考慮一次能源阻塞的電力系統(tǒng)運(yùn)行充裕性控制優(yōu)化建模與求解.pdf

1、傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)充裕性研究在假定一次能源供應(yīng)充足的前提下，考慮發(fā)電容量和輸電容量相對(duì)于負(fù)荷需求量的充裕程度，可分為發(fā)電充裕性和輸電充裕性。發(fā)電充裕性又可按時(shí)間尺度分為裝機(jī)充裕性與運(yùn)行充裕性，前者涉及發(fā)電容量規(guī)劃問(wèn)題，后者則涉及運(yùn)行容量的配置和調(diào)度問(wèn)題。
　　然而，電力系統(tǒng)是整個(gè)能源系統(tǒng)的一部分，一次能源供應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)充裕性的影響日益深刻。例如，風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性可再生能源(Renewable Energy Source，RES)發(fā)

2、電的大規(guī)模接入給運(yùn)行充裕性控制帶來(lái)了更大的不確定性;電煤等化石類(lèi)一次能源供應(yīng)不足則會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)際裝機(jī)容量充裕度等。為此，研究一次能源阻塞背景下電力系統(tǒng)充裕性的相關(guān)問(wèn)題十分必要。
　　大規(guī)模間歇性RES接入下的運(yùn)行充裕性控制決策是一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題，傳統(tǒng)的做法是在機(jī)組組合問(wèn)題中計(jì)及旋轉(zhuǎn)備用容量（Reserve Capacity, RC）約束，并通過(guò)最小化其目標(biāo)函數(shù)（包括啟停成本、發(fā)電成本、旋轉(zhuǎn)備用成本以及可能的停電風(fēng)險(xiǎn)）來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)運(yùn)

3、行充裕性與經(jīng)濟(jì)性的要求。本文在現(xiàn)有的優(yōu)化模型基礎(chǔ)上做了如下工作:
　　(1)原優(yōu)化模型中假設(shè)凈負(fù)荷（負(fù)荷減去RES出力）預(yù)測(cè)誤差服從高斯分布，并在目標(biāo)函數(shù)中將“發(fā)電成本”與“旋轉(zhuǎn)備用成本”設(shè)定為與場(chǎng)景差異無(wú)關(guān)。然而，高斯分布的假設(shè)在實(shí)際運(yùn)行中難以成立，故本文在對(duì)不確定性因素的建模時(shí)直接根據(jù)概率性預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來(lái)描述凈負(fù)荷場(chǎng)景集，并據(jù)此將以上兩項(xiàng)成本修改為各場(chǎng)景下不同“電量成本”（包括旋轉(zhuǎn)備用的發(fā)電成本）的加權(quán)和以及各場(chǎng)景下均相同的“旋轉(zhuǎn)

4、備用容量成本”。
　　(2)大規(guī)模RES接入情況下，原優(yōu)化模型中只依賴(lài)發(fā)電側(cè)旋轉(zhuǎn)RC的做法在經(jīng)濟(jì)性方面有待改善，為此，本文分析了發(fā)電側(cè)與需求側(cè)各等級(jí)RC的互補(bǔ)特性，依次考慮增加需求側(cè)旋轉(zhuǎn)RC——可中斷負(fù)荷(Interruptible Load，IL)、以及發(fā)需兩側(cè)各等級(jí)非旋轉(zhuǎn)RC參與控制時(shí)的優(yōu)化模型改進(jìn)。引入IL后，在目標(biāo)函數(shù)中用實(shí)際的“主動(dòng)切負(fù)荷代價(jià)”與“剩余停電風(fēng)險(xiǎn)”之和代替離線(xiàn)統(tǒng)計(jì)的“被動(dòng)停電風(fēng)險(xiǎn)”，并進(jìn)一步用各類(lèi)RC配合下

5、的“事故后控制代價(jià)”代替單一的“切負(fù)荷代價(jià)”;將“啟停成本”、“旋轉(zhuǎn)備用容量成本”、“電量成本”修改為能夠描述發(fā)需側(cè)多等級(jí)RC的情況。增加了與IL以及各等級(jí)非旋轉(zhuǎn)RC相關(guān)的約束條件。
　　(3)由于市場(chǎng)環(huán)境下RC資源的控制權(quán)不再通過(guò)指令獲取，本文將運(yùn)行充裕性控制決策劃分為在市場(chǎng)上獲取RC控制權(quán)的合約決策、以及對(duì)RC實(shí)際實(shí)施控制的執(zhí)行決策，并分別為兩類(lèi)決策構(gòu)建了優(yōu)化模型，討論兩者在目標(biāo)函數(shù)、決策變量、優(yōu)化空間、約束條件等方面的差異與

6、聯(lián)系。
　　(4)借鑒大系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題中的“分解法”及其在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性控制決策優(yōu)化中的應(yīng)用，提出運(yùn)行充裕性控制優(yōu)化決策的求解方法。將運(yùn)行充裕性控制劃分為具有互補(bǔ)性的事故前預(yù)防控制(Preventive Control for Adequacy, PCfA)、事故后緊急控制(Emergency Control for Adequacy, ECfA)、以及出現(xiàn)嚴(yán)重的頻率、電壓違規(guī)時(shí)實(shí)施的校正控制(Correction Contro

7、l，CC)，其中CC與安全穩(wěn)定性控制共用。以該“不同時(shí)機(jī)控制”的分解為核心，提出了三層分解的思路，將整個(gè)問(wèn)題分解為不同子問(wèn)題后分別優(yōu)化，再通過(guò)協(xié)調(diào)獲得全局準(zhǔn)優(yōu)化的效果。
　　(5)研究大規(guī)模風(fēng)電（間歇性RES的代表）接入下的運(yùn)行充裕性控制執(zhí)行決策優(yōu)化，初步實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)化模型與求解方法的應(yīng)用。按控制時(shí)機(jī)將控制分解為PCfA（包括旋轉(zhuǎn)、熱、冷各類(lèi)發(fā)電側(cè)RC的調(diào)度）與ECfA（IL的切除），通過(guò)三種不同的搜索方法來(lái)求取總風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)（PCfA

8、代價(jià)與ECfA風(fēng)險(xiǎn)代價(jià)之和）最小的方案。通過(guò)仿真比較了三種搜索方法的效果，說(shuō)明了改進(jìn)模型相對(duì)原有模型的優(yōu)越性，并驗(yàn)證了風(fēng)險(xiǎn)性的旋轉(zhuǎn)RC配置方法優(yōu)于確定性和概率性方法。
　　作為電力系統(tǒng)滿(mǎn)足長(zhǎng)期充裕性的必要手段，發(fā)輸電擴(kuò)容規(guī)劃日益受到化石能源供應(yīng)的影響。然而，在主流的擴(kuò)容規(guī)劃研究中化石能源的運(yùn)輸能力或運(yùn)輸價(jià)格并非重點(diǎn)考慮的因素。本文考慮了這些因素并展開(kāi)了相關(guān)研究:
　　(6)在電煤（化石能源的代表）資源與電力負(fù)荷中心遠(yuǎn)距離逆向