本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)調度領域，具體涉及一種基于機會約束混合整數(shù)規(guī)劃考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度方法。
背景技術：
：隨著能源危機和環(huán)境污染的日益加劇，風電作為一種清潔無污染的可再生能源，越來越受到全世界的關注。2016年，我國的風電總裝機容量為148.64gw，風電開發(fā)開始由“三北”地區(qū)向東部、南部轉移，而隨著風電并網容量的不斷增加，風電功率的隨機性和波動性對電力系統(tǒng)的影響日益加重，尤其是大規(guī)模集中風電并網對電力系統(tǒng)調度計劃制定的影響。首先，風電具有強隨機性，隨著其并網容量的不斷增加，必然會給系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來不利影響，并且由于氣候環(huán)境等多種因素的影響，風電的預測精度很低，且對于不同的預測時間尺度呈現(xiàn)“遠大近小”的趨勢；其次風電具有強波動性，當受到龍卷風、強對流等天氣的影響時，風電將會出現(xiàn)爬坡現(xiàn)象，而風電爬坡事件是風電波動性的顯著體現(xiàn)，風電爬坡事件的發(fā)生可能會導致大面積停電。這都會對電力系統(tǒng)調度計劃的制定帶來嚴峻的挑戰(zhàn)，因此，為適應電力行業(yè)新的發(fā)展趨勢，考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度，對我國電力行業(yè)的未來發(fā)展乃至國民經濟環(huán)保高效的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。針對上述問題，國內外學者開展了一系列研究并取得了豐碩成果。劉天琪，何川，胡曉通等人設計一種風電爬坡優(yōu)化控制方法(專利號201510770528.1)，羅建春，羅洪，冉鴻等人設計了一種風光儲能并網發(fā)電智能優(yōu)化調度方法(專利號cn201410578942.8)，但其采用儲能彌補風電的隨機性和波動性，由于儲能設備的高成本性，使其不能大規(guī)模應用。戚永志，劉玉田設計了一種基于競爭博弈的風電爬坡協(xié)同控制系統(tǒng)及方法(專利號201310194192.x)，但是其通過風電場群之間的協(xié)同控制來改善風電爬坡特性，如果只依靠風電場群進行爬坡控制，具有一定的局限性，經濟性不高?？傮w而言，目前針對考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度的研究還很少，多采用儲能設備平抑風電波動，但成本較高，故探索考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度新的求解方案具有一定實際應用價值。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度方法，在研究風電功率特性及其對滾動調度的影響的基礎上，建立了風電預測誤差和風電爬坡模型，進而建立考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度模型，基于機會約束混合整數(shù)規(guī)劃，提出了一種風火協(xié)調滾動調度策略，使其能有效兼顧系統(tǒng)的安全性和經濟性，降低大規(guī)模風電并網引起的系統(tǒng)調度難度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案如下：一種考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度方法，所述方法包括如下步驟：步驟(1)利用matlab求得的風電預測誤差概率密度函數(shù)，求出不同時刻隨機約束的確定性形式。步驟(2)將(1)求出的確定約束輸入到y(tǒng)amlip中，構建混合整數(shù)規(guī)劃模型。