強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室（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》增刊1上撰文，針對電力系統(tǒng)因調(diào)節(jié)能力不足而造成棄風等問題,構(gòu)建多源并存的電力系統(tǒng)內(nèi)風-火-水-儲-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)機組中的靈活電源包括燃氣、水電與儲能系統(tǒng)進行聯(lián)合建模,考慮聯(lián)合運行后不同機組間的相互影響,對聯(lián)合運行時系統(tǒng)消納清潔能源的能力提升的內(nèi)在機理進行分析。為求解提出的聯(lián)合調(diào)度模型,對模型線性化之后采用CPLEX調(diào)用內(nèi)點法進行計算。

 

最后用改進的7機39節(jié)點系統(tǒng)進行仿真,結(jié)果驗證了所提模型對于提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、促進風電消納、優(yōu)化系統(tǒng)工況的作用。聯(lián)合調(diào)度策略結(jié)合實際電力系統(tǒng)中多源并存的現(xiàn)狀為應(yīng)對風電接入問題提供了一種實際可行的調(diào)度方案。

 

進入21世紀以來，能源危機與環(huán)境問題日漸突出。在能源危機與環(huán)境污染的雙重壓力下，風電因其技術(shù)成熟，具備規(guī)模開發(fā)條件、商業(yè)化發(fā)展前景好等優(yōu)點發(fā)展迅速[1]。

 

2015年我國新增裝機3050萬kW，同比增長31.5%，累計裝機容量達到14510萬kW，接近位于世界第二位的美國風電裝機總量（7447萬kW）的兩倍[2]。同時，由于我國風能分布的特點，風電站多以規(guī)模化的形式接入電網(wǎng)[3]。

 

然而由于風電功率具有隨機性和波動性，風電大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來極大挑戰(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)嚴重的棄風；另一方面，僅依靠火電應(yīng)對風電的隨機性，在風電比例增大到一定程度時，火電機組將頻繁起?；蜻\行在深度調(diào)峰狀態(tài)，影響到電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行[7,8]。因此，在風電大規(guī)模并網(wǎng)的形勢下，建立多源相濟的電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度機制勢在必行[9]。

 

近年來，儲能技術(shù)的快速發(fā)展為應(yīng)對風電消納提供了良好的解決思路[10-14]。利用儲能裝置的能量吞吐功能在負荷低谷時存儲能量，在負荷高峰發(fā)出能量，系統(tǒng)就有可能跟蹤風電的波動性變化以促進風電消納同時也保障了火電機組的經(jīng)濟性[15]。

 

然而現(xiàn)階段，儲能的發(fā)展還不夠成熟。技術(shù)相對成熟的抽水蓄能受地理位置限制大，電池等其他儲能投資成本高、經(jīng)濟性差[16,17]。為提高調(diào)節(jié)能力的同時保障經(jīng)濟性，需要充分挖掘傳統(tǒng)機組的調(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[18]構(gòu)建了風電-燃氣輪機互補發(fā)電系統(tǒng)并對互補發(fā)電系統(tǒng)進行了特性分析。文獻[19]分析了燃氣輪機在電網(wǎng)調(diào)度中減少不確定性的作用。文獻[9,20]提出了有效消納清潔能源的風水火電力系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型。

 

上述文獻在調(diào)度中對儲能與靈活常規(guī)電源水電、燃氣的考慮是分離的，然而在風電大規(guī)模并網(wǎng)的形勢下，單純研究風電與常規(guī)電源或者風電與儲能的調(diào)度都具有一定的局限性。

 

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

 

針對模型中非線性約束難以求解的問題，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進行快速求解，后結(jié)合具體算例驗證了所建模型的合理性和有效性。

 

結(jié)論

 

受儲能技術(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能裝置。因此，本文提出結(jié)合燃氣、水電、抽蓄構(gòu)建風-火-水-儲-氣聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度方法，并通過7機39節(jié)點系統(tǒng)驗證了模型的正確性和有效性，通過對運行結(jié)果的分析得出如下結(jié)論：

 

1）構(gòu)建風-火-水-儲-氣聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)后，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力增強，同時水、風清潔能源的互補特性進一步促進清潔能源的整體消納消納。

 

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

 

3）對于尚有調(diào)節(jié)裕度的系統(tǒng)，在目標函數(shù)中引入的懲罰項可作為調(diào)節(jié)系數(shù)影響系統(tǒng)棄風指標。

 

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

 

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)