考慮一次能源阻塞的電力系統(tǒng)運行充裕性控制優(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充足的前提下，考慮發(fā)電容量和輸電容量相對于負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)電充裕性又可按時間尺度分為裝機充裕性與運行充裕性，前者涉及發(fā)電容量規(guī)劃問題，后者則涉及運行容量的配置和調(diào)度問題。
　　然而，電力系統(tǒng)是整個能源系統(tǒng)的一部分，一次能源供應對電力系統(tǒng)充裕性的影響日益深刻。例如，風能、太陽能等間歇性可再生能源(Renewable Energy Source，RES)發(fā)

2、電的大規(guī)模接入給運行充裕性控制帶來了更大的不確定性;電煤等化石類一次能源供應不足則會降低系統(tǒng)的實際裝機容量充裕度等。為此，研究一次能源阻塞背景下電力系統(tǒng)充裕性的相關問題十分必要。
　　大規(guī)模間歇性RES接入下的運行充裕性控制決策是一個最優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的做法是在機組組合問題中計及旋轉(zhuǎn)備用容量（Reserve Capacity, RC）約束，并通過最小化其目標函數(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險）來滿足系統(tǒng)對運

3、行充裕性與經(jīng)濟性的要求。本文在現(xiàn)有的優(yōu)化模型基礎上做了如下工作:
　　(1)原優(yōu)化模型中假設凈負荷（負荷減去RES出力）預測誤差服從高斯分布，并在目標函數(shù)中將“發(fā)電成本”與“旋轉(zhuǎn)備用成本”設定為與場景差異無關。然而，高斯分布的假設在實際運行中難以成立，故本文在對不確定性因素的建模時直接根據(jù)概率性預報數(shù)據(jù)來描述凈負荷場景集，并據(jù)此將以上兩項成本修改為各場景下不同“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)化模型中只依賴發(fā)電側(cè)旋轉(zhuǎn)RC的做法在經(jīng)濟性方面有待改善，為此，本文分析了發(fā)電側(cè)與需求側(cè)各等級RC的互補特性，依次考慮增加需求側(cè)旋轉(zhuǎn)RC——可中斷負荷(Interruptible Load，IL)、以及發(fā)需兩側(cè)各等級非旋轉(zhuǎn)RC參與控制時的優(yōu)化模型改進。引入IL后，在目標函數(shù)中用實際的“主動切負荷代價”與“剩余停電風險”之和代替離線統(tǒng)計的“被動停電風險”，并進一步用各類RC配合下

5、的“事故后控制代價”代替單一的“切負荷代價”;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RC的情況。增加了與IL以及各等級非旋轉(zhuǎn)RC相關的約束條件。
　　(3)由于市場環(huán)境下RC資源的控制權(quán)不再通過指令獲取，本文將運行充裕性控制決策劃分為在市場上獲取RC控制權(quán)的合約決策、以及對RC實際實施控制的執(zhí)行決策，并分別為兩類決策構(gòu)建了優(yōu)化模型，討論兩者在目標函數(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)化中的應用，提出運行充裕性控制優(yōu)化決策的求解方法。將運行充裕性控制劃分為具有互補性的事故前預防控制(Preventive Control for Adequacy, PCfA)、事故后緊急控制(Emergency Control for Adequacy, ECfA)、以及出現(xiàn)嚴重的頻率、電壓違規(guī)時實施的校正控制(Correction Contro

7、l，CC)，其中CC與安全穩(wěn)定性控制共用。以該“不同時機控制”的分解為核心，提出了三層分解的思路，將整個問題分解為不同子問題后分別優(yōu)化，再通過協(xié)調(diào)獲得全局準優(yōu)化的效果。
　　(5)研究大規(guī)模風電（間歇性RES的代表）接入下的運行充裕性控制執(zhí)行決策優(yōu)化，初步實現(xiàn)上述優(yōu)化模型與求解方法的應用。按控制時機將控制分解為PCfA（包括旋轉(zhuǎn)、熱、冷各類發(fā)電側(cè)RC的調(diào)度）與ECfA（IL的切除），通過三種不同的搜索方法來求取總風險代價（PCfA

8、代價與ECfA風險代價之和）最小的方案。通過仿真比較了三種搜索方法的效果，說明了改進模型相對原有模型的優(yōu)越性，并驗證了風險性的旋轉(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)滿足長期充裕性的必要手段，發(fā)輸電擴容規(guī)劃日益受到化石能源供應的影響。然而，在主流的擴容規(guī)劃研究中化石能源的運輸能力或運輸價格并非重點考慮的因素。本文考慮了這些因素并展開了相關研究:
　　(6)在電煤（化石能源的代表）資源與電力負荷中心遠距離逆向