計(jì)及電解鋁負(fù)荷需求側(cè)響應(yīng)的風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰研究

張 斌, 司大軍, 李 凡, 何金定, 剡文林, 牛 濤

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093; 2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司, 云南 昆明 650011; 3.重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院, 重慶 400044)

1 引言

近年來(lái),隨著世界各國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的廣泛關(guān)注,增加風(fēng)電、光伏等新能源的裝機(jī)容量成為了解決環(huán)境污染和化石能源不足等問(wèn)題的主要方法[1,2]。然而,風(fēng)電等新能源的并網(wǎng)也為電網(wǎng)的調(diào)峰提出了更高的要求。由于風(fēng)電的出力具有明顯的不確定性、波動(dòng)性和反調(diào)峰特性,往往使得電網(wǎng)的下調(diào)峰能力不足,造成嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn)象[3-5]。相較于安裝儲(chǔ)能設(shè)備調(diào)峰等手段,發(fā)掘負(fù)荷側(cè)的調(diào)度潛力,通過(guò)需求響應(yīng)措施引導(dǎo)用戶調(diào)整用電行為,避免了沉重的經(jīng)濟(jì)投入和冗長(zhǎng)的建設(shè)周期,是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的方法。

當(dāng)前,已有眾多學(xué)者圍繞不同類型負(fù)荷、不同響應(yīng)方式展開(kāi)了研究,并取得了一定的成果。其中,文獻(xiàn)[6]中討論了多類型柔性負(fù)荷的調(diào)度作用,說(shuō)明柔性負(fù)荷能夠有效改善電網(wǎng)電能供給壓力;文獻(xiàn)[7,8]建立了一種通過(guò)負(fù)荷對(duì)電價(jià)的響應(yīng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的負(fù)荷調(diào)度方案,顯著提高了負(fù)荷側(cè)響應(yīng)并參與電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的積極性;文獻(xiàn)[9]則從市場(chǎng)角度分析了大工業(yè)負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)節(jié)中能夠起到的作用;文獻(xiàn)[10]綜合考慮計(jì)算效率、實(shí)時(shí)電價(jià)信息和電網(wǎng)調(diào)度需求,分別設(shè)計(jì)了集中式和分布式協(xié)同調(diào)度框架。上述文獻(xiàn)大多只考慮了電網(wǎng)側(cè)與負(fù)荷側(cè)的協(xié)調(diào)調(diào)度策略,忽略了企業(yè)和用戶側(cè)的生產(chǎn)隱私性。

在眾多可調(diào)度柔性負(fù)荷中,以高載能企業(yè)為代表的大工業(yè)負(fù)荷的調(diào)度潛力最為巨大。考慮到我國(guó)西北地區(qū)和西南地區(qū)具有豐富的風(fēng)電、水電資源和眾多高載能企業(yè)的情況,若能將高載能負(fù)荷納入調(diào)峰體系中,通過(guò)激勵(lì)機(jī)制引導(dǎo)其參與新能源消納,能夠有效地緩解電網(wǎng)的調(diào)峰壓力[11]。電解鋁、水電硅等高載能負(fù)荷具有用電量大、用電成本占總生產(chǎn)成本比重高、自備電廠易于連續(xù)調(diào)節(jié)等特點(diǎn),具有可觀的調(diào)度潛力。當(dāng)前已有學(xué)者圍繞著電解鋁負(fù)荷建模和用電行為刻畫展開(kāi)研究。文獻(xiàn)[12]建立了電解鋁負(fù)荷的運(yùn)行-停運(yùn)數(shù)學(xué)模型,對(duì)電網(wǎng)和負(fù)荷的調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行迭代優(yōu)化求解;文獻(xiàn)[13]對(duì)于電解鋁企業(yè)的生產(chǎn)流程進(jìn)行了研究分析,建立了企業(yè)內(nèi)部每一生產(chǎn)階段詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型;文獻(xiàn)[14]詳細(xì)建立了電解鋁負(fù)荷與風(fēng)電交互的控制模型,但該模型過(guò)于復(fù)雜,難以計(jì)算。

