一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方法，具體設(shè)及一種最優(yōu)日前備用容量的確定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)能作為一種無污染的可再生能源得到了快速的發(fā)展。然而大規(guī)模風(fēng)電 并網(wǎng)后，由于風(fēng)電出力的間歇性、波動(dòng)性和不可控性，風(fēng)電場(chǎng)提供給調(diào)度部口風(fēng)電功率預(yù)測(cè) 曲線與實(shí)際的風(fēng)電出力曲線存在較大的誤差，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要增加備用 容量來應(yīng)對(duì)因預(yù)測(cè)誤差引起的功率差額，但該大大增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
[0003] 另外，負(fù)荷不確定性和傳統(tǒng)機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。 并且隨著需求響應(yīng)項(xiàng)目的實(shí)施，用戶側(cè)基于電價(jià)或激勵(lì)所做出的響應(yīng)行為也存在不確定 性，該使得負(fù)荷的不確定來源除了預(yù)測(cè)精度有限帶來的預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的偏差外，還包括 用戶側(cè)需求響應(yīng)的不確定。
[0004] 系統(tǒng)備用容量是在保證供應(yīng)的系統(tǒng)負(fù)荷之外的備用容量，是用W滿足除了在每小 時(shí)需要調(diào)整的計(jì)劃系統(tǒng)負(fù)荷外的隨時(shí)變化的負(fù)荷波動(dòng)，W及負(fù)荷預(yù)計(jì)誤差、設(shè)備的意外停 運(yùn)和風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差等所需的額外有功容量。為保證電力系統(tǒng)在出現(xiàn)設(shè)備故障、機(jī)組檢修、負(fù) 荷波動(dòng)等情況下仍能正常運(yùn)行，系統(tǒng)必須預(yù)留一定的備用容量，來提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 和經(jīng)濟(jì)性，W保證系統(tǒng)在受到一定范圍的擾動(dòng)時(shí)，平穩(wěn)的過渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。電力系 統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)備用容量的大小有著密切的聯(lián)系，備用容量過小會(huì)增大停電風(fēng)險(xiǎn)，可能造 成嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，備用容量足夠大則可W降低停電風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)可能造成資源的浪 費(fèi)。
[0005] 在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通常在電力系統(tǒng)調(diào)度 中預(yù)留一定的備用容量。我國(guó)《電力系統(tǒng)穩(wěn)定導(dǎo)則》下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》）規(guī)定，備用容量為 最大負(fù)荷的10%或最大機(jī)組容量。然而"負(fù)荷百分比"和"最大單機(jī)容量"該樣的確定性旋 轉(zhuǎn)備用準(zhǔn)則無法反映元件隨機(jī)停運(yùn)、負(fù)荷、風(fēng)電出力等不確定因素的影響，并且很難滿足風(fēng) 電并網(wǎng)規(guī)模日益增大的電力系統(tǒng)，同時(shí)不具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
[0006] 綜合考慮各種不確定因素的影響，制定合理的系統(tǒng)備用容量配置方法，在保證系 統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，是目前電網(wǎng)和調(diào)度十分關(guān)屯、的問題。國(guó)內(nèi)外對(duì)系統(tǒng)不 確定因素對(duì)備用容量的影響已有一些研究，但存在W下問題；沒有全面地考慮負(fù)荷（包括 負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)）、風(fēng)電及傳統(tǒng)機(jī)組停運(yùn)等不確定因素；僅研究抵御失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)的正備用， 而忽略了實(shí)際風(fēng)電功率過高所需的負(fù)備用；僅從系統(tǒng)可靠性或經(jīng)濟(jì)性單方面考慮系統(tǒng)備用 容量的確定，未做到兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法， 本發(fā)明綜合考慮負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差、用戶側(cè)需求響應(yīng)不確定性、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)偏差及機(jī)組強(qiáng)迫 停運(yùn)等因素，最小化失負(fù)荷成本/切風(fēng)成本和備用獲取成本，從安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面確 定電力系統(tǒng)正負(fù)備用容量。