步驟(3)采用滾動調度策略，調用solvesqp求解器對模型進行求解。步驟(4)將求得的結果返回matlab，并用圖像形式輸出。本發(fā)明步驟(3)中采用的滾動調度策略如下：1)讀入滾動調度的初始數(shù)據(火電機組基礎參數(shù)、負荷數(shù)據和機組爬坡速率等)2)每隔一個滾動周期，系統(tǒng)自動獲取下一個周期的最新氣象信息，預測最新周期的風電出力，并修改對應的系統(tǒng)備用。3)獲取上個滾動周期末端得到的各機組初始狀態(tài)，包括機組的出力和運行狀態(tài)。4)啟動滾動調度程序，計算下一周期的火電機組啟停計劃和機組出力。5)驗證所得結果的安全性，若在該周期中機組啟停發(fā)生變化，且在下一周期調度中不滿足約束，則修改該周期最末的啟停變化，若滿足約束，則調度繼續(xù)。6)重復步驟2)～5)，直至更新一天所有時刻的系統(tǒng)調度計劃。本發(fā)明步驟(2)中模型建立如下：目標函數(shù)包括火電機組發(fā)電成本、機組啟停成本和備用購買成本。其中ai，bi，ci為火電機組運行成本系數(shù)，ui，t為機組i在t時刻的啟停狀態(tài)，1表示開機，0表示停機。si，t表示機組i在t時刻的啟動成本，μi，εi為啟動成本特性參數(shù)，τi為鍋爐自然冷卻時間常數(shù)，為連續(xù)停機時間，本模型中假設停機成本為0。pi，t為機組i在時段t的出力，ui，t，di，t為機組i在時段t提供的正負旋轉備用，αi，βi為正負旋轉備用容量的報價系數(shù)。約束條件(1)功率平衡約束其中pwft為風電預測出力，et為風電預測誤差，假定其服從正態(tài)分布，l(t)為t時刻系統(tǒng)的負荷值，α為功率平衡約束的置信水平。(2)最大最小出力約束ui，tpimin≤pi，t≤ui，tpimax(4)其中pimin，pimax分別為機組i的最大最小出力。(3)機組啟停時間約束其中分別為機組i到時段t-1的連續(xù)開機和停機時間，分別為機組i最小開機和停機時間。(4)旋轉備用約束ri，u，ri，d和分別為機組i的出力下調速率和上調速率，tr旋轉備用響應時間，本文中取10min。分別為火電機組在時段t需要提供的上下旋轉備用容量。(5)常規(guī)機組爬坡約束pi，t-pi，t-1≤ui，t-1×ri，u×δt+sui(ui，t-ui，t-1)+pimax(1-ui，t)(7)pi，t-1-pi，t≤ui，t×ri，d×δt+sdi(ui，t-1-ui，t)+pimax(1-ui，t-1)(8)其中sui和sdi為機組i的啟動爬坡能力和停機爬坡能力(本模型中取其為0.7×pimax)，δt為機組運行時間。由于本模型中考慮調度過程中機組啟停的變化，故對常規(guī)機組爬坡約束做如下約定：當常規(guī)機組出力小于等于sdi，且滿足機組啟停約束時，才允許機組停機。(6)風電爬坡事件約束本發(fā)明中滾動調度模型增加風電爬坡約束，在約束中考慮機組啟停的修正，以保證在發(fā)生風電爬坡事件時系統(tǒng)不甩負荷。式中δplut，δpldt分別為系統(tǒng)負荷在發(fā)生風電爬坡事件過程中單位步長的上升量和下降量，δpdt，δput分別為風電發(fā)生爬坡事件過程中單位步長的下降幅值和上升幅值，cui，t，cdi，t分別為系統(tǒng)在單位步長中火電機組的上、下爬坡容量。滾動策略步驟(1)中初始數(shù)據包括常規(guī)機組的最大最小出力，常機組的爬坡能力，常規(guī)機組發(fā)電成本參數(shù)，風電預測出力，負荷預測值。對于隨機約束的處理如式(10)所示：與現(xiàn)有的技術方案相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在研究風電功率特性及其對滾動調度計劃制定影響的基礎上，建立了一種考慮風電功率特性的風火協(xié)調滾動調度模型，并利用matlab和yamlip聯(lián)合求解，通過滾動調度策略，有效減少系統(tǒng)備用容量，降低系統(tǒng)運行成本，提高系統(tǒng)的經濟性，模型考慮風電爬坡約束，能有效降低風電爬坡事件的危害，提高系統(tǒng)的安全性。