同時(shí),為引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)參與調(diào)峰,電網(wǎng)側(cè)通常會(huì)制定一些經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償措施和電價(jià)優(yōu)惠策略,引導(dǎo)企業(yè)側(cè)自主調(diào)節(jié)出力。文獻(xiàn)[15]提出提高峰時(shí)電價(jià)的方法,對(duì)在高峰時(shí)期持續(xù)用電的企業(yè)進(jìn)行懲罰,并將懲罰所得補(bǔ)償給在該時(shí)段內(nèi)減少用電的用戶,這在一定程度上增強(qiáng)了系統(tǒng)的調(diào)峰能力。文獻(xiàn)[16,17]以電網(wǎng)收益最大化為目標(biāo),調(diào)整峰谷電價(jià),在不同的電價(jià)方案下制定多種用戶補(bǔ)償曲線,并從中求得最優(yōu)解。

綜上所述,只有建立詳細(xì)的電解鋁負(fù)荷數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)合理可行的電解鋁企業(yè)參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的機(jī)制,在保證電解鋁企業(yè)生產(chǎn)隱私的前提下,考慮多電解鋁企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系和議價(jià)能力,合理分配協(xié)同調(diào)度利益,電解鋁企業(yè)才有足夠的積極性參與系統(tǒng)調(diào)峰,實(shí)現(xiàn)多方共贏。

2 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)調(diào)峰的影響

2.1 風(fēng)電出力特征分析

(1)隨機(jī)性:由于天氣等環(huán)境因素的影響,風(fēng)電機(jī)組的出力具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。在一年中的不同時(shí)間內(nèi),風(fēng)電機(jī)組的出力可能接近于0,也可能接近于額定功率,難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

(2)波動(dòng)性:在同一天中,風(fēng)電的出力也具有明顯的波動(dòng)性,相鄰時(shí)段內(nèi)的出力會(huì)產(chǎn)生大幅的變化。

(3)反調(diào)峰性:在對(duì)風(fēng)電并入電網(wǎng)后的特性進(jìn)行研究時(shí),通常將風(fēng)電的出力看作負(fù)荷,與電網(wǎng)的常規(guī)負(fù)荷相疊加,最后得到一個(gè)等效負(fù)荷。風(fēng)力資源的大小情況與實(shí)際負(fù)荷的峰谷情況在時(shí)間上通常是相反的,即風(fēng)力資源在夜間較為豐富,電網(wǎng)負(fù)荷需求大多集中在白天。因此在大量風(fēng)電并網(wǎng)后,電網(wǎng)等效負(fù)荷的變化趨勢(shì)會(huì)變得更加陡峭,削弱了電網(wǎng)的調(diào)峰能力,這種特性被稱作反調(diào)峰特性。

2.2 風(fēng)電并網(wǎng)調(diào)峰需求分析

圖1展示了風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰需求的示意圖。通常情況下,系統(tǒng)的負(fù)荷在夜晚時(shí)間段內(nèi)較低,電網(wǎng)能夠通過(guò)關(guān)閉機(jī)組或者減小機(jī)組出力以維持系統(tǒng)功率平衡。但是,當(dāng)風(fēng)電機(jī)組大量接入電網(wǎng)后,其反調(diào)峰特性的存在會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在夜間的等效負(fù)荷進(jìn)一步降低,而電網(wǎng)常規(guī)機(jī)組存在調(diào)峰下限的約束,因此僅通過(guò)調(diào)節(jié)常規(guī)機(jī)組的出力無(wú)法保證源荷功率的平衡。為了使得系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行,需要通過(guò)增加棄風(fēng)量來(lái)維持系統(tǒng)功率的平衡,這造成了風(fēng)電資源的極大浪費(fèi)。

圖1 風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰需求Fig.1 Wind power grid-connected demand for grid peak regulation

