power Systems，2004（5）:1-5（in Chinese）.

[23]季震，陳啟鑫，張寧，等.含碳捕集電廠的低碳電源規(guī)劃模型[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（10）:2689-2696. JIZhen，CHEN Qixin，ZHANG Ning，et al.Low-carbon generation expansion planning model incorporating carbon capture power plant[J].Power System Technology，2013，（10）:2689-2696（in Chinese）.

[24]BAHIENSE L，OLIVEIRA G C，PEREIRA M，et al.A mixed integer disjunctive model for transmission network expansion[J].IEEE Power Engineering Review，2001，21（8）:60-60.

[25]張粒子，李豐，葉紅豆，等.考慮風(fēng)電和負(fù)荷波動(dòng)及N-1故障的發(fā)電備用優(yōu)化方法研究[J].太陽能學(xué)報(bào)，2014，（1）:64-73. ZHANG Lizi，LI Feng，YE Hongdou，et al.Optimal reserve dispatch approach considering wind power and load fluctuations and N-1 Fault[J].Acta Energiae Solaris Sinica，2014（1）:64-73（in Chinese）.

[26]LEIW，SHAHIDEHPOUR M，ZUYI L.Comparison of scenario-based and interval optimization approaches to stochastic SCUC[J].IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（2）:913-921.

[27]洪翠，林維明，溫步瀛.風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速及風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方法研究綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011，27（1）:60-66. HONG Cui，LIN Weiming，WEN Buying.Overview on prediction methods of wind speed and wind power[J]. Power System&Clean Energy，2011，27（1）:60-66（in Chinese）.

[28]王樂，余志偉.基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用容量確定[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（20）. WANG Le，YU Zhiwei.A chance-constrained programming approach to determine requirement of optimal spinning reserve capacity[J].Power System Technology，2006，30（20）（in Chinese）.

[29]DOHERTY R，O MALLEY M.A new approach to quantify reserve demand in systems with significant installed wind capacity[J].IEEE Transactions on Power Systems，2005，20（2）:587-595.

[30]University of Washington.Electrical engineering，power systems test case archive[EB/OL].[2016-04-07].http:// www.ee.washington.edu/research/pstca，2012-3-26.

（編輯 馮露）

Generation and Transm ission Coordinated Planning ConsideringW ind Power

SHU Jun，LIU Xiangrui
（North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Considering the intermittentence，volatility and randomness of wind power，the adequate flexible and adjustable power becomes a prerequisite to consume large-scalewind power.Therefore，it is important to determine the reasonable capacity proportion between wind power，gas turbine and conventional coal-fired power.This paper presents a novel methodology for generation and transmission coordinated planning considering wind power，gas turbine and conventional coalfired power and load fluctuations based on the interval number optimization.The proposed model seeks tominimize investment cost and operation cost during the planning period and is constrained by grid security.Furthermore，a simplified unit commitment formulation is presented to reflect the flexibility of gas turbines by simulating the economic dispatch of the different type of generation units.The proposed model is a mixed integer linear one and is solved by GAMS software and calling CPLEX.Studies on the IEEE-30 numerical case illustrate the effectiveness of the proposed approach for the coordinated planning.

wind power；generation and transmission coordinated planning；mixed integer programming；interval number；unit commitment

2016-06-07。

舒 雋（1974—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)、電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、電力系統(tǒng)規(guī)劃；

劉祥瑞（1993—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)、電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化、電力系統(tǒng)規(guī)劃。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51347003）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（NSFC）（51347003）.

1674-3814（2017）02-0093-07

TM715

A