具有一定的現(xiàn)實意義。附圖說明圖1為整體調度算法流程圖圖2為誤差分布和預測時間尺度關系圖圖3為風電預測出力和系統(tǒng)負荷曲線圖圖4(a)為日前調度和滾動調度的機組啟停結果圖4(b)為日前調度和滾動調度的機組啟停結果圖5(a)為日前調度和滾動調度的機組出力對比圖圖5(b)為日前調度和滾動調度的機組出力對比圖圖6為風電發(fā)生下爬坡事件時的風電出力圖7(a)為發(fā)生風電爬坡事件時的機組啟停結果圖7(b)為發(fā)生風電爬坡事件時的機組啟停結果圖8(a)為發(fā)生風電爬坡事件時的機組出力對比圖圖8(b)為發(fā)生風電爬坡事件時的機組出力對比圖具體實施方式下面結合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。本發(fā)明針對大規(guī)模風電隨機性和波動對電力系統(tǒng)調度計劃制定的影響而設計一種基于機會約束混合整數(shù)規(guī)劃的風火協(xié)調滾動調度算法。算法整體流程圖如圖1所示，包括如下步驟：步驟(1)利用matlab求得的風電預測誤差概率密度函數(shù)，求出不同時刻隨機約束的確定性形式。步驟(2)將(1)求出的確定約束輸入到y(tǒng)amlip中，構建混合整數(shù)規(guī)劃模型。步驟(3)采用滾動調度策略，調用solvesqp求解器對模型進行求解。步驟(4)將求得的結果返回matlab，并用圖像形式輸出。各步驟中的具體內容已在說明書中進行了詳細的說明，這里不再一一具體說明。本發(fā)明的關鍵在于步驟1中風電預測誤差的處理和步驟(3)中滾動調度策略在該調度中的應用，下面對該應用方法進行詳細的說明。本發(fā)明中對風電預測誤差的處理采用隨機約束，對于隨機約束的處理如下所示：本發(fā)明采用的滾動調度策略如下：1)讀入滾動調度的初始數(shù)據(火電機組基礎參數(shù)、負荷數(shù)據和機組爬坡速率等)2)每隔一個滾動周期(4h)，系統(tǒng)自動獲取下一個周期的最新氣象信息，預測最新周期的風電出力，并修改對應的系統(tǒng)備用。3)獲取上個滾動周期末端得到的各機組初始狀態(tài)，包括機組的出力和運行狀態(tài)。4)啟動滾動調度程序，計算下一周期的火電機組啟停計劃和機組出力。5)驗證所得結果的安全性，若在該周期中機組啟停發(fā)生變化，且在下一周期調度中不滿足約束，則修改該周期最末的啟停變化，若滿足約束，則調度繼續(xù)。6)重復步驟2)～5)，直至更新一天所有時刻的系統(tǒng)調度計劃。下面通過仿真實例對本發(fā)明所設計的方法進行驗證。為驗證本發(fā)明所提滾動調度方法的有效性，以風火聯(lián)合系統(tǒng)為例對滾動優(yōu)化結果進行仿真分析。算例系統(tǒng)由10臺火電機組和1個風電場構成，其中風電場的裝機容量為500mw，常規(guī)機組參數(shù)如表1所示。風電預測和系統(tǒng)負荷數(shù)據如圖3所示，其中風電預測數(shù)據滾動更新，其預測誤差如圖2所示。表1各常規(guī)機組的參數(shù)發(fā)電機pmaxpminabcαβg160150.00152.20341517.7015.40g280200.003961.91012514.1013.10g3100300.003931.85184013.8911.80g4120250.003821.69663216.7412.51g5150500.002121.80152918.1415.34g6280750.002611.53547213.5311.23g73201200.002891.26434914.7013.60g84451250.001481.2138216.3612.34g95202500.001271.195410515.4314.51g105502500.001051.128510017.861502發(fā)電機τμεton，mintoff，minrurdg13085220.30.3g230101220.40.4g330114220.50.5g44095330.60.6g540113330.750.75g660176551.41.4g780187551.61.6g8100227882.2252.225g9120267882.62.6g10120280882.752.75為研究風電預測誤差對電力系統(tǒng)調度的影響，對比分析日前調度和滾動調度結果。