基于區(qū)間規(guī)劃理論的農(nóng)村風能優(yōu)劃模型與方法分析

曹曉明

科技飛速發(fā)展的同時，可利用能源數(shù)量逐漸減少，讓國家陷入能源危機。為貫徹落實可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，大力開發(fā)自然能源成為國家發(fā)展的首要任務。本文以大慶杜蒙地區(qū)作為研究對象，研究區(qū)間規(guī)劃理論的農(nóng)村風能優(yōu)劃模型與方法，希望能夠為自然資源利用提出積極意見，加快國家發(fā)展步伐。

一、區(qū)間規(guī)劃理論的應用價值

風力發(fā)電能夠降低原始能源的使用量，并且對于生態(tài)環(huán)境不會造成惡劣影響，是當前最熱門的自然能源之一。但是風力發(fā)電受自然環(huán)境因素影響較大，具有嚴重的不確定性，電力系統(tǒng)不能直接輸出穩(wěn)定的電壓、頻率值。風電出力的精確度受到自然環(huán)境的限制，會給電力系統(tǒng)的調(diào)度運行造成巨大阻礙，企業(yè)通常會采用強化旋轉(zhuǎn)備用的方式，來完善與解決風電出力的不穩(wěn)定性?？萍碱I域的不斷發(fā)展，讓學術界開始提出創(chuàng)新型解決方案，開始將研究重點放在風力發(fā)電的不確定性內(nèi)容上，以此來提升風能的利用率，為國家發(fā)展提供有力支持。不確定性分析方法類型有概率分析法、模糊分析法、時間序列法、概率模型法、區(qū)間規(guī)劃法等。相比于其他分析研究方法，區(qū)間規(guī)劃理論分析法是研究不確定性數(shù)值變量的最佳處理方法。區(qū)間規(guī)劃理論分析方法能夠查準不確定參數(shù)的接線區(qū)間，不需要帶入其他假設理念，會有效避免研究人員的主觀判斷力對運算研究結(jié)果的影響。

區(qū)間分析規(guī)劃法的應用價值有：第一，此研究方法能夠?qū)⑦\算過程涉及的舍入誤差值添加到運算結(jié)果中，進一步提升研究結(jié)果的精確性。第二，區(qū)間分析方法能夠直接對決策變量的優(yōu)化空間進行求解，獲得最終目標函數(shù)求解結(jié)果集合，為研究著提供清晰明了的運算成果，有助于風能開發(fā)工作的后續(xù)處理工作。第三，區(qū)間規(guī)劃法在進行運算參數(shù)與決策變量求解的過程中，不用構(gòu)建概率值的統(tǒng)計模型，能夠縮減求解過程，降低研究人員的計算難度與求解壓力。

二、農(nóng)村風能優(yōu)劃模型與方法

1、風電區(qū)間模型

在理解區(qū)間函數(shù)的基本概念的基礎上，可以針對風力出力情況，選取風電出力的預先估測值、風電出力的預估精確度、風電出力的上界值與下界值完成風能優(yōu)化區(qū)間模型的建構(gòu)。上述列出的風電處理模型為正常標準情況下的風力發(fā)電的不確定性的區(qū)間公式，符合實際研究需要。若風力出力的預測值為確定數(shù)值，可以直接用區(qū)間數(shù)作為風能規(guī)劃的研究模型。同理可知，風能發(fā)電負荷的不確定性也同樣可以利用區(qū)間模型表述出來，并且由于負荷預測技術相對成熟，可以用確定的區(qū)間數(shù)公式表述負荷預測數(shù)值關系。

2、模型優(yōu)化

風能出力與負荷增長的不確定性區(qū)間函數(shù)的優(yōu)化求解過程是風能優(yōu)化的重要途徑。可以設定NG為發(fā)電機組的集合數(shù)，T代表去風能發(fā)電的全天時間區(qū)段數(shù)。我國目前風電的標準狀況為全額上網(wǎng)模式，優(yōu)化目標研究中將風電上網(wǎng)的成本作為無關變量，不帶入研究數(shù)據(jù)測算。在經(jīng)過電力約束，系統(tǒng)備用約束得出相關區(qū)間模型公式。在進行傳輸線路約束時，應將N作為系統(tǒng)節(jié)點的結(jié)合，NL作為系統(tǒng)傳輸線路的集合，帶入發(fā)電機組為Gil的轉(zhuǎn)移分布因子。然后進行發(fā)電機處理約束區(qū)間優(yōu)化，并考慮發(fā)電機爬坡約束優(yōu)化因素，列出相關區(qū)間運算公式。上述約束條件主要為風力發(fā)電洗系統(tǒng)約束與發(fā)電機組約束。電力約束與系統(tǒng)備用約束的公式能夠測算風電平衡性，綜合考慮風點出力的不確定性。其中風電出力與負荷增長經(jīng)濟調(diào)度關系公式分別可以用一區(qū)間函數(shù)、一區(qū)間數(shù)表示出來。

本次研究中將以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)為算例解析對象，在節(jié)點系統(tǒng)中設置6臺發(fā)電機組，其中4臺機組為火電發(fā)電機組。其他兩臺發(fā)電機組的上限位設置為30兆瓦，并且分離出力效果保持一致。經(jīng)過算例解析可得出穩(wěn)定的風能區(qū)間范圍，作為風能建設利用的精確數(shù)據(jù)信息。選取風負荷預估精確度為百分之95，風力預估精確度為百分之80，可以得出風力處理的區(qū)間值在pw=0.8時區(qū)域穩(wěn)定，常規(guī)機組處理情況與上網(wǎng)電價處理結(jié)果較為精確。

3、相關技術措施

鑒于當前我國對于可再生能源的利用進入到高速發(fā)展階段，應在針對以風能為代表的可再生能源進行充分利用的基礎上，秉持區(qū)間規(guī)劃理論進一步進行農(nóng)村現(xiàn)有風能優(yōu)劃模型的優(yōu)化升級，加大對于水電站發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等形式的開發(fā)利用，彌補風能發(fā)電隨機性強的不足，構(gòu)建“風光水生”聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，推進以風能為引領的多能源互補發(fā)電的微電網(wǎng)建設。

在微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設計上，選取前級直流并接結(jié)構(gòu)或交直流混合并接結(jié)構(gòu)進行農(nóng)村現(xiàn)有常規(guī)直流并接結(jié)構(gòu)的改進，系統(tǒng)主要包含風機、光伏陣列、水輪機、水泵站、電網(wǎng)等組成要素。在并網(wǎng)條件下，運用主網(wǎng)與分布式電源聯(lián)合供電模式，可在主網(wǎng)發(fā)生故障或出現(xiàn)擾動異常的情況下使微電網(wǎng)直接切換至孤島運行模式，由風電場輸出功率優(yōu)先供給負荷，不足部分由光伏電站、水電站補足;當風電場輸出功率大于系統(tǒng)負荷時，剩余功率可分配至水泵站抽水等，避免造成電能浪費問題。通過采用并網(wǎng)運行與孤島運行相結(jié)合的調(diào)度策略，能夠有效借助微電網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)節(jié)滿足負荷需求，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，為重要負荷提供電能。

（作者單位：166200 黑龍江省大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣農(nóng)村能源和農(nóng)業(yè)信息服務中心）