3 電解鋁負(fù)荷-電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度模型

3.1 電解鋁負(fù)荷生產(chǎn)模型

對(duì)于電解鋁負(fù)荷來(lái)說(shuō),其數(shù)學(xué)模型主要包括兩部分—電解槽生產(chǎn)模型和自備電廠機(jī)組出力模型。通過(guò)調(diào)整電解槽功率和自備電廠機(jī)組出力,響應(yīng)系統(tǒng)側(cè)的調(diào)峰指令。電解槽生產(chǎn)模型主要包括功率約束、功率爬坡約束、調(diào)節(jié)時(shí)間約束和產(chǎn)量約束,具體的數(shù)學(xué)表達(dá)如式(1)～式(4)所示。

電解槽功率上下限約束:

Pload,min,j≤Pload,j,t≤Pload,max,j

(1)

式中,Pload,min,j和Pload,max,j分別為第j臺(tái)電解槽生產(chǎn)所允許的最小功率和最大功率;Pload,j,t為第j臺(tái)電解槽在t時(shí)刻的實(shí)際功率。

電解槽功率爬坡約束:

Rload,down≤Pload,j,t-Pload,j,t-1≤Rload,up

(2)

式中,Rload,down、Rload,up分別為電解槽的爬坡功率下限和上限。負(fù)荷功率調(diào)節(jié)爬坡約束表示電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中負(fù)荷功率調(diào)整速率約束。

由于鋁電解槽的頻繁調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致槽內(nèi)氧化還原反應(yīng)不穩(wěn)定,最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為此,本文設(shè)置電解槽調(diào)節(jié)時(shí)間約束:

(3)

式中,Zj,t為t時(shí)刻第j臺(tái)電解槽功率調(diào)整標(biāo)志位,當(dāng)其取值為1時(shí),表示在此時(shí)刻電解槽功率進(jìn)行了調(diào)整,當(dāng)其取值為0時(shí),表示此時(shí)刻的電解槽功率維持不變;Tj,on為維持第j臺(tái)電解槽的功率保持不變的最小時(shí)間;M為一個(gè)數(shù)值很大的常數(shù);T為調(diào)度的總小時(shí)數(shù)。

產(chǎn)量約束:

(4)

式中,J為電解鋁廠內(nèi)電解槽個(gè)數(shù);EN為產(chǎn)量最小要求;k為噸鋁能耗值,這里取值為12.75 MW/tAl。

為了降低生產(chǎn)成本,電解鋁企業(yè)往往建有自備電廠。自備電廠中的機(jī)組出力模型與電力系統(tǒng)機(jī)組組合模型類似,需要考慮自備電廠機(jī)組出力約束、機(jī)組出力爬坡約束、購(gòu)售電功率傳輸約束和功率平衡約束。

自備電廠機(jī)組出力約束:

ugen,iPgen,min,i≤Pgen,i,t≤ugen,iPgen,max,i

(5)

式中,Pgen,min,i、Pgen,max,i分別為自備電廠中第i臺(tái)機(jī)組的最小和最大出力限制;Pgen,i,t為自備電廠中第i臺(tái)機(jī)組的實(shí)際出力;ugen,i為第i臺(tái)機(jī)組啟停狀態(tài)的0、1變量,當(dāng)其取值為1時(shí),表示機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)其取值為0時(shí),表示機(jī)組處于停運(yùn)狀態(tài)。

自備電廠機(jī)組出力爬坡約束:

Rgen,i,down≤Pgen,i,t-Pgen,i,t-1≤Rgen,i,up

(6)

式中,Rgen,i,down、Rgen,i,up分別為自備電廠中第i臺(tái)機(jī)組的爬坡下限和上限。

購(gòu)售電功率傳輸約束:

(7)

式中,Pbuy,t、Psell,t分別為電解鋁企業(yè)在t時(shí)刻從電網(wǎng)中的購(gòu)電量和售電量;Ptie為聯(lián)絡(luò)線允許傳輸?shù)墓β首畲笾怠?/p>