本發(fā)明提供一套更為科學(xué)與全面地系統(tǒng)備用確定方法，為電力 系統(tǒng)調(diào)度、運(yùn)行控制人員提供快速判別系統(tǒng)日前備用容量的方法，為電力系統(tǒng)調(diào)度人員根 據(jù)系統(tǒng)要求合理地安排備用提供理論依據(jù)，確保電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。
[000引為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0009] -種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，所述方法包括如下步驟：
[0010] (1)分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計(jì)及需求響應(yīng)的負(fù)荷、風(fēng)電和傳 統(tǒng)機(jī)組的不確定數(shù)學(xué)模型；
[0011] (2)確定供電裕度概率分布函數(shù)；
[0012] (3)通過失負(fù)荷成本、切風(fēng)懲罰指標(biāo)和正負(fù)備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備 用容量。
[0013] 優(yōu)選的，所述負(fù)荷的不確定數(shù)學(xué)模型通過日前負(fù)荷預(yù)測(cè)和基于電價(jià)的需求響應(yīng)量 來確定；
[0014] 所述日前負(fù)荷預(yù)測(cè)是基于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，運(yùn)用負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)未來24小時(shí)的 負(fù)荷值，負(fù)荷預(yù)測(cè)存在偏差，由下式表示
[00巧]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計(jì)及需求響應(yīng)的負(fù)荷、風(fēng)電和傳統(tǒng)機(jī) 組的不確定數(shù)學(xué)模型； (2) 確定供電裕度概率分布函數(shù)； (3) 通過失負(fù)荷成本、切風(fēng)懲罰指標(biāo)和正負(fù)備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備用容 量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述負(fù)荷的不確定數(shù)學(xué)模型通過日前負(fù)荷 預(yù)測(cè)和基于電價(jià)的需求響應(yīng)量來確定； 所述日前負(fù)荷預(yù)測(cè)是基于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，運(yùn)用負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)未來24小時(shí)的負(fù)荷 值，負(fù)荷預(yù)測(cè)存在偏差，由下式表示 K=1Z +￡1 ⑴ 式中Ita為實(shí)際負(fù)荷；L \為預(yù)測(cè)負(fù)荷；4為負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差，該偏差為服從均值為0、方 差為(<)2的正態(tài)分布的隨機(jī)變量；標(biāo)準(zhǔn)方差由下式計(jì)算 (7：=^,/100 C2) 式中k為與預(yù)測(cè)方法的精度有關(guān)的參數(shù)； 所述基于電價(jià)的需求響應(yīng)量是指考慮峰平谷電價(jià)的實(shí)施，在預(yù)測(cè)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，各時(shí) 段負(fù)荷發(fā)生的轉(zhuǎn)移量，轉(zhuǎn)移量按彈性矩陣計(jì)算：
其中，Efn，m、Epn，m、E gn，m分別為分時(shí)電價(jià)下第n個(gè)用戶第m天峰、平、谷時(shí)段的總用電量； Efn，/、Epn，m' Jgn，/分別為僅實(shí)施統(tǒng)一電價(jià)情況下，第n個(gè)用戶第m天峰、平、谷時(shí)段的總 用電量；Pf、P p、P#別為峰、平、谷時(shí)段對(duì)應(yīng)的峰、平、谷電價(jià)；e f、^分別為居民用戶 峰、平、谷時(shí)段的自彈性系數(shù)，當(dāng)無平時(shí)段時(shí)，％=〇, e fp、efg、epf、epg、egf、E gp分別為 峰-平、峰-谷、平-峰、平-谷、谷-峰、谷平交叉彈性系數(shù)，當(dāng)無平時(shí)段時(shí)，efp= epf = ePg= e gp= °°
