一種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，包括步驟：步驟S1，生成調(diào)度周期內(nèi)可能的風(fēng)電出力場(chǎng)景并將場(chǎng)景縮減為S個(gè)；步驟S2，建立所述方法的數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)函數(shù)包括總發(fā)電費(fèi)用、各場(chǎng)景下各時(shí)刻的功率平衡水平和旋轉(zhuǎn)備用水平，約束條件包括火電機(jī)組的出力上下限約束、爬坡率約束和最小開停機(jī)時(shí)間約束；步驟S3，通過(guò)建立各目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)來(lái)進(jìn)行模糊化處理；步驟S4，取各隸屬度函數(shù)的最小值為全局滿意度指標(biāo)；步驟S5，求解滿足步驟S2所述約束條件并使得步驟S4所述全局滿意度指標(biāo)最大的經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果。發(fā)明提供的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，適合于求解含風(fēng)電場(chǎng)和火電機(jī)組的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，調(diào)度結(jié)果權(quán)衡了多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。
【專利說(shuō)明】-種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多 目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于風(fēng)電具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶 來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。含風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題主要涉及火電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)，由于現(xiàn)有技術(shù)難以 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出力準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因此，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)需要保證調(diào)度結(jié)果能很好地應(yīng)對(duì)調(diào)度周 期內(nèi)風(fēng)電的各種出力可能，同時(shí)保證調(diào)度結(jié)果具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
[0003] 模糊建模法是解決這一問(wèn)題的重要方法之一，采用模糊建模解決該問(wèn)題的基本思 想是決策者認(rèn)為風(fēng)電出力預(yù)測(cè)精度不高，因此在進(jìn)行調(diào)度安排時(shí)考慮其波動(dòng)性，通過(guò)建立 各優(yōu)化目標(biāo)的隸屬度函數(shù)從而使總發(fā)電費(fèi)用、系統(tǒng)功率平衡情況和旋轉(zhuǎn)備用水平等以滿足 決策者的期望，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化目的。然而，由于波動(dòng)范圍難以確定，因此調(diào)度結(jié)果的精確 性很大程度上取決于隸屬度函數(shù)的選擇是否合理，而隸屬度函數(shù)的參數(shù)確定又沒(méi)有一套相 對(duì)成熟的方法，一旦隸屬度函數(shù)參數(shù)選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致調(diào)度結(jié)果很難適應(yīng)風(fēng)電出力的較大 范圍波動(dòng)。
[0004] 場(chǎng)景法是解決含風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題的另一種常用方法，場(chǎng)景法主要根據(jù)歷史數(shù) 據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，將調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電的可能出力情況抽樣成若干典型場(chǎng)景，可以在較大范圍 內(nèi)模擬風(fēng)電的可能出力，因此調(diào)度結(jié)果對(duì)于風(fēng)電各種出力可能的適應(yīng)性較強(qiáng)。在使用場(chǎng)景 法時(shí)，場(chǎng)景規(guī)模過(guò)大會(huì)使得計(jì)算量太大而難于求解或無(wú)法求解，因此常通過(guò)場(chǎng)景縮減來(lái)簡(jiǎn) 化計(jì)算。但場(chǎng)景縮減的同時(shí)，會(huì)造成調(diào)度結(jié)果的精度下降，且縮減后的場(chǎng)景只能代表調(diào)度周 期內(nèi)的典型出力，不能完全模擬各種可能的出力情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決以上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì) 調(diào)度方法，本發(fā)明所述的調(diào)度方法綜合了模糊建模法和場(chǎng)景法的優(yōu)點(diǎn)，首先通過(guò)生成風(fēng)電 場(chǎng)的典型出力場(chǎng)景來(lái)模擬調(diào)度時(shí)段內(nèi)典型的風(fēng)電出力可能，然后通過(guò)模糊建模法在滿足火 電機(jī)組出力限制和爬坡率限制以及火電機(jī)組開停機(jī)時(shí)間限制等約束條件下尋找各火電機(jī) 組的最優(yōu)出力組合，使總發(fā)電費(fèi)用、各場(chǎng)景下的功率平衡和旋轉(zhuǎn)備用水平的滿意度最高，既 實(shí)現(xiàn)了調(diào)度結(jié)果對(duì)多個(gè)目標(biāo)的權(quán)衡，又保證了調(diào)度結(jié)果對(duì)各種風(fēng)電出力可能的適應(yīng)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述的方法具體包括以下步驟：
