基于场景分析的含风电场电力系统机组组合问题的研究

能源环境问题促使包括风力发电在内的可再生能源迅速发展。然而,风电场输出功率具有随机性、间歇性及不可调度性特点,其大规模并网发电给电网运行调度与控制带来严峻挑战。因此,深入研究大规模风电并网对电力系统经济调度的影响,对于充分利用可调节发电资源,在维持电网安全、可靠运行的前提下,尽量发挥风电的作用具有重要的理论意义和实用价值。与机组强迫停运、线路故障等偶发性扰动不同,风力发电的扰动具有持续、高幅、常态化的特征。针对该特点,本文围绕着对机组自身调节能力的建模与对风电场输出功率时域关联信息的挖掘与利用这一主题,提出了一种与风电持续扰动特性相适应的以场景树为决策背景的含风电场电力系统安全约束机组组合决策模型以及构建合理场景集合的方法。其采用随机决策中的场景树的随机性描述方式表征任意时段系统运行中随机变量的概率分布情况以及随机变量在时段间的发展变化过程,通过场景束约束使调度决策中的爬坡速率约束等时段耦联约束能够自然地融入决策模型,更符合运行实际。本文主要研究内容如下： 1)基于场景分析的随机期望值决策模型及风电场输出功率不确定性的场景树建模方法。风力发电具有随机性、间歇性和不可调度的特点,现有的技术水平下风力发电预测误差较大,因此对风电场输出功率的不确定性进行概率分析是研究含风电场电力系统优化调度问题的前提基础。本文提出一种描述风电场输出功率不确定性的场景树建模方法,其一般步骤为：对风电场输出功率的不确定性进行概率建模,得到评估风电场输出功率预测误差的数学表达式或直接对风电场输出功率进行未来连续多个时段的联合概率密度预测；在此基础上,利用蒙特卡洛模拟方法进行场景采样获得初始场景集合；为减少随机决策模型的计算时间,提高计算效率,依据缩减前后概率距离最小原则对生成的初始场景集合进行缩减并进而转化为随机决策中常用到的场景树,并从场景集合中等效负荷的波动范围及波动速度两个角度对产生的场景集合进行评估。在获得场景集合的基础上,给出基于场景分析的随机期望值决策模型的抽象描述及其构建流程。 2)提出一种基于场景分析的含风电系统机组组合模型及求解方法。针对风电场输出功率的随机性和间歇性或者说是预测误差,在以场景树形式描述风电场输出功率不确定性随时间发展变化的基础上,本文以系统机组启动成本和机组期望运行成本之和最小为目标,以各个场景下机组运行状况、网络安全为约束,满足系统发电与用电平衡,建立基于场景分析的含风电系统机组组合的随机规划模型,同时在目标函数中加入了用户停电损失及弃风惩罚成本部分,使求取的调度策略兼顾经济性和可靠性要求。通过对目标函数和约束条件的线性化表达,将模型转化为混合整数线性规划问题,然后利用商业优化软件CPLEX进行求解。 3)风电场输出功率时域关联信息在基于场景分析的含风电系统机组组合问题中的应用。基于本文构建的基于场景分析的含风电系统机组组合模型,通过算例论证了基于场景分析的含风电系统机组组合模型的应用效果与其决策所依据的场景集合形成方式之间存在密切联系。并对风电场输出功率时域关联信息影响含风电系统机组组合方法决策结果的机理进行了阐述,指出场景集合中等效负荷的波动范围及波动速度分别对机组组合需要投入的机组容量和机组的输出功率响应速度产生影响。