強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院）的研究人員甘偉、艾小猛、方家琨等，在2017年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1上撰文，針對(duì)電力系統(tǒng)因調(diào)節(jié)能力不足而造成棄風(fēng)等問(wèn)題,構(gòu)建多源并存的電力系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)-火-水-儲(chǔ)-氣聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型,并給出模型的求解方法。

 

該模型將常規(guī)機(jī)組中的靈活電源包括燃?xì)狻⑺娕c儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合建模,考慮聯(lián)合運(yùn)行后不同機(jī)組間的相互影響,對(duì)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)消納清潔能源的能力提升的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行分析。為求解提出的聯(lián)合調(diào)度模型,對(duì)模型線性化之后采用CPLEX調(diào)用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算。

 

最后用改進(jìn)的7機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,結(jié)果驗(yàn)證了所提模型對(duì)于提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、促進(jìn)風(fēng)電消納、優(yōu)化系統(tǒng)工況的作用。聯(lián)合調(diào)度策略結(jié)合實(shí)際電力系統(tǒng)中多源并存的現(xiàn)狀為應(yīng)對(duì)風(fēng)電接入問(wèn)題提供了一種實(shí)際可行的調(diào)度方案。

 

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題日漸突出。在能源危機(jī)與環(huán)境污染的雙重壓力下，風(fēng)電因其技術(shù)成熟，具備規(guī)模開(kāi)發(fā)條件、商業(yè)化發(fā)展前景好等優(yōu)點(diǎn)發(fā)展迅速[1]。

 

2015年我國(guó)新增裝機(jī)3050萬(wàn)kW，同比增長(zhǎng)31.5%，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到14510萬(wàn)kW，接近位于世界第二位的美國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量（7447萬(wàn)kW）的兩倍[2]。同時(shí)，由于我國(guó)風(fēng)能分布的特點(diǎn)，風(fēng)電站多以規(guī)模化的形式接入電網(wǎng)[3]。

 

然而由于風(fēng)電功率具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)極大挑戰(zhàn)[3-6]。一方面，系統(tǒng)可調(diào)容量的不足導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的棄風(fēng)；另一方面，僅依靠火電應(yīng)對(duì)風(fēng)電的隨機(jī)性，在風(fēng)電比例增大到一定程度時(shí)，火電機(jī)組將頻繁起停或運(yùn)行在深度調(diào)峰狀態(tài)，影響到電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[7,8]。因此，在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的形勢(shì)下，建立多源相濟(jì)的電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度機(jī)制勢(shì)在必行[9]。

 

近年來(lái)，儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展為應(yīng)對(duì)風(fēng)電消納提供了良好的解決思路[10-14]。利用儲(chǔ)能裝置的能量吞吐功能在負(fù)荷低谷時(shí)存儲(chǔ)能量，在負(fù)荷高峰發(fā)出能量，系統(tǒng)就有可能跟蹤風(fēng)電的波動(dòng)性變化以促進(jìn)風(fēng)電消納同時(shí)也保障了火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性[15]。

 

然而現(xiàn)階段，儲(chǔ)能的發(fā)展還不夠成熟。技術(shù)相對(duì)成熟的抽水蓄能受地理位置限制大，電池等其他儲(chǔ)能投資成本高、經(jīng)濟(jì)性差[16,17]。為提高調(diào)節(jié)能力的同時(shí)保障經(jīng)濟(jì)性，需要充分挖掘傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)節(jié)能力。

 

在這一方面，一些學(xué)者的研究已取得了有益的成果。文獻(xiàn)[18]構(gòu)建了風(fēng)電-燃?xì)廨啓C(jī)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)并對(duì)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了特性分析。文獻(xiàn)[19]分析了燃?xì)廨啓C(jī)在電網(wǎng)調(diào)度中減少不確定性的作用。文獻(xiàn)[9,20]提出了有效消納清潔能源的風(fēng)水火電力系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型。

 

上述文獻(xiàn)在調(diào)度中對(duì)儲(chǔ)能與靈活常規(guī)電源水電、燃?xì)獾目紤]是分離的，然而在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)的形勢(shì)下，單純研究風(fēng)電與常規(guī)電源或者風(fēng)電與儲(chǔ)能的調(diào)度都具有一定的局限性。

 

鑒于當(dāng)下電力系統(tǒng)中多電源并存的格局，本文將突破含風(fēng)電場(chǎng)調(diào)度中單純考慮儲(chǔ)能或靈活常規(guī)電源的局限性，構(gòu)建多源相濟(jì)的風(fēng)-火-水-儲(chǔ)-氣協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制，建立清潔能源優(yōu)先消納、運(yùn)行成本小的短期優(yōu)化調(diào)度模型。

 

針對(duì)模型中非線性約束難以求解的問(wèn)題，本文利用數(shù)學(xué)原理將非線性優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并直接調(diào)用商業(yè)軟件CPLEX進(jìn)行快速求解，后結(jié)合具體算例驗(yàn)證了所建模型的合理性和有效性。

 

結(jié)論

 

受儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的限制，目前系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的提高尚不能完全依賴儲(chǔ)能裝置。因此，本文提出結(jié)合燃?xì)狻⑺姟⒊樾顦?gòu)建風(fēng)-火-水-儲(chǔ)-氣聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度方法，并通過(guò)7機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證了模型的正確性和有效性，通過(guò)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析得出如下結(jié)論：

 

1）構(gòu)建風(fēng)-火-水-儲(chǔ)-氣聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)后，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，同時(shí)水、風(fēng)清潔能源的互補(bǔ)特性進(jìn)一步促進(jìn)清潔能源的整體消納消納。

 

2）多機(jī)組聯(lián)合調(diào)度不僅有利于提升系統(tǒng)消納能力，也明顯改善火電運(yùn)行工況，提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

 

3）對(duì)于尚有調(diào)節(jié)裕度的系統(tǒng)，在目標(biāo)函數(shù)中引入的懲罰項(xiàng)可作為調(diào)節(jié)系數(shù)影響系統(tǒng)棄風(fēng)指標(biāo)。

 

4）本文針對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)中多源并存的現(xiàn)狀提供了完整的調(diào)度模型，并通過(guò)對(duì)模型的線性化處理為求解聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)提供一種實(shí)際可行的方案。

 

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)