基于运行可靠性的含风电电力系统优化调度研究

基于运行可靠性的含风电电力系统优化调度研究

张至 1 张广就 2 张成彬 2

1. 广西电网公司电力调度控制中心， 广西 南宁 530012

2.贵港供电局，广西 南宁 530012

摘要：随着我国社会体制的不断完善，越来越多的企业得到了迅速的发展，人们的生活水平得到了有效的提高，对于电能的需求也越来越大，我国的电力系统无法满足人民对于电力的需求。为了使风力发电能够为人们的生活正常的供电，电力调配部门在含风电电力系统的运行前需要对系统运行可靠性进行深入的研究，强化系统的功能。因此，文章通过对含风电电力系统运行可靠性及大规模风电并网对电力系统的影响概述，分析了电力系统优化调度模型，并对系统优化调度方法进行探讨。

关键词：运行可靠性；含风电电力系统；优化调度

目前在全球范围内都在大力的开展经济建设，出现了非常严重的能源消耗，并且加剧了对环境和生态的污染，因此人们开始越来越多的关注如何应用清洁能源。在这种情况下含风电电力系统受到了人们的重视，并且得到了有效应用。目前电力调度部门在含风电电力系统的运行中为了强化其系统功能，开始不断地分析电网在风电加入过程中受到的影响，并且立足于实践建立相应的优化调度系统，使得含风电电力系统运行的可靠性获得了极大的提升。

1含风电电力系统运行可靠性概述

目前环境和能源危机在世界范围内都在不断地加重，因此很多国家都开始研究风能的利用。在风能的开发和利用中风电的并网运行属于一个非常重要的发展趋势。作为一种绿色可再生资源，风电在电力公司的调度中属于首先要考虑的，随后再对剩下的传统的机组进行调度。然而风电本身具有随机性和不确定性等特点，所以国内外现在都在深入地研究含风电电力系统优化调度策略。之前的电力系统优化调度主要分为两种，也就是动态优化调度和静态优化调度，其中的动态优化调度主要是针对整个调度周期内各个时间段的联系进行考虑，因此能够将整个系统的运行状况很好地反映出来。因为风电具有随机变化的特性，所以要做好对风功率的预测，以不同的用电目的为依据可以将电力系统的可靠性划分为两种，也就是运行可靠性和规划可靠性。

其中运行可靠性最为主要的目的就是将可靠性判断依据提供给运行人员做调度决策，从而使电力系统运行的经济性、安全性和可靠性获得极大地提升。控制是针对含风电电力系统优化调度的最为重要的步骤，之所以如此，主要是由于系统会由于风电的不确定性和时序波动性而面临着运行风险。基于此，在运行可靠性方面对电力系统的优化调度方案受到风电并网的影响进行了深入地分析：①传统的能耗机组在被风电并网所取代之后，能够有效地降低系统的总运行费用；②因为风电本身的间歇性和波动性等因素的影响，其具有较低的容量可信度，会进一步地降低系统的运行可靠性。为了能够有效的降低风电并网的负面影响，就必须要做好对含风电电力系统的优化调度，也就是要在系统并入风电的时候确保不同的时段都具备超过或者等于系统在不含风电时的最低可靠性指标。

2大规模风电并网对电力系统的影响

通过上述分析，风电出力具有较强的波动性、间歇性和反调峰特性，当大规模风电并网后，给电力系统调度带来一定的困难，增加了调度管理的难度，进而影响电力系统的可靠性，对电力系统调度管理提出了新的要求。

2.1影响电力系统稳定性

风电出力的波动性对电力系统有功平衡造成一定影响，并引起频率波动，特别是在大规模风电并网时，这种波动可能造成较大的冲击，使频率调整难度增加。其次，风电的异步发电机、主变压器和其他电子设备均以负荷的形式出现在无功功率平衡中，无疑增加了电力系统无功负荷，如未提供额外的无功支持，则可能导致电网电压失稳。此外，风电大多建设在偏远地区，接入地区的电网容量较小，需要增压远距离外送，而在长距离输送中极易放大出力波动对无功电压特性的影响，进而使电压失稳风险加大，难以满足末端用户电压需求。