[0008] 步驟S1，根據(jù)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的概率分布特性，生 成調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)電可能的出力場(chǎng)景，并將場(chǎng)景縮減為S個(gè)。
[0009] 步驟S2,建立所述含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的數(shù)學(xué)模型，模型包 括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，其中，目標(biāo)函數(shù)包括總發(fā)電費(fèi)用、各場(chǎng)景下各時(shí)刻的功率平衡水平 和各場(chǎng)景下各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)備用水平，約束條件包括火電機(jī)組出力上下限約束、火電機(jī)組爬 坡率約束、火電機(jī)組最小開停機(jī)時(shí)間約束。
[0010] 步驟S3,對(duì)各目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行模糊化，分別建立總發(fā)電費(fèi)用的隸屬度函數(shù)μ τ。、各 場(chǎng)景下各時(shí)刻的功率平衡隸屬度函數(shù)μ ws(t)和各場(chǎng)景下各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)備用隸屬度函數(shù) y % s (t)。
[0011] 步驟S4,通過(guò)建立所述經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法數(shù)學(xué)模型的全局滿意度指標(biāo)λ將多目標(biāo)優(yōu) 化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，全局滿意度指標(biāo)為各隸屬度函數(shù)的最小值，即： λ = min[ μ "；，μ LD，s(t), μ SK，s(t)]，其中，時(shí)刻 t = 1，2,…，Τ，場(chǎng)景數(shù) s = 1，2,…，S, 則優(yōu)化的目標(biāo)就變成了使全局滿意度指標(biāo)λ最大。
[0012] 步驟S5,求解滿足步驟S2所述約束條件并使得步驟S4所述全局滿意度指標(biāo)λ最 大的經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果。
[0013] 所述的火電機(jī)組出力上下限約束為其中，Pi(t)為火電機(jī)組i 在時(shí)刻t的出力，/Tn和分別為火電機(jī)組i的最小出力和最大出力。
[0014] 所述的火電機(jī)組爬坡率約束為=PiU-D-DRi彡P(guān) i⑴彡P(guān)iU-IHURi,其中，DRi和 URi分別為火電機(jī)組i的向下爬坡率限制和向上爬坡率限制。
[0015] 所述的火電機(jī)組最小開停機(jī)時(shí)間約束為：

【權(quán)利要求】
1. 一種含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 步驟S1，根據(jù)調(diào)度周期內(nèi)風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和風(fēng)功率預(yù)測(cè)誤差的概率分布特性，生成調(diào) 度周期內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)可能的出力場(chǎng)景，并將場(chǎng)景縮減為S個(gè)。 步驟S2,建立所述含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法的數(shù)學(xué)模型，模型包括目 標(biāo)函數(shù)和約束條件，其中，目標(biāo)函數(shù)包括總發(fā)電費(fèi)用、各場(chǎng)景下各時(shí)刻的功率平衡水平和各 場(chǎng)景下各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)備用水平，約束條件包括火電機(jī)組出力上下限約束、火電機(jī)組爬坡率 約束、火電機(jī)組最小開停機(jī)時(shí)間約束。 步驟S3,對(duì)各目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行模糊化，分別建立總發(fā)電費(fèi)用的隸屬度函數(shù)μτ。、各場(chǎng) 景下各時(shí)刻的功率平衡隸屬度函數(shù)μws(t)和各場(chǎng)景下各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)備用隸屬度函數(shù) y%s(t)。 步驟S4,通過(guò)建立所述經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法數(shù)學(xué)模型的全局滿意度指標(biāo)λ將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn) 題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題：λ=min[μ"；，μuj，s(t)，μSK，s(t)]，其中，時(shí)刻t= 1，2,…，Τ， 場(chǎng)景數(shù)s= 1，2,…，S。 