電力系統(tǒng)源、網協(xié)同調度的理論研究.pdf

1、可耗竭資源日趨緊張，環(huán)境污染、氣候變化等問題日益突出，能源清潔化變革勢在必行，迫使電力系統(tǒng)向清潔環(huán)保、經濟高效的智能化方向發(fā)展。新形勢下，電力系統(tǒng)源（發(fā)電和負荷）網間呈現(xiàn)多元、關聯(lián)、互補的復雜形態(tài)，電力系統(tǒng)調度運行面臨突出矛盾，即源平衡過程中面臨強不確定性接納能力、電能傳輸能力、電網電壓支撐水平的考驗。
　　實現(xiàn)源平衡是電力系統(tǒng)調度與控制的目標，如何實現(xiàn)調控一體，即在調度中考慮控制，控制中計及調度是電力系統(tǒng)消納不確定性的關鍵，充分

2、挖掘電力系統(tǒng)的頻率、電壓調節(jié)效應，源網互補特性以及電壓支撐的協(xié)同潛力可有效提升不確定性下源平衡能力。
　　基于此，本文以應對不確定性為背景，以處理源間、源網間矛盾為目的，以頻率、電壓為線索，以協(xié)同概念為引導，以數學優(yōu)化理論為工具，以源協(xié)同、源網協(xié)同優(yōu)化為核心，開展了應對源平衡過程中不確定性的電力系統(tǒng)源、網協(xié)同調度的基礎理論和方法的研究工作，該工作也是國家自然科學基金項目“電力系統(tǒng)協(xié)同調度的理論研究”的重要組成部分。本文的主要工作和

3、創(chuàng)新成果如下:
　　(1)提出了應對不確定性的電力系統(tǒng)協(xié)同調度的構架體系。首先給出了源、網的定義，就電力系統(tǒng)調度中的協(xié)同潛力及其支撐技術予以分析，然后給出了進行協(xié)同調度理論研究的理由，那就是電力系統(tǒng)運行中存在頻率、電壓調節(jié)的協(xié)同效應，以及智能電網柔性控制技術的出現(xiàn)，為挖掘電網智能化技術在電力系統(tǒng)調度中的潛能提供了條件。由此明確協(xié)同調度的關鍵問題，并明晰協(xié)同調度研究的思路，進而提出電力系統(tǒng)協(xié)同調度理論體系。理論問題的凝練為后續(xù)的電力

4、系統(tǒng)源、網協(xié)同調度建模奠定了理論基礎。
　　(2)針對不確定性背景下源平衡過程中源間的矛盾，提出了計及頻率調節(jié)效應的源協(xié)同調度模型，該模型發(fā)揮頻率調節(jié)效應的合作作用以在決策層面上挖掘系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力，并考慮發(fā)電機組備用響應機制，使備用有明確的對象，實現(xiàn)調度與控制的友好銜接。所提模型在數學上為含可變參數區(qū)間的魯棒優(yōu)化問題，具有較大的復雜度，為簡化模型解算規(guī)模，給出約束縮減方法，基于強對偶理論采用互補形式表達以提取主導約束，

5、并將其轉化為確定性的雙線性規(guī)劃問題予以求解。最后，算例分析說明了所提方法消納不確定性的有效性以及較高的模型解算效率。
　　(3)針對不確定性背景下電壓支撐、電壓調節(jié)效應對經濟調度的影響，在分析電壓支撐影響源平衡機理的基礎上，提出了計及電壓調節(jié)效應的協(xié)同調度模型，該模型在源平衡決策中計及電壓調節(jié)效應，備用策略直接對應控制技術的實現(xiàn)，統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，目的在于挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對該模型，給出了帶精英策略的

6、快速非支配排序遺傳算法和蒙特卡洛模擬非線性優(yōu)化組合求解方法。算例分析表明了調度中計及電壓調節(jié)效應以增強源平衡能力的正確性和有效性。
　　(4)在明晰不確定性下機組組合問題的基礎上，提出了計及電壓調節(jié)效應的機組組合模型，其在網協(xié)同調度模型中進一步考慮發(fā)電機組啟停決策，并統(tǒng)籌考慮源平衡及其電壓支撐，以挖掘電力系統(tǒng)消納不確定性的協(xié)同能力。針對該模型，給出了基于奔德斯分解的求解思路，即將該模型分解為主問題和子問題，主問題是計及直流網絡約束

7、的機組組合問題，用以決策發(fā)電機組啟停狀態(tài)和調度的有功功率，并以此作為復雜變量形成主、子問題之間的關聯(lián)，子問題則為各場景下的電壓支撐決策問題，用以校驗各場景下的電壓安全和網絡約束。算例分析揭示了電壓支撐、電壓調節(jié)效應影響機組啟停狀態(tài)的機理并表明了考慮電壓調節(jié)效應的機組組合決策提升不確定性下源平衡能力的有效性。
　　(5)針對新形勢下源平衡過程中的電網電壓支撐面臨雙向流、輕載以及與基于直流潮流的電網結構優(yōu)化的協(xié)調等問題，在分析電網電壓

8、支撐的基礎上，聚焦研究間接主動量的合作機制，構建了計及柔性電網結構的電壓支撐決策模型，將電網結構參數調整納入決策，并出于安全角度考慮變壓器過負荷閉鎖調檔限制。針對該模型，給出了由遺傳算法和非線性原對偶內點法相結合的求解方法。結合算例分析表明了通過優(yōu)化電網結構有效提升了源平衡的電壓支撐能力。
　　(6)針對不確定性背景下源平衡實現(xiàn)需要滿足電壓支撐水平的電網問題，以同時處理源間、源網間矛盾為目的，開展了網與源平衡間關聯(lián)的研究，提出了源

9、網間協(xié)同的安全經濟調度模型，其核心是在協(xié)調源安全經濟調度的同時，充分考慮網絡的電氣規(guī)律，融入網絡拓撲結構的合作以有效應對電壓支撐水平和電網元件載流限制，實現(xiàn)滿足限定電壓支撐水平下的源協(xié)同調度。針對該模型，給出了由遺傳算法和非線性原對偶內點法相結合的求解思路。算例分析表明了所提源網間協(xié)同的安全經濟調度方法提升不確定性下以電為媒介的源平衡能力以及經濟性的有效性。
　　綜上所述，本文就電力系統(tǒng)源、網協(xié)同調度問題進行了探索和研究，提出了相