一種考慮多風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮多風(fēng)場(chǎng)相關(guān) 性的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題是指在滿(mǎn)足系統(tǒng)功充平衡和相關(guān)運(yùn)行約束的前提條件下， 確定投運(yùn)的各臺(tái)發(fā)電機(jī)組最優(yōu)有功出力方案，使得所求目標(biāo)最優(yōu)，通常是使經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。若 考慮一定周期內(nèi)不同時(shí)間斷面之間相互影響的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，即為電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
[0003] 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題是一個(gè)大規(guī)模、高維、多約束的規(guī)劃問(wèn)題，其數(shù)學(xué)模型表示 如下：
[0006] 式中，目標(biāo)函數(shù)y通常是表示發(fā)電成本，也可以表示購(gòu)電費(fèi)用或排放量等，決策變 量X表示常規(guī)機(jī)組出力，等式約束（19)表示功率平衡約束，不等式約束（20)表示發(fā)電機(jī)組 出力上下限約束、爬坡約束和線路安全約束等。
[0007] 由于風(fēng)能是可再生、無(wú)污染、能量大、前景廣的能源，因而現(xiàn)有電力系統(tǒng)常會(huì)包含 有風(fēng)電機(jī)組，而風(fēng)電具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，風(fēng)電機(jī)組的大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
[0008] 多風(fēng)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)會(huì)給電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型引入風(fēng)場(chǎng)出力這一隨 機(jī)變量，含多風(fēng)電機(jī)組的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度為電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為隨機(jī)規(guī)劃模型，表示如下：
[0011] 其中，決策變量X表示常規(guī)機(jī)組出力，ω表示風(fēng)場(chǎng)出力，式（22)表示與風(fēng)場(chǎng)出力 ω?zé)o關(guān)的約束，式（23)表示與風(fēng)場(chǎng)出力ω相關(guān)的約束。要想準(zhǔn)確求得滿(mǎn)足相關(guān)約束條件 并使得f(x)最小（即使得所求目標(biāo)最優(yōu)）的決策變量X，即求得最優(yōu)的常規(guī)機(jī)組出力，簡(jiǎn)稱(chēng) 最優(yōu)機(jī)組出力，關(guān)鍵在于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確建立，不僅要考慮到某個(gè) 風(fēng)場(chǎng)自身的規(guī)律，也要注意各風(fēng)場(chǎng)彼此間的關(guān)系。
[0012] 現(xiàn)有考慮風(fēng)場(chǎng)出力ω這一隨機(jī)變量的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型建立的方 法主要包括以下三種：預(yù)測(cè)風(fēng)場(chǎng)出力將含風(fēng)場(chǎng)出力這一隨機(jī)變量的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度 數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為確定性模型、利用場(chǎng)景法求出風(fēng)場(chǎng)出力分布的概率模型后建立電力系統(tǒng)動(dòng) 態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型、采用統(tǒng)計(jì)方法求出風(fēng)場(chǎng)出力分布的概率模型后建立電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng) 濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型。