功率平衡約束:

(8)

式中,I為自備電廠中機(jī)組的個(gè)數(shù);xt為購(gòu)售電的狀態(tài)標(biāo)志位,當(dāng)其取值為1時(shí),表示電解鋁廠從電網(wǎng)中購(gòu)電,當(dāng)其取值為0時(shí),表示電解鋁廠向電網(wǎng)中售電。本文中購(gòu)電和售電狀態(tài)不能同時(shí)發(fā)生。

3.2 電網(wǎng)側(cè)調(diào)度模型

在包含電解鋁企業(yè)的電網(wǎng)日前調(diào)度中,需考慮系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的出力約束、發(fā)電機(jī)出力爬坡約束、源荷不確定性約束、功率平衡等約束。

發(fā)電機(jī)組出力約束:

uGEN,tPGEN,min,j≤PGEN,j≤PGEN,max,juGEN,i

(9)

式中,PGEN,j為電力系統(tǒng)中第j臺(tái)機(jī)組的實(shí)際出力;PGEN,min,j、PGEN,max,j分別為發(fā)電機(jī)j允許的最小和最大出力;uGEN,t為電網(wǎng)中機(jī)組狀態(tài)標(biāo)識(shí)符,具體定義方式與式(5)類似,這里不再詳細(xì)闡述。

發(fā)電機(jī)組出力爬坡約束:

RGEN,down,j≤PGEN,j,t-PGEN,j,t-1≤RGEN,up,j

(10)

式中,RGEN,up,j、RGEN,down,j分別為機(jī)組j的爬坡上下限。

由于風(fēng)電出力和負(fù)荷用電功率的不確定性,很難寫出準(zhǔn)確的功率平衡約束和旋轉(zhuǎn)備用約束。為此,本文采用模糊機(jī)會(huì)約束刻畫源荷雙端的不確定性。風(fēng)電出力和負(fù)荷用電功率的模糊參數(shù)對(duì)于原出力模糊集的隸屬函數(shù)可使用梯形函數(shù)來(lái)表示,具體的數(shù)學(xué)表達(dá)如下所示:

(11)

式中,PWG1、PWG2、PWG3、PWG4為隸屬度參數(shù),可根據(jù)式(12)計(jì)算得到:

PWGi=wiPpre

(12)

式中,wi為比例系數(shù),具體值可根據(jù)風(fēng)電出力以及負(fù)荷功率的歷史數(shù)據(jù)來(lái)確定;Ppre為風(fēng)電機(jī)組或負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)值。引入借助模糊數(shù)學(xué)理論中的清晰等價(jià)類條件,可以將系統(tǒng)的功率平衡約束和旋轉(zhuǎn)備用約束等價(jià)寫成式(13)、式(14)。

(13)

(14)

式中,NGEN為全體高載能企業(yè)自備機(jī)組集合;D為系統(tǒng)中除電解鋁企業(yè)外其他負(fù)荷節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);PWind,t為t時(shí)刻系統(tǒng)中風(fēng)電的出力;Pd,t為t時(shí)刻系統(tǒng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)d的功率;a為置信度。

3.3 協(xié)同調(diào)度框架設(shè)計(jì)

電解鋁企業(yè)作為高載能企業(yè),其產(chǎn)量、生產(chǎn)信息和成品售價(jià)屬于企業(yè)隱私,因此其自備電廠和發(fā)電負(fù)荷一般不直接接入電力系統(tǒng)控制中心,電力系統(tǒng)無(wú)法直接控制電解鋁負(fù)荷。為了高效協(xié)調(diào)電解鋁負(fù)荷-電網(wǎng),本文設(shè)計(jì)了多級(jí)信息交互系統(tǒng)。在第一階段,電網(wǎng)側(cè)根據(jù)風(fēng)電的預(yù)測(cè)出力和負(fù)荷的預(yù)測(cè)功率,以棄風(fēng)量最小為目標(biāo),計(jì)算得到需要電解鋁企業(yè)協(xié)助消納的電量信息,并將此電量信息發(fā)送給參與響應(yīng)的各電解鋁企業(yè);然后,借鑒魯棒優(yōu)化的思想,引入功率松弛因子v+和v-,將功率平衡方程式(8)松弛為式(15)所示形式。

