應(yīng)對(duì)不確定性電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的理論研究.pdf

1、生態(tài)環(huán)境日益惡化，威脅著人類生存，能源清潔化變革勢(shì)在必行，電力系統(tǒng)必須向綠色、低碳、環(huán)保和節(jié)能的智能化方向發(fā)展。新形勢(shì)下，電力系統(tǒng)中發(fā)電、用電呈現(xiàn)多元化，在用電負(fù)荷自身不確定性的基礎(chǔ)上，加之風(fēng)光等清潔可再生能源的并入，進(jìn)一步增加了不確定性。同時(shí)，主動(dòng)可控量和被動(dòng)不可控量間構(gòu)成也發(fā)生了本質(zhì)性的變化，二者間呈現(xiàn)反調(diào)性。由此，發(fā)電與負(fù)荷的平衡過程發(fā)生了改變，呈現(xiàn)多元交織、關(guān)聯(lián)互補(bǔ)的復(fù)雜形態(tài)，這使電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制面臨嚴(yán)峻的、亟待解決的矛盾

2、。
　　電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度就是以有限的調(diào)控能力，在應(yīng)對(duì)上述矛盾中發(fā)揮最佳的效果，其核心是預(yù)先決策可調(diào)、可控量的基點(diǎn)與可控量的備用，前者是基于預(yù)測(cè)的期望計(jì)劃，后者是偏離期望的備用范圍，二者間必須有機(jī)銜接以保證調(diào)度在控制的配合下按預(yù)期執(zhí)行?？梢姡c(diǎn)位置、可控范圍以及范圍的變動(dòng)構(gòu)成電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的三個(gè)基本要素，三者間緊密關(guān)聯(lián)、不可分割。
　　本文的工作正是在這一研究背景下，以電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中出現(xiàn)的不確定性因素為研究對(duì)象，以主動(dòng)

3、與被動(dòng)間矛盾的解決為線索，在經(jīng)濟(jì)規(guī)律為導(dǎo)向的前提下，進(jìn)行以應(yīng)對(duì)不確定性為目的的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基礎(chǔ)理論和方法的研究與探索，其主要工作和創(chuàng)新性成果體現(xiàn)如下:
　　(1)針對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行中主動(dòng)量與被動(dòng)量間關(guān)聯(lián)、耦合，擾動(dòng)不確定性與波動(dòng)不確定性交織、共存的復(fù)雜矛盾關(guān)系，提出基于運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、并用幾何學(xué)描述的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中不確定性的概念與度量定義。主要體現(xiàn)在:給出經(jīng)濟(jì)調(diào)度類比的點(diǎn)、線、面、體以及主動(dòng)量和被動(dòng)量的定義，以此概念為基礎(chǔ)，具

4、象描述和量化分析了主動(dòng)與被動(dòng)的有功功率平衡過程中不確定性的特征和性質(zhì)，并把經(jīng)濟(jì)調(diào)度應(yīng)對(duì)被動(dòng)量波動(dòng)不確定性、被動(dòng)量間歇不確定性和主動(dòng)量擾動(dòng)不確定性的決策問題總結(jié)為點(diǎn)與區(qū)間聯(lián)動(dòng)，點(diǎn)、線與區(qū)間聯(lián)動(dòng)，點(diǎn)、面與區(qū)間聯(lián)動(dòng)的決策問題。經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究范圍與軌跡得以明晰、作用有的放矢，為后續(xù)鋪墊基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)被動(dòng)量區(qū)間波動(dòng)不確定性特征，提出了計(jì)及機(jī)組備用響應(yīng)能力的電力系統(tǒng)區(qū)間經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。按機(jī)組運(yùn)行位置和釋放備用響應(yīng)能力的方向和大小對(duì)機(jī)組進(jìn)行

5、分類，即下調(diào)類、上下可調(diào)類和上調(diào)類，并對(duì)這3類機(jī)組的運(yùn)行的特性進(jìn)行分析;根據(jù)被動(dòng)量需求區(qū)間分布范圍提出了有效備用響應(yīng)能力的概念，將區(qū)間滿足度作為新的約束條件，提出一種考慮被動(dòng)量需求區(qū)間波動(dòng)不確定性的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法;通過拉格朗日乘子法對(duì)模型進(jìn)行求解，推演出第一類機(jī)組和第三類機(jī)組微增率存在對(duì)稱性，對(duì)三類機(jī)組功率變化、微增率變化、成本差值變化的等差性進(jìn)行了分析和論證，并探討了區(qū)間備用響應(yīng)的受限情況、經(jīng)濟(jì)特性和物理本質(zhì)等基礎(chǔ)問題。最后，為驗(yàn)證本文

