中長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度的近似動態(tài)規(guī)劃模型與算法.pdf

1、隨著清潔能源的大規(guī)模開發(fā)利用，提高電網(wǎng)接納清潔能源的能力，實(shí)現(xiàn)多種發(fā)電資源的優(yōu)化配置，已經(jīng)成為發(fā)電優(yōu)化調(diào)度研究的重要內(nèi)容。
　　流域梯級水電廠群的開發(fā)和利用，使得水火協(xié)調(diào)、跨流域互補(bǔ)、梯級互動等優(yōu)化調(diào)度方案的實(shí)施成為了可能，但也帶來了復(fù)雜的“電耦合”及“水耦合”等問題，并且來水的不確定性極大影響著水電優(yōu)化調(diào)度能力的發(fā)揮。在大規(guī)模風(fēng)電接入后，風(fēng)電功率的隨機(jī)波動性、間隙性以及難以預(yù)測性增加了調(diào)度的不確定性和電網(wǎng)調(diào)峰的難度。此外，市場競

2、爭機(jī)制的引入，打破了傳統(tǒng)的垂直壟斷管理模式，在價格的導(dǎo)向作用下，發(fā)電廠商在追求發(fā)電收益的最大化和發(fā)電成本的最小化，發(fā)電調(diào)度轉(zhuǎn)向以市場為中心。電力市場增加了系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜程度，給發(fā)電優(yōu)化調(diào)度帶來了新的困難。
　　電力系統(tǒng)中長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度關(guān)注于多種發(fā)電資源在長時間尺度內(nèi)的聯(lián)合優(yōu)化，其周期更長，調(diào)節(jié)的范圍更廣，隨機(jī)性更強(qiáng)，本質(zhì)為隨機(jī)動態(tài)優(yōu)化問題，面臨著建模和求解困難問題。傳統(tǒng)基于確定性數(shù)學(xué)規(guī)劃理論推導(dǎo)出來的模型對于系統(tǒng)規(guī)模大，不確定性

3、因素多的中長期發(fā)電調(diào)度具有較大的局限性。
　　2011年，普林斯頓大學(xué)的Powell教授提出了近似動態(tài)規(guī)劃(Approximate Dynamic programming，ADP)的統(tǒng)一理論，并指導(dǎo)性地給出求解思路后，具有統(tǒng)一處理確定性與不確定性、連續(xù)與離散規(guī)劃問題能力的ADP方法被廣泛認(rèn)為是解決大規(guī)模隨機(jī)動態(tài)優(yōu)化問題的有效途徑。ADP是本文構(gòu)建中長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度新模型的基礎(chǔ)，其建模思路清晰，應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃(Dynamic prog

4、ramming，DP)的概念和符號描述多階段優(yōu)化決策問題，通過隨機(jī)過程作用于系統(tǒng)狀態(tài)的方式將隨機(jī)性影響納入階段優(yōu)化決策中，開放式的近似尋優(yōu)策略擴(kuò)展了ADP的應(yīng)用范圍。
　　綜上所述，本文圍繞著中長期發(fā)電優(yōu)化調(diào)度問題，針對不同條件下的發(fā)電優(yōu)化調(diào)度方式，采用ADP方法進(jìn)行建模和求解。主要開展了以下研究工作:
　　(1)在研究火電、水電、風(fēng)電等發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上，分別建立了含梯級庫群的水電運(yùn)行模型，水火電聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，分析了不可

5、調(diào)節(jié)發(fā)電技術(shù)的調(diào)度方式，以及電力市場新環(huán)境下發(fā)電優(yōu)化調(diào)度所面臨的更多不確定性。構(gòu)建基于場景樹模型的隨機(jī)過程表示這些不確定性因素，并采用隨機(jī)模擬與場景縮減技術(shù)相結(jié)合的方法壓縮預(yù)測場景集合，在盡量減少場景數(shù)量的同時，保持隨機(jī)變量場景樹模型的重要特征。
　　(2)結(jié)合ADP的多階段優(yōu)化決策理論，提出了一種不確定性條件下水電廠商優(yōu)化自調(diào)度的多階段決策模型。模型從水電廠商的角度出發(fā)，以含梯級庫群的水電運(yùn)行模型為調(diào)度基礎(chǔ)，將遠(yuǎn)期合約和日前市場

6、交易電量的分配視為ADP框架下的階段決策，以預(yù)測場景集合表示的隨機(jī)過程考慮流域天然來水和日前市場電價的影響，優(yōu)化水電廠商的遠(yuǎn)期合約電量決策以獲得穩(wěn)定的收益。設(shè)計(jì)了水庫蓄水的近似值函數(shù)策略求解基于ADP的水電優(yōu)化自調(diào)度模型。最后以某省水電系統(tǒng)為例驗(yàn)證ADP模型求解隨機(jī)規(guī)劃問題的優(yōu)越性，并分析了不確定性條件下水電廠商的決策對收益和水庫調(diào)度的影響。
　　(3)基于ADP的多階段優(yōu)化決策方式，提出了一種中長期發(fā)電計(jì)劃的ADP-RO模型。模

7、型從電力調(diào)度部門的角度出發(fā)，將中長期發(fā)電計(jì)劃的制定視為風(fēng)水火等發(fā)電資源的優(yōu)化配置(Resource Optimization，RO)問題，以預(yù)測場景表示日前市場煤價、流域來水、風(fēng)速預(yù)測隨機(jī)變量，將合約購煤與市場購煤、水庫用水視為ADP框架下的階段決策。分階段決策降低了問題的求解規(guī)模和難度，提出的燃煤庫存和水庫蓄水的值函數(shù)近似策略解決了如何優(yōu)化決策并保持階段分解后的整體優(yōu)化特性問題。通過在決策和近似值函數(shù)之間的迭代，求解出近似最優(yōu)決策，進(jìn)

8、而獲取風(fēng)水火發(fā)電計(jì)劃、燃料供應(yīng)計(jì)劃，水庫優(yōu)化運(yùn)行等優(yōu)化調(diào)度方案。
　　(4)利用ADP的模擬優(yōu)化作用，提出了一種考慮大規(guī)模風(fēng)電接入后備用容量和風(fēng)電計(jì)劃出力的優(yōu)化模型，用以分析大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的影響。模型以備用容量和風(fēng)電計(jì)劃出力為待優(yōu)化的系統(tǒng)參數(shù)，將日前計(jì)劃和實(shí)時調(diào)整連接起來交替執(zhí)行，以預(yù)測和實(shí)時數(shù)據(jù)模擬運(yùn)行，優(yōu)化參數(shù)的選擇，并獲得各種類型機(jī)組的出力狀況。在此基礎(chǔ)上討論備用容量的大小、風(fēng)功率預(yù)測精度、儲能容量對電力系統(tǒng)調(diào)