2.2影响电力系统可靠性

继电保护、安全自动装置及低频低压解列装置是电力系统的三道防线，通过一系列保护措施防范电网事故的发生，确保电力系统在事故发生后安全可靠运行，是电力系统的重要保证。然而，随着大规模风电并网，以往的三道防线已难以适应电力系统运行的需求，难以对间歇性的能源进行有效的控制，需要在安全防线配置和方法上做出相应的调整，以免出现保护误动作、低频减载误切负载等问题，影响电力系统可靠性和稳定性。

3电力系统优化调度模型分析

3.1优化调度模型的目标函数

可以将目标函数划分为两个部分，也就是机组启停成本和发电成本。作为一种自然资源，风电的成本量是不需要考虑的，但是风电具有极高的不稳定性，因此需要对功率进行约束主要分为以下几个方面：对功率平衡约束、发电机组的上下限输出功率约束、发电机爬坡约束、最小停运时间和最小运行时间约束、旋转备用约束。一般来说，不同系统之间对于约束具有不同的规定，需要根据系统中单机容量进行充分的考虑。

3.2风电并网对电力系统优化调度的影响

风电机组和其他传统机组不同，在国家能源政策中，电力系统往往会让风电机组优先并网。在进行电力系统调度时，因风电机组这一优势的影响，可能对传统机组产生替代效应，替换掉以前传统机组的部分，这样对整个电网调度运行都起到了优化效果。风电的替代效应可以减少系统的运行总体环境成本，但也有不利影响：电力系统的可靠性会降低，机组的投运风险指数显著攀升。

3.3运行可行性

根据以上调度模型，可以看出，此模型是在缺失对风电不确定性考虑的前提下建立的，因此存在非常大的风险，虽然已经有很多专家优化改进了这一模型，但依旧不能同时考虑风电的时序性和波动性。

3.4风电电力优化新策略

虽然通过增加投运风险约束措施的方法可以对电力系统运行过程产生的风险因素进行强有力的约束，但当前如何约束投运风险却得不到足够的参考和借鉴，从某种程度上来说，这一约束同样限制了对风电能源的正常使用。一般来说，风电一旦并网，应保证任一时段系统的运行可靠性都不会比在没有风电并入的情况下系统运行状态最差时的情况还要差。

4系统优化调度方法

随着我国计算机技术以及智能人工技术迅速的发展，越来越多的智能优化算法在诸多领域得到应用，并取得了显著的成果。我国在含风电电力系统优化调配中运用了模拟退火算法、差分进化算法、蚁群算法，使我国含风电电力系统的运行优化调配工作能够更好的开展。

4.1蚁群算法

蚁群算法不仅具有解的多样性，还具备正反馈的优势。如果将随机的扰动加入到蚁群算法中，能够有效的避免全局最优解受到局部最优解的干扰。

4.2模拟退火算法

模拟退火算法能够得到更加精准的计算结果，对局部搜索算法的优点进行了充分的继承。为了可以获得优化问题的最小值，在进行实际操作的过程中，需要完成一个非常复杂的选取参数的过程，并且严格控制其中退火过程的速度。一旦任意环节出现问题，可能导致最优解发生偏离，或者延长计算时间。

4.3差分进化算法

差分进化算法在对复杂问题进行处理的时候，具有较小的难度系数，能够对随机并行问题进行专业的求解。而且在应用的过程中比较方便，且具有较快的收敛速度，这些特点使差分进化算法能够计算较大的求解规模。

5结语

本文分析了基于运行可靠性的含风电电力系统的优化调度方法，虽然现阶段上述的方法都可以使小区域算法的各自的求解要求获得满足，然而还是具有一系列的问题：比如比较依赖模型的精确度，无法实现实时控制；具有比较严格的初始点要求；无法解决“维数灾”问题。因此未来还是需要对寻找最优方法进行不断地研究，逐步地完善含风电电力系统的优化调度方法。

参考文献：

[1]陈艳梅.考虑运行可靠性的含风电电力系统优化调度[J].大科技,2017(5).

[2]刘增庆.基于可靠性量化的含新能源电力系统两层协调优化调度策略研究[D].

[3]王敏,许建,潘永春.计及风电预测可靠性的含风电电力系统优化调度模型[J].广东电力,2017(4).