其中滾動調度的滾動周期為4h，時間尺度為15min。系統(tǒng)在兩種調度策略下連續(xù)24小時的機組啟停計劃和機組出力結果如圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)和圖5(b)所示，其中圖5(a)和圖5(b)中實線為日前調度出力，點線為滾動調度出力。從圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)和圖5(b)可以看出，，同一時刻日前調度的開機數(shù)量除81-89時刻外均大于滾動調度，這種情況在92-96時刻時尤為明顯，因為風電預測在不同時間尺度內的預測誤差呈現(xiàn)“遠大近小”的趨勢，日前調度的預測尺度為24h，在預測時間尺度的末端風電預測誤差顯著增加，故需要增開機組以保證系統(tǒng)所需的旋轉備用充足，以防由于風電波動造成系統(tǒng)功率不平衡。而對于滾動調度，由于其風電預測數(shù)據滾動更新，預測時間尺度相比日前調度更小，預測更加準確；而在81-89時刻時，雖然滾動調度的開機數(shù)量大于日前調度，但是兩者在該時段總的煤耗成本分別為31667元和31789元，運行總成本分別為33318元和58958元，由此可知雖然在該時段滾動調度的開機數(shù)量大于日前優(yōu)化，但是其更加經濟。進一步從火電機組出力考慮，因為日前調度同時刻開機數(shù)量較多，其相同火電機組相比滾動調度出力較低，該現(xiàn)象在92-96時刻尤為明顯。表2日前優(yōu)化和滾動優(yōu)化的系統(tǒng)運行成本兩種調度方式的運行成本如表2所示。相比于日前調度，雖然滾動調度煤耗成本略有增加，但其啟停成本、備用購買成本和運行總成本均明顯優(yōu)于日前調度，其中備用購買成本減小77.5％，運行總成本減小24.3％。由此可見采用滾動調度降低風電預測誤差對系統(tǒng)調度的影響，減少系統(tǒng)的運行成本。風電出力特性除隨機性外，還具有波動性，風電爬坡事件是其波動性的顯著表現(xiàn)，因此本發(fā)明研究風電發(fā)生爬坡事件的情況下系統(tǒng)的調度計劃。本發(fā)明構建如下風電爬坡事件：在71時刻風電出力以13mw/min的平均速率開始下降，持續(xù)30min；持續(xù)較低出力一小時后，以10mw/min持續(xù)上漲至正常狀態(tài)。發(fā)生風電爬坡事件時風電出力如圖6所示。由圖7(a)、圖7(b)、圖8(a)和圖8(b)可知，在系統(tǒng)發(fā)生風電爬坡事件(71時刻)之前，兩種情況的機組啟停計劃完全相同，發(fā)生風電爬坡事件之后，不考慮風電爬坡約束的機組組合方式，雖然機組有足夠的容量，但是由于開機機組上爬坡能力不足導致其不能平抑風電下降造成的功率缺額，從而造成系統(tǒng)功率不平衡，進而發(fā)生甩負荷；考慮風電爬坡約束的機組組合方式則在風電爬坡事件發(fā)生之后，同時開啟機組2、3、6，提高系統(tǒng)整體的爬坡速率，使其不小于風電出力的下降速率，保證系統(tǒng)的安全性。從火電機組出力考慮，在71時刻之前，兩者出力完全相同，在風電爬坡事件發(fā)生之后，機組8、9、10出力有少量下降，因為開啟了其他機組，以保證系統(tǒng)備用的充足。表3發(fā)生風電爬坡時的系統(tǒng)運行成本由表3可知，考慮風電爬坡約束滾動調度的系統(tǒng)運行成本除備用購買成本外，均高于不考慮風電爬坡約束滾動調度。但其總成本僅增加了1.95％就大大提高了系統(tǒng)的安全性，說明本文提出的滾動調度策略具有一定的可行性。當前第1頁12