考慮風電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

臧玉龍

摘 ? 要：風電的可信容量對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著十分重要的意義，準確、快速地計算風電場可信容量是含風電系統(tǒng)規(guī)劃的基礎。文章分析了風電的波動特性以及風電場出力與風速的相關性，同時提出了一種風電可行容量的評估方法，最后建立了考慮風電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型。將風電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而保證了系統(tǒng)給定的可靠性水平，仿真結果驗證了所提方法的正確性和有效性。

關鍵詞：風電場容量;可信度;運行條件;可靠性評估

近年來，隨著國家科技的快速發(fā)展，清潔能源的裝機容量也不斷提高。但風力發(fā)電存在較大的隨機性，其發(fā)電受天氣、氣候等影響。并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的容量貢獻與常規(guī)機組有較大不同，因此客觀評價風電場的容量可信度對接入系統(tǒng)的長期規(guī)劃、優(yōu)化運行以及可靠性評估等相關問題具有十分重要的意義。

如果能夠明確風力發(fā)電的可信容量，將風力發(fā)電加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡中，能夠減少旋轉備用，將很大程度降低電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，因此文章提出了考慮風電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，在傳統(tǒng)機組組合基礎上，在配電網(wǎng)的調(diào)度中加入了風電容量的評估模型，并且通過算例驗證了本方法的有效性[1]。

1 ? ?風電波動特性分析

風力發(fā)電機組的輸出功率受風速的影響較大，因此風電場的出力變化區(qū)間較大，在很大程度上，很難準確預測風電的實際出力。當風速不斷變化時，風機的實際出力曲線也會隨之變化，風電場的輸出功率隨風的波動而波動。風機的實際功率可以用式（1）來表示：

（1）

式中，PW為風機輸出功率;CP為風機的風能利用系數(shù);ρ為風輪掃過的面積;ν為風速。

從式（1）可以看出風速的變化會對風機出力產(chǎn)生很大影響，如果忽略風電場的誤差，風電場的實際出力曲線與風速的三次方成正比，與單臺風機的出力關系相同[2]。

2 ? ?風電場運行容量可信度

文章定義風電場運行容量可信度為在電力系統(tǒng)運行條件下，保證系統(tǒng)當前運行可靠性水平不變時，風電場并網(wǎng)后所能替代的常規(guī)發(fā)電機組的實際出力與風電場額定容量的比值。于是，風電場運行容量可信度即可表示為：

（2）

其中，T為研究周期，運行條件下通常為幾小時，OCCt為第t時段的風電場運行容量可信度，ΔPt為風電場的總裝機容量，可由下式計算得到：

（3）

其中，Pt和Pwt分別為第時段風電場并網(wǎng)前、后系統(tǒng)中常規(guī)發(fā)電機組的總輸出功率。

3 ? ?基于風電場運行容量可信度的含風電機組組合模型

本文方法的數(shù)學模型可表達如下。

（1）目標函數(shù)系統(tǒng)運行成本最?。?/p>

（4）

其中，F(xiàn)i（p）為機組i的成本特征函數(shù)，F(xiàn)i（p）=aip2+bip+ci，其中p為機組有功出力ai，bi，ci為給定常數(shù)。

STit為機組i在時段t的啟動成本，，其中Ki，Bi分別為機組啟動費用中的固定成本和冷啟動成本。τi為機組的熱時間常數(shù)。

（2）約束條件。

功率平衡約束：

（5）

系統(tǒng)備用約束：

（6）

機組最小運行最小停運時間約束：

（7）

Pimin，Pimax分別為機組允許有功出力的最小值和最大值;

Tion，Tioff分別為機組允許的最小開機時間和最小停機時間;

dt為第t時段負荷的預測值。

Rt為第t時段系統(tǒng)總的備用需求。

OCCt為第t時段風電場的運行容量可信度。

本方法將風力發(fā)電數(shù)值等效為反負荷加入到電力系統(tǒng)調(diào)度中，同時將風電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而可以提高大規(guī)模風電并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

4 ? ?算例分析

針對上述模型和求解思路，采用Matlab相應程序進行求解。文章采用一個含有4機組在4個時段的機組組合問題，通過文章的算法對該模型進行仿真分析。表1給出了4個機組的參數(shù)值。表2為各時段負荷和風電場預測功率數(shù)據(jù)，假設風電場總裝機容量為80 MW[4]。

文章將各時段電網(wǎng)的備用配置設置為0，來檢驗本控制方法的有效性。風電場運行容量的可信度如表3所示。

在得出風電場可信容量的基礎上，對風電場的各機組和的安排次序如表4所示。通過根據(jù)仿真得出風機并網(wǎng)前后電網(wǎng)的可靠性如圖1所示

通過表4可以看出本方法在解決風電機組組合問題是能夠準確、快速地求解，同時將風力發(fā)電加入常規(guī)發(fā)供電平后能夠節(jié)省系統(tǒng)的發(fā)電成本。通過文章對于風電可信容量的分析，當常規(guī)發(fā)電機組較少發(fā)電出力，通過合理安排風力機組組合能夠在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，代替部分常規(guī)機組出力，從而對應的系統(tǒng)可靠性水平也基本相同。因此，文章方法能夠滿足系統(tǒng)可靠性的要求[5]。

5 ? ?結語

文章提出了一種風電可行容量的評估方法，同時建立了考慮風電可信容量的配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型，本方法將風力發(fā)電數(shù)值等效為反負荷加入到電力系統(tǒng)調(diào)度中，同時將風電場可信容量加入到常規(guī)的發(fā)供電平衡，從而保證了系統(tǒng)給定的可靠性水平，將風電作為負值負荷處理使模型簡單，計算速度快，同時可以減少系統(tǒng)的運行成本。

[參考文獻]

[1]賈文昭，康重慶，李丹，等.基于日前風功率預測的風電消納能力評估方法[J].電網(wǎng)技術，2012（8）：69-75.

[2]胡夢月，胡志堅，仉夢林，等.基于改進AdaBoost.RT和KELM的風功率預測方法研究[J].電網(wǎng)技術，2017（2）：536-542.

[3]張寧，康重慶，陳治坪，等.基于序列運算的風電可信容量計算方法[J].中國電機工程學報，2011（25）：1-9.

[4]曲翀，王秀麗，謝紹宇，等.不同風速模型和可靠性指標對風電可信容量評估的影響[J].電網(wǎng)技術，2013（10）：2896-2903.

[5]馮園園.基于Kalman濾波算法的狀態(tài)估計及風電機組可靠性建模與優(yōu)化研究[D].北京：北京化工大學，2011.

Optimal dispatching model of distribution network

considering wind power trusted capacity

Zang Yulong

（College of Electrical and Electronic Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130000， China）

Abstract：The trusted capacity of wind power is important to the power system stability. It is the basis of calculating the wind farms trusted capacity accurately and quickly. In this paper， the fluctuation characteristics of wind power and the correlation between wind farm output and wind speed are analyzed. At the same time， an evaluation method of wind power feasible capacity is proposed. Finally， an optimal dispatching model of distribution network considering wind power credible capacity is established. The wind power credible capacity is added to the normal balance， thus ensuring the given reliability level of the system. The simulation results verify that proposed method is correct and effective.

Key words：wind farm capacity; reliability; operating conditions; reliability assessment