步驟S5,求解滿足步驟S2所述約束條件并使得步驟S4所述全局滿意度指標(biāo)λ最大的 經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2所述的約束條件表達(dá)為： 所述的火電機(jī)組出力上下限約束為： Fmm <Pi{?</；Γ'Χ 其中，Pi⑴為火電機(jī)組i在時(shí)刻t的出力，Zfm和^Tx分別為火電機(jī)組i的最小出力 和最大出力。 所述的火電機(jī)組爬坡率約束為： Pi (t-1) -DRi ^Pi (t) ^Pi (t-1) +URi 其中，DRi和URi分別為火電機(jī)組i的向下爬坡率限制和向上爬坡率限制。 所述的火電機(jī)組最小開停機(jī)時(shí)間約束為： ?Τ；" < X°n (?)γτ〇)Τ <χ〇)Τ ^ 其中，ΧΓW和W分別為火電機(jī)組i在時(shí)刻t的連續(xù)開機(jī)時(shí)間和連續(xù)停機(jī)時(shí)間， 和^^分別為火電機(jī)組i的最小連續(xù)開機(jī)時(shí)間和最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3所述的總發(fā)電費(fèi)用的隸屬度函數(shù) μTC表達(dá)為：
其中，μ表示在該時(shí)刻對(duì)應(yīng)于總發(fā)電費(fèi)用TC的總發(fā)電費(fèi)用隸屬度，TCtl為理想的總發(fā) 電費(fèi)用值，TCmax為最大可接受的總發(fā)電費(fèi)用值，理想的總發(fā)電費(fèi)用值和最大可接受的總發(fā) 電費(fèi)用值通常根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3所述的各場(chǎng)景下各時(shí)刻的功率平衡 隸屬度函數(shù)(t)表達(dá)為：
其中，μ 表示場(chǎng)景S下在t時(shí)刻對(duì)應(yīng)于總出力PD(t)的旋轉(zhuǎn)備用隸屬度，PD(t) N 為所有火電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的出力總和，即^)=Σ/:^)+%>(0,D(t)為當(dāng)前的實(shí)際負(fù)荷 /-1 需求，Dmin(t)和Dmax(t)為可接受的最大負(fù)荷波動(dòng)下限和上限。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3所述的各場(chǎng)景下各時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)備用 隸屬度函數(shù)ySK，s(t)表達(dá)為： 其中，ySK，s(t)表示場(chǎng)景
s下在t時(shí)刻對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)備用容量R(t)的旋轉(zhuǎn)備用隸屬 度，Rmin(t)為場(chǎng)景s下在t時(shí)刻可接受的最小旋轉(zhuǎn)備用值，可根據(jù)Rmin(t) =AD(t)確定； AD(t)可取一定比例的當(dāng)前負(fù)荷值，例如通?？梢匀?0%，即AD(t) =0.lXD(t) ;RQ，s(t) 為場(chǎng)景s下的理想旋轉(zhuǎn)備用值，可根據(jù)I^Jt) =AD(t)+Wj，s(t)確定。
6. 如權(quán)利要求3所述的總發(fā)電費(fèi)用TC,其特征在于，包括火電機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和啟動(dòng)費(fèi) 用兩部分，其表達(dá)為：
其中，T為調(diào)度周期內(nèi)的時(shí)段數(shù)，N為系統(tǒng)內(nèi)火電機(jī)組數(shù)量，πs表示場(chǎng)景s出現(xiàn)的概率；Ui (t)為火電機(jī)組i在時(shí)亥Ijt的啟停狀態(tài)，"1"表示啟云力，"0"表示停機(jī)；OCi [Pi (t)]表示火 電機(jī)組i在時(shí)刻t的運(yùn)行費(fèi)用；SCi (t)表示火電機(jī)組i在時(shí)t的啟停費(fèi)用。 運(yùn)行費(fèi)用OCi主要指在發(fā)電過(guò)程中消耗的燃料費(fèi)用，目前常用二次函數(shù)進(jìn)行擬合： OC^it^+bfi^ + aPrit) 其中，ai、bi和Ci均為燃料費(fèi)用系數(shù)。 啟動(dòng)費(fèi)用SCi主要指停運(yùn)機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)所消耗的燃料費(fèi)用，根據(jù)機(jī)組停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)短可 以將啟動(dòng)成本分為冷啟動(dòng)費(fèi)用和熱啟動(dòng)費(fèi)用，啟動(dòng)費(fèi)用可表達(dá)為：
其中，//Π<+7^，P為火電機(jī)組i的冷啟動(dòng)時(shí)間，SCf為火電機(jī)組i的熱啟動(dòng)費(fèi) 用，5Γ,('表示火電機(jī)組i的冷啟動(dòng)費(fèi)用。
7.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)備用容量R(t)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)備用容量R(t)表達(dá)為：
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK104239967SQ201410433338
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】劉吉臻, 王海東, 田亮, 李明揚(yáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)