其中，預(yù)測(cè)風(fēng)場(chǎng)出力將含風(fēng)場(chǎng)出力這一隨機(jī)變量的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào) 度數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為確定性模型這一方法雖然模型簡(jiǎn)單、計(jì)算快，但受預(yù)測(cè)誤差的影響大，電 力系統(tǒng)的備用容量需增大；利用場(chǎng)景法求出風(fēng)場(chǎng)出力分布的概率模型后建立電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型這一方法的計(jì)算準(zhǔn)確度取決于場(chǎng)景的選取，隨著場(chǎng)景數(shù)的增加，其計(jì)算 速度減慢和內(nèi)存增加，計(jì)算困難，不適應(yīng)大型電力系統(tǒng)；采用統(tǒng)計(jì)方法求風(fēng)場(chǎng)出力分布的概 率模型時(shí)多基于單一風(fēng)場(chǎng)分布（正態(tài)分布等）去擬合風(fēng)場(chǎng)出力分布的概率模型，然后得到 統(tǒng)計(jì)意義上的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型，但該方法不能很好的擬合風(fēng)場(chǎng)出力分布 的概率模型，且該方法側(cè)重研宄單一風(fēng)場(chǎng)的出力規(guī)律，忽視了同一地域間多風(fēng)場(chǎng)之間的相 關(guān)性，進(jìn)而可能導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足功率平衡約束和線路安全約束，所求結(jié)果與實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn) 行情況不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供了一種考慮多風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法，該方法可 以準(zhǔn)確建立電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型且適用于大規(guī)模風(fēng)電接入的電力系統(tǒng)，進(jìn)而可 準(zhǔn)確求得投運(yùn)的各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)有功出力，使得所求目標(biāo)最優(yōu)。
[0014] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0015] 一種考慮多風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的方法，所述方法包括：
[0016] 步驟S1，構(gòu)建使所述電力系統(tǒng)的發(fā)電總?cè)己牧孔钚〉目紤]多種工程實(shí)際約束的多 風(fēng)場(chǎng)接入的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型，包括約束條件和表示發(fā)電總?cè)己牧康哪繕?biāo)函 數(shù)；
[0017] 步驟S2,構(gòu)建二階段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型：二階段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型 由階段一模型和階段二模型組成，階段一模型包括補(bǔ)償目標(biāo)函數(shù)和不與風(fēng)場(chǎng)出力相關(guān)的約 束條件，其中，補(bǔ)償目標(biāo)函數(shù)為步驟Sl模型中目標(biāo)函數(shù)加入與風(fēng)場(chǎng)出力相關(guān)的補(bǔ)償期望 值，補(bǔ)償期望值為補(bǔ)償函數(shù)的期望值，補(bǔ)償函數(shù)為補(bǔ)償量與補(bǔ)償系數(shù)的乘積；階段二模型以 使補(bǔ)償函數(shù)最小為目標(biāo)，在與風(fēng)場(chǎng)出力相關(guān)的約束條件中對(duì)應(yīng)引入補(bǔ)償變量，以引入補(bǔ)償 變量的約束條件為約束條件；
[0018] 步驟S3,選取各風(fēng)場(chǎng)出力的歷史同步數(shù)據(jù)作為隨機(jī)樣本，構(gòu)建基于Copula模型的 各時(shí)段多風(fēng)場(chǎng)出力聯(lián)合分布；
[0019] 步驟S4,對(duì)步驟S3構(gòu)建的多風(fēng)場(chǎng)出力聯(lián)合分布進(jìn)行求導(dǎo)得到多風(fēng)場(chǎng)出力的聯(lián)合 概率密度函數(shù)，并通過(guò)數(shù)值積分的方式求得補(bǔ)償期望值，再將求得的補(bǔ)償期望值代入補(bǔ)償 目標(biāo)函數(shù)中，使得二階段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型由隨機(jī)模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值模型；
[0020] 步驟S5,對(duì)二階段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解：第一階段，階段一模型進(jìn) 行求解，求得滿(mǎn)足階段一模型約束條件的常規(guī)機(jī)組出力并反饋至第二階段；第二階段，對(duì)階 段二模型進(jìn)行求解，求得使補(bǔ)償期望值最小的補(bǔ)償量并反饋至第一階段，然后通過(guò)第一階 段和第二階段的交替迭代，最終求得最優(yōu)機(jī)組出力。