6、理論研究的有效性，以10機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，實(shí)現(xiàn)了區(qū)間備用范圍的最優(yōu)選擇，且達(dá)到單位備用成本最低的目標(biāo)，表明此研究對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度如何應(yīng)對(duì)不確定性問題具有一定參考價(jià)值。
　　(3)針對(duì)多種被動(dòng)量共存時(shí)的不同分布、不同特性，提出計(jì)及多區(qū)間不確定性的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。本文將多種被動(dòng)量波動(dòng)不確定集劃分為關(guān)鍵不確定集與柔性不確定集，給出了負(fù)荷區(qū)間備用約束與可再生能源發(fā)電置信度備用約束兩種約束的定義和表達(dá)，提出了計(jì)及被動(dòng)量多區(qū)間不確定性的經(jīng)濟(jì)調(diào)度

7、模型;采取機(jī)組分類的方法進(jìn)行求解，并對(duì)兩類約束的作用機(jī)理進(jìn)行分析，研究了不同約束作用下機(jī)組備用的響應(yīng)原理和特性;最后，通過10機(jī)系統(tǒng)的仿真，驗(yàn)證了所提方法的正確性和有效性。該研究體現(xiàn)出一種得失折中的決策思想，并進(jìn)一步拓展了區(qū)間經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的適應(yīng)性。
　　(4)針對(duì)可再生能源發(fā)電中不可預(yù)知的變動(dòng)引起發(fā)電功率不均衡，使調(diào)度必須要考慮這一變動(dòng)的問題，通過對(duì)不確定量變化波動(dòng)不確定性和間歇不確定性兩類不同的屬性特征進(jìn)行分析，以探尋負(fù)荷及可再

8、生能源發(fā)電變化苛刻情景范圍為線索，在被動(dòng)量區(qū)間滿足度約束基礎(chǔ)上，提出被動(dòng)量功率變化速度的概念和對(duì)應(yīng)滿足度約束新表達(dá)，建立計(jì)及間歇性的電力系統(tǒng)區(qū)間經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。該研究使得電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度在應(yīng)對(duì)與接納可再生能源發(fā)電的決策中能夠有效兼顧不確定性的量與度的要求，有效提高了調(diào)度解的魯棒性。
　　(5)在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，由于不確定性呈現(xiàn)多元化特征，即決策量和被決策量都存在不確定性，這給調(diào)度中備用的決策帶來困難。對(duì)此，在對(duì)備用特性、功效深入

9、分析的前提下，提出一種使備用配置更有效的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。該方法的核心體現(xiàn)在:結(jié)合主動(dòng)量與被動(dòng)量的概念，依據(jù)其不確定性的特性，分別設(shè)置備用，并以期望能量得不到應(yīng)用為指標(biāo)表達(dá)備用的效用。在此基礎(chǔ)上，以主動(dòng)量為純火電機(jī)組和被動(dòng)量為負(fù)荷及可再生能源發(fā)電，推演對(duì)應(yīng)主動(dòng)量與被動(dòng)量配置備用效用以及備用邊際效用的解析表達(dá)，進(jìn)而借助邊際效用遞減規(guī)律構(gòu)成主動(dòng)量與被動(dòng)量的等備用邊際效用的新約束條件，促進(jìn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的發(fā)展。以此為基礎(chǔ)，建立主動(dòng)量與被動(dòng)量

10、等備用邊際效用約束下的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并給出求解方法。該研究可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)量與被動(dòng)量備用的最優(yōu)匹配，使經(jīng)濟(jì)調(diào)度理論取得有益進(jìn)展。
　　(6)針對(duì)發(fā)電機(jī)組內(nèi)部存在禁止運(yùn)行區(qū)間的物理特性，提出了一種求解含禁止運(yùn)行域機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的有效迭代算法。對(duì)一臺(tái)含禁止運(yùn)行域的機(jī)組來說，其有效運(yùn)行區(qū)域被劃分為輸出功率下限和上限之間的幾個(gè)子運(yùn)行域，這將形成一個(gè)非凸優(yōu)化問題。通過深入探討和分析含禁止運(yùn)行域機(jī)組對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他機(jī)組的影響、含禁止運(yùn)行域機(jī)組之間的影