风-火-水-储-气联合优化调度策略

强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）的研究人员甘伟、艾小猛、方家琨等，在2017年《电工技术学报》增刊1上撰文，针对电力系统因调节能力不足而造成弃风等问题,构建多源并存的电力系统内风-火-水-储-气联合优化调度模型,并给出模型的求解方法。

 

该模型将常规机组中的灵活电源包括燃气、水电与储能系统进行联合建模,考虑联合运行后不同机组间的相互影响,对联合运行时系统消纳清洁能源的能力提升的内在机理进行分析。为求解提出的联合调度模型,对模型线性化之后采用CPLEX调用内点法进行计算。

 

最后用改进的7机39节点系统进行仿真,结果验证了所提模型对于提高系统调节能力、促进风电消纳、优化系统工况的作用。联合调度策略结合实际电力系统中多源并存的现状为应对风电接入问题提供了一种实际可行的调度方案。

 

进入21世纪以来，能源危机与环境问题日渐突出。在能源危机与环境污染的双重压力下，风电因其技术成熟，具备规模开发条件、商业化发展前景好等优点发展迅速[1]。

 

2015年我国新增装机3050万kW，同比增长31.5%，累计装机容量达到14510万kW，接近位于世界第二位的美国风电装机总量（7447万kW）的两倍[2]。同时，由于我国风能分布的特点，风电站多以规模化的形式接入电网[3]。

 

然而由于风电功率具有随机性和波动性，风电大规模并网给电力系统调度带来极大挑战[3-6]。一方面，系统可调容量的不足导致系统内出现严重的弃风；另一方面，仅依靠火电应对风电的随机性，在风电比例增大到一定程度时，火电机组将频繁起停或运行在深度调峰状态，影响到电网的安全经济运行[7,8]。因此，在风电大规模并网的形势下，建立多源相济的电力系统协调调度机制势在必行[9]。

 

近年来，储能技术的快速发展为应对风电消纳提供了良好的解决思路[10-14]。利用储能装置的能量吞吐功能在负荷低谷时存储能量，在负荷高峰发出能量，系统就有可能跟踪风电的波动性变化以促进风电消纳同时也保障了火电机组的经济性[15]。

 

然而现阶段，储能的发展还不够成熟。技术相对成熟的抽水蓄能受地理位置限制大，电池等其他储能投资成本高、经济性差[16,17]。为提高调节能力的同时保障经济性，需要充分挖掘传统机组的调节能力。

 

在这一方面，一些学者的研究已取得了有益的成果。文献[18]构建了风电-燃气轮机互补发电系统并对互补发电系统进行了特性分析。文献[19]分析了燃气轮机在电网调度中减少不确定性的作用。文献[9,20]提出了有效消纳清洁能源的风水火电力系统联合优化调度模型。

 

上述文献在调度中对储能与灵活常规电源水电、燃气的考虑是分离的，然而在风电大规模并网的形势下，单纯研究风电与常规电源或者风电与储能的调度都具有一定的局限性。

 

鉴于当下电力系统中多电源并存的格局，本文将突破含风电场调度中单纯考虑储能或灵活常规电源的局限性，构建多源相济的风-火-水-储-气协调运行机制，建立清洁能源优先消纳、运行成本小的短期优化调度模型。

 

针对模型中非线性约束难以求解的问题，本文利用数学原理将非线性优化模型转化为混合整数线性规划模型，并直接调用商业软件CPLEX进行快速求解，后结合具体算例验证了所建模型的合理性和有效性。

 

结论

 

受储能技术发展的限制，目前系统调节能力的提高尚不能完全依赖储能装置。因此，本文提出结合燃气、水电、抽蓄构建风-火-水-储-气联合调度系统的调度方法，并通过7机39节点系统验证了模型的正确性和有效性，通过对运行结果的分析得出如下结论：

 

1）构建风-火-水-储-气联合调度系统后，系统调节能力增强，同时水、风清洁能源的互补特性进一步促进清洁能源的整体消纳消纳。

 

2）多机组联合调度不仅有利于提升系统消纳能力，也明显改善火电运行工况，提高了系统经济性。

 

3）对于尚有调节裕度的系统，在目标函数中引入的惩罚项可作为调节系数影响系统弃风指标。

 

4）本文针对实际电力系统中多源并存的现状提供了完整的调度模型，并通过对模型的线性化处理为求解联合调度系统提供一种实际可行的方案。

 

图1  系统结构