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，風(fēng)電的不確定模型主要考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)精度 有限帶來的預(yù)測(cè)偏差，實(shí)際風(fēng)電出力表示為： ⑷ 式中為實(shí)際風(fēng)電出力；巧為日前預(yù)測(cè)風(fēng)電出力；4為風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差，該偏差為服 從均值為0、方差為(h.)2的正態(tài)分布的隨機(jī)變量，該標(biāo)準(zhǔn)方差由下式計(jì)算：
式中：W1S風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，建立傳統(tǒng)機(jī)組的不確定模型步驟如下： A、 得到單臺(tái)機(jī)組容量停運(yùn)表； B、 通過卷積定理求解所有傳統(tǒng)機(jī)組的容量停運(yùn)表； C、 由容量停運(yùn)表得到傳統(tǒng)機(jī)組最大供電能力分布表，即建立傳統(tǒng)機(jī)組的不確定模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟（2)中將負(fù)荷、風(fēng)電和傳統(tǒng)機(jī)組三 個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行卷積，得到供電裕度的概率分布函數(shù)：
式中W為風(fēng)電出力變量，w為風(fēng)電出力變量；G為傳統(tǒng)機(jī)組最大供電能力變量，g為傳統(tǒng) 機(jī)組最大供電能力變量；L為負(fù)荷變量，1為負(fù)荷變量;M為系統(tǒng)供電裕度，m為系統(tǒng)供電裕 度變量；M = W+G+(-L);這里W，G，L是三維隨機(jī)變量，且相互獨(dú)立，M仍為隨機(jī)變量；PW (W = w)為風(fēng)電出力概率分布函數(shù)，Pe(G = g)為傳統(tǒng)機(jī)組出力概率分布函數(shù)，PJL = 1)為負(fù)荷 概率分布函數(shù)； 供電裕度大于零，說明系統(tǒng)能滿足負(fù)荷需求；供電裕度小于零，發(fā)電系統(tǒng)不能完全滿足 負(fù)荷的需求，出現(xiàn)電力供應(yīng)不足的情況。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟（3)中優(yōu)化正負(fù)備用容量的目標(biāo)函 數(shù)和約束條件如下： 目標(biāo)函數(shù)1
值；f(m)為供電裕度的概率分布函數(shù)；VOLL為失負(fù)荷價(jià)值，單位元/MW，通過對(duì)用戶進(jìn)行調(diào) 查統(tǒng)計(jì)的形式得到； 正備用容量約束 <R：<RlmVi^N 其中，gmax和<_分別為第i個(gè)用戶提供的正備用容量的上下限； 目標(biāo)函數(shù)2
罰項(xiàng)，由切風(fēng)量的期望值和切風(fēng)懲罰系數(shù)CUT計(jì)算，CUT的單位是元/MW ;PW為備用優(yōu)化時(shí) 段的風(fēng)電出力期望值； 負(fù)備用容量約束 VjgM 其中，^<max和^^_分別為第j個(gè)用戶提供的負(fù)備用容量的上下限。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，該方法包括：(1)分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計(jì)及需求響應(yīng)的負(fù)荷、風(fēng)電和傳統(tǒng)機(jī)組的不確定數(shù)學(xué)模型；(2)確定供電裕度概率分布函數(shù)；(3)通過失負(fù)荷成本、切風(fēng)懲罰指標(biāo)和正負(fù)備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備用容量。本發(fā)明綜合考慮了影響備用的不確定因素，建立了各影響因素與系統(tǒng)備用需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使日前備用容量的確定更為準(zhǔn)確合理。研究用戶側(cè)需求響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)備用優(yōu)化結(jié)果的影響，分析需求響應(yīng)項(xiàng)目在減少備用容量需求方面的作用。在風(fēng)險(xiǎn)度選擇和備用容量之間進(jìn)行權(quán)衡，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)正負(fù)備用容量。
【IPC分類】H02J3-00
【公開號(hào)】CN104821581
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510264118
【發(fā)明人】楊勝春, 王蓓蓓, 唐楠, 於益軍, 馮樹海, 王珂, 郭曉蕊, 周競(jìng), 李亞平, 曾丹, 石飛, 劉建濤, 毛文博
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 東南大學(xué), 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年5月22日