(15)

(16)

當(dāng)接收到電解鋁企業(yè)反饋功率松弛因子的值后,電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)電計(jì)劃調(diào)整。具體地,當(dāng)反饋的v+和v-的數(shù)值為0時(shí),表示電解鋁企業(yè)可以完全響應(yīng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)送的購(gòu)售電功率調(diào)整指令;當(dāng)v+的值為正時(shí),表示電網(wǎng)側(cè)發(fā)送的購(gòu)售電功率調(diào)整值太大,電解鋁企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn),需要電網(wǎng)調(diào)度中心在期望購(gòu)售電信息的基礎(chǔ)上減去v+的值;v-的值非零時(shí),電網(wǎng)側(cè)的處理方法類似。

另一方面,電解鋁企業(yè)屬于典型的利益驅(qū)動(dòng)型企業(yè),當(dāng)引導(dǎo)其參與電力系統(tǒng)調(diào)峰時(shí),需要給予一定的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)?？紤]到我國(guó)對(duì)新能源發(fā)電的補(bǔ)貼,電解鋁企業(yè)參與新能源消納后,電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)收入增加,可將此部分新增的經(jīng)濟(jì)收入作為電網(wǎng)-電解鋁企業(yè)的利益分配對(duì)象。本文采用納什合作博弈模型式(17)、式(18)進(jìn)行利益分配。

(17)

(18)

4 算例驗(yàn)證

為了說(shuō)明本文所提方法的有效性和可行性,本文采用改進(jìn)的IEEE-30節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行算例驗(yàn)證,系統(tǒng)中接入兩個(gè)電解鋁企業(yè),其中電解鋁企業(yè)1接在節(jié)點(diǎn)3處,電解鋁企業(yè)2接在節(jié)點(diǎn)21處。每個(gè)電解鋁企業(yè)均由一個(gè)電解槽和一個(gè)自備電廠構(gòu)成,自備電廠中包含兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率最大值為180 MW。電解鋁企業(yè)詳細(xì)的設(shè)備和分時(shí)電價(jià)信息見(jiàn)表1～表3。模糊參數(shù)的選取見(jiàn)表4。模糊機(jī)會(huì)約束的置信度a取值為0.6。

表1 電解鋁企業(yè)1的詳細(xì)信息Tab.1 Details of electrolytic aluminum enterprise 1

表2 電解鋁企業(yè)2的詳細(xì)信息Tab.2 Details of electrolytic aluminum enterprise 2

表3 分時(shí)電價(jià)信息Tab.3 Time of use price information

表4 模糊參數(shù)信息Tab.4 Fuzzy parameter information

同時(shí),為了更加直觀地說(shuō)明,本文設(shè)置了兩個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比:場(chǎng)景1:初始場(chǎng)景下,電解鋁企業(yè)僅根據(jù)分時(shí)電價(jià),以生產(chǎn)用電成本最小為目標(biāo)制定購(gòu)售電計(jì)劃和自備電廠出力方案。場(chǎng)景2:協(xié)同調(diào)度場(chǎng)景下,電解鋁企業(yè)按照本文所提方法展開(kāi)調(diào)度。

4.1 電解鋁企業(yè)用電行為分析

圖2展示了兩個(gè)場(chǎng)景下電解鋁企業(yè)的購(gòu)電信息。在初始場(chǎng)景下,電解鋁企業(yè)在電價(jià)低的時(shí)段從電網(wǎng)中購(gòu)電,在電價(jià)高的時(shí)段減少購(gòu)電量。同時(shí),由于風(fēng)電出力的波動(dòng)性,可以發(fā)現(xiàn)協(xié)同調(diào)度下的電解鋁企業(yè)的購(gòu)售電曲線調(diào)整更加頻繁,實(shí)現(xiàn)快速跟蹤風(fēng)電出力變化,協(xié)助系統(tǒng)消納風(fēng)電。