[0021] 由上述可知，本發(fā)明可根據(jù)選取各風(fēng)場(chǎng)出力的歷史同步數(shù)據(jù)作為隨機(jī)樣本構(gòu)建基 于copula函數(shù)的各時(shí)段多風(fēng)場(chǎng)出力聯(lián)合分布，并構(gòu)建基于該多風(fēng)場(chǎng)出力聯(lián)合分布的二階 段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，通過(guò)在步驟Sl模型的目標(biāo)函數(shù)中引入補(bǔ)償期望值并利用積 分求補(bǔ)償期望值從而將隨機(jī)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為數(shù)值模型，從而量化風(fēng)電場(chǎng)隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)所造 成的沖擊，并求得同時(shí)滿(mǎn)足目標(biāo)函數(shù)和該沖擊最小的最優(yōu)機(jī)組出力。本發(fā)明中的二階段帶 補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型不僅考慮到某個(gè)風(fēng)場(chǎng)自身的規(guī)律，還考慮到了各風(fēng)場(chǎng)彼此間的關(guān) 系，因而可確?？紤]多風(fēng)場(chǎng)相關(guān)性的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確建立，進(jìn)而可 準(zhǔn)確求得投運(yùn)的各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)有功出力，使得所求目標(biāo)最優(yōu)。采用二階段帶補(bǔ)償動(dòng) 態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型求解，提高模型求解的準(zhǔn)確性。
[0022] 所述約束條件包括發(fā)電機(jī)出力上下限約束、有功功率平衡約束、常規(guī)機(jī)組上爬坡 約束、常規(guī)機(jī)組下爬坡約束、線路有功潮流約束和斷面約束。保證電力系統(tǒng)得以安全運(yùn)行。
[0023] 所述步驟Sl中的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型為：
[0026] 其中，目標(biāo)函數(shù)f表示發(fā)電總?cè)己牧?，T為調(diào)度周期總的時(shí)段數(shù)，t = 1、2、3···Τ ;N 為常規(guī)機(jī)組的個(gè)數(shù)，i = 1、2、3…N ;式（2)為常規(guī)機(jī)組出力上下限約束，Pgi (t)為常規(guī)機(jī)組 i在時(shí)段t的發(fā)電功率，％，匕和c冷別為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組的耗量特性系數(shù)，EjP ^為常規(guī) 機(jī)組i的有功出力上、下限值；式（3)為有功功率平衡約束，Νω為風(fēng)電機(jī)組的個(gè)數(shù)，j = 1、2、 3···^#)為風(fēng)機(jī)j在時(shí)亥Ij t的有功出力，PLMd(t)為系統(tǒng)在第t時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)值；式 (4)為常規(guī)機(jī)組上爬坡約束，式（5)為常規(guī)機(jī)組下爬坡約束，rdi和r ui分別為常規(guī)機(jī)組i的 向下和向上爬坡率，T6tl為一個(gè)運(yùn)行時(shí)段lh，即60min ;式（6)為線路有功潮流約束，Pmn(t)為 支路mn在時(shí)段t的實(shí)際有功傳輸量，由直流潮流法求得，為線路有功傳輸上限；式（7) 為斷面約束
為t時(shí)刻斷面s的有功潮流代數(shù)和，S1為斷面s所包含的的支路數(shù)， k = 1，2, 3-Sp Ps，k(t)為斷面s所包含的第k條支路在時(shí)刻t的有功傳輸量，PcutW為斷 面s的有功傳輸上限，Ns為電網(wǎng)所包含的斷面總數(shù)。
[0027] 所述步驟S2中二階段帶補(bǔ)償動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的階段一模型為：
[0028] min f' = f+EQ(x, ω) (8)
[0030] 其中，式⑶中f'為補(bǔ)償目標(biāo)函數(shù)，EQ(x，ω)為補(bǔ)償期望值，χ表示常規(guī)機(jī)組出 力，ω表示風(fēng)場(chǎng)出力，Q( x，ω)為補(bǔ)償函數(shù)，所述階段二模型為：
[0031] min Q(x, ω) = q(〇)y(o) (12)
[0033] 其中，q(?)為補(bǔ)償系數(shù)，γ(ω)為補(bǔ)償量，p、Ul、u2為補(bǔ)償變量， PeRTX1，UieR1X1， % e #'sXl，且 u" U2彡 0, y (ω) = (p，u u2)T，q(〇) = (qp(co)，（qul (ω)，qu2(co)))， qp(?) e RTX1，qul(?) e R1X1，e 0xl，I表示整個(gè)電力系統(tǒng)包含的支路數(shù)。準(zhǔn)確構(gòu) 建考慮多風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)場(chǎng)出力的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度數(shù)學(xué)模型。
[0034