圖2 不同場(chǎng)景下電解鋁企業(yè)購(gòu)售電曲線對(duì)比Fig.2 Comparison of purchase and sale curves of electrolytic aluminum enterprises under different scenarios

圖3展示了企業(yè)內(nèi)部自備電廠和電解槽的功率變化情況。觀察圖3(a)和圖3(b)可知,電解鋁企業(yè)增加了在風(fēng)電出力較大時(shí)段或者本地其他負(fù)荷用電功率較小時(shí)段的購(gòu)電量。在分時(shí)電價(jià)下,電解鋁企業(yè)內(nèi)部的電解槽的功率調(diào)整次數(shù)較少,同時(shí)在低電價(jià)的凌晨時(shí)段,電解鋁企業(yè)將生產(chǎn)任務(wù)集中在此時(shí)段,電解槽維持在較高功率水平,實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)。但是不容忽略的是,分時(shí)電價(jià)作為一種靜態(tài)的電價(jià)機(jī)制,無(wú)法有效反映每時(shí)刻的風(fēng)電-負(fù)荷供需信息,導(dǎo)致電價(jià)信息與風(fēng)電出力信息不匹配,在某些嚴(yán)重情況下,甚至?xí)霈F(xiàn)電價(jià)高的時(shí)段大量風(fēng)電由于系統(tǒng)調(diào)峰能力不足而白白浪費(fèi)的現(xiàn)象。

圖3 不同場(chǎng)景下電解鋁企業(yè)設(shè)備功率對(duì)比Fig.3 Comparison of equipment power in electrolytic aluminum enterprises under different scenarios

本文中提出的電網(wǎng)-多電解鋁企業(yè)協(xié)同調(diào)度模型能有效解決這一問(wèn)題。如圖3(c)和圖3(d)所示,在協(xié)同調(diào)度機(jī)制下,電解槽的功率調(diào)整更加頻繁,以響應(yīng)風(fēng)電功率出力的波動(dòng)性。在場(chǎng)景1下,系統(tǒng)的棄風(fēng)率為12.7%;而在場(chǎng)景2下,由于電解鋁企業(yè)參與協(xié)同調(diào)度,系統(tǒng)棄風(fēng)率降低為3.5%,提高風(fēng)電消納量9.2%。

可以發(fā)現(xiàn),電解槽在某些電價(jià)高的時(shí)段增加了用電量,這將導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)成本增加,如果不給予一定的利益補(bǔ)償,電解鋁企業(yè)經(jīng)營(yíng)者將不會(huì)參與協(xié)同調(diào)度。這也說(shuō)明了引入納什合作博弈利益分配模型的必要性,詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析將在4.2節(jié)中給出。

4.2 納什合作博弈利益分配結(jié)果分析

在開(kāi)展利益分配時(shí),首先需要計(jì)算電網(wǎng)的總收益。在本文中,電網(wǎng)的總收益主要包括兩個(gè)部分,即售電收益和新能源消納補(bǔ)貼。圖4展示了不同單位風(fēng)電消納補(bǔ)貼下的電網(wǎng)收益。電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)收入隨著單位風(fēng)電消納補(bǔ)貼的增加而增加。

圖4 不同場(chǎng)景下電網(wǎng)收益情況Fig.4 Revenue of power grid under different scenarios

同時(shí),本文主要采用清晰等價(jià)類處理源荷不確定性相關(guān)的模糊機(jī)會(huì)約束,置信度a的取值表征著電網(wǎng)控制中心對(duì)不確定性的包容度。為了量化置信度設(shè)置水平對(duì)系統(tǒng)風(fēng)電消納和收益的影響,本文選取單位風(fēng)電消納補(bǔ)貼為350元/MW,算例結(jié)果如圖5所示。

圖5 置信度水平的影響分析Fig.5 Influence analysis of confidence level

觀察圖5可知,隨著置信度水平的不斷提高,電網(wǎng)的棄風(fēng)率不斷降低,但是電網(wǎng)的新增經(jīng)濟(jì)收入也隨之降低,這是因?yàn)闉榱吮ＷC功率平衡和備用約束在此置信度水平下成立,電力系統(tǒng)需要預(yù)留更多的備用,這導(dǎo)致了電網(wǎng)收入的降低。這就對(duì)系統(tǒng)控制中心決策者提出了要求,決策者需要在棄風(fēng)和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)收入間取得一定的平衡,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的最優(yōu)。

最后,本文采用遺傳算法求解納什合作博弈利益分配模型式(17)、式(18)。各電解鋁企業(yè)的議價(jià)能力指標(biāo)dn取值為1.2和1.5。最終納什合作博弈利益分配結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 納什博弈利益分配結(jié)果Tab.5 Benefit distribution result of Nash game

由表5的納什合作博弈利益分配結(jié)果可知,電解鋁槽企業(yè)2的利益分配金額最大,這主要是由以下兩點(diǎn)原因造成的:①相較于電網(wǎng),電解鋁企業(yè)通過(guò)增加在部分高電價(jià)時(shí)段的購(gòu)電量,協(xié)助系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)電消納,電解鋁企業(yè)1增加運(yùn)行成本127 531.4元,電解鋁企業(yè)2增加運(yùn)行成本222 446.8元,按照公平、公正的分配原則,電解鋁企業(yè)2為新能源消納和電網(wǎng)營(yíng)收提高貢獻(xiàn)最大,因此按照納什合作博弈模型,電解鋁企業(yè)2所得的補(bǔ)償額度最大;②電解鋁企業(yè)1和電解鋁企業(yè)2的議價(jià)能力指標(biāo)dn取值為1.2和1.5,則電解鋁企業(yè)2的議價(jià)能力更強(qiáng),所得利益更多。

同時(shí)需要說(shuō)明的是,各電解鋁企業(yè)在根據(jù)納什合作博弈模型進(jìn)行利益分配時(shí),只需上報(bào)協(xié)同調(diào)度框架下的新增運(yùn)行成本,不需要上報(bào)相關(guān)的產(chǎn)量信息和用電信息,有效地避免了商業(yè)隱私泄露現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)論

電解鋁企業(yè)用電量大,且往往建有自備電廠,具有顯著的調(diào)度靈活性。通過(guò)算例分析,可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)通過(guò)發(fā)掘電解鋁企業(yè)的調(diào)峰潛力,可以有效提高系統(tǒng)對(duì)新能源的消納水平,降低系統(tǒng)棄風(fēng)15%～20%。

(2)通過(guò)納什合作博弈模型進(jìn)行利益分配,能夠在保證電解鋁企業(yè)生產(chǎn)隱私的情況下,貫徹公平、公正合理的利益分配原則,保障參與協(xié)同調(diào)度各方的既得利益,實(shí)現(xiàn)多方共贏。

本文考慮的是靜態(tài)分時(shí)電價(jià)下的高載能企業(yè)調(diào)度方式,隨著我國(guó)電力市場(chǎng)機(jī)制的不斷完善,節(jié)點(diǎn)電價(jià)正在逐漸普及,如何在節(jié)點(diǎn)電價(jià)下實(shí)現(xiàn)高載能最優(yōu)調(diào)度的快速收斂是未來(lái)潛在的研究方向。同時(shí),本文只考慮了單一類型的高載能企業(yè)的調(diào)度,未來(lái)可以考慮多類型高載能企業(yè),如電解鋁、鋼鐵冶煉、水電硅等,建立多類型負(fù)荷調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和利益分配模型。