一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電力系統(tǒng)調(diào)度運行方法，具體設(shè)及一種最優(yōu)日前備用容量的確定 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風能作為一種無污染的可再生能源得到了快速的發(fā)展。然而大規(guī)模風電 并網(wǎng)后，由于風電出力的間歇性、波動性和不可控性，風電場提供給調(diào)度部口風電功率預測 曲線與實際的風電出力曲線存在較大的誤差，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，需要增加備用 容量來應(yīng)對因預測誤差引起的功率差額，但該大大增加了系統(tǒng)的運行成本。
[0003] 另外，負荷不確定性和傳統(tǒng)機組的隨機停運也是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要因素。 并且隨著需求響應(yīng)項目的實施，用戶側(cè)基于電價或激勵所做出的響應(yīng)行為也存在不確定 性，該使得負荷的不確定來源除了預測精度有限帶來的預測值和實際值的偏差外，還包括 用戶側(cè)需求響應(yīng)的不確定。
[0004] 系統(tǒng)備用容量是在保證供應(yīng)的系統(tǒng)負荷之外的備用容量，是用W滿足除了在每小 時需要調(diào)整的計劃系統(tǒng)負荷外的隨時變化的負荷波動，W及負荷預計誤差、設(shè)備的意外停 運和風電預測偏差等所需的額外有功容量。為保證電力系統(tǒng)在出現(xiàn)設(shè)備故障、機組檢修、負 荷波動等情況下仍能正常運行，系統(tǒng)必須預留一定的備用容量，來提高系統(tǒng)運行的可靠性 和經(jīng)濟性，W保證系統(tǒng)在受到一定范圍的擾動時，平穩(wěn)的過渡到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。電力系 統(tǒng)的風險和系統(tǒng)備用容量的大小有著密切的聯(lián)系，備用容量過小會增大停電風險，可能造 成嚴重的社會經(jīng)濟損失，備用容量足夠大則可W降低停電風險，但同時可能造成資源的浪 費。
[0005] 在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)的安全可靠經(jīng)濟運行，通常在電力系統(tǒng)調(diào)度 中預留一定的備用容量。我國《電力系統(tǒng)穩(wěn)定導則》下簡稱《導則》）規(guī)定，備用容量為 最大負荷的10%或最大機組容量。然而"負荷百分比"和"最大單機容量"該樣的確定性旋 轉(zhuǎn)備用準則無法反映元件隨機停運、負荷、風電出力等不確定因素的影響，并且很難滿足風 電并網(wǎng)規(guī)模日益增大的電力系統(tǒng)，同時不具有良好的經(jīng)濟性。
[0006] 綜合考慮各種不確定因素的影響，制定合理的系統(tǒng)備用容量配置方法，在保證系 統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時兼顧經(jīng)濟性，是目前電網(wǎng)和調(diào)度十分關(guān)屯、的問題。國內(nèi)外對系統(tǒng)不 確定因素對備用容量的影響已有一些研究，但存在W下問題；沒有全面地考慮負荷（包括 負荷側(cè)需求響應(yīng)）、風電及傳統(tǒng)機組停運等不確定因素；僅研究抵御失負荷風險的正備用， 而忽略了實際風電功率過高所需的負備用；僅從系統(tǒng)可靠性或經(jīng)濟性單方面考慮系統(tǒng)備用 容量的確定，未做到兼顧可靠性和經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法， 本發(fā)明綜合考慮負荷預測偏差、用戶側(cè)需求響應(yīng)不確定性、風力發(fā)電預測偏差及機組強迫 停運等因素，最小化失負荷成本/切風成本和備用獲取成本，從安全性和經(jīng)濟性兩方面確 定電力系統(tǒng)正負備用容量。本發(fā)明提供一套更為科學與全面地系統(tǒng)備用確定方法，為電力 系統(tǒng)調(diào)度、運行控制人員提供快速判別系統(tǒng)日前備用容量的方法，為電力系統(tǒng)調(diào)度人員根 據(jù)系統(tǒng)要求合理地安排備用提供理論依據(jù)，確保電力系統(tǒng)經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定地運行。
[000引為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0009] -種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，所述方法包括如下步驟：
[0010] (1)分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計及需求響應(yīng)的負荷、風電和傳 統(tǒng)機組的不確定數(shù)學模型；
[0011] (2)確定供電裕度概率分布函數(shù)；
[0012] (3)通過失負荷成本、切風懲罰指標和正負備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備 用容量。
[0013] 優(yōu)選的，所述負荷的不確定數(shù)學模型通過日前負荷預測和基于電價的需求響應(yīng)量 來確定；
[0014] 所述日前負荷預測是基于歷史負荷數(shù)據(jù)，運用負荷預測方法，預測未來24小時的 負荷值，負荷預測存在偏差，由下式表示
[00巧]
【主權(quán)項】
1. 一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計及需求響應(yīng)的負荷、風電和傳統(tǒng)機 組的不確定數(shù)學模型； (2) 確定供電裕度概率分布函數(shù)； (3) 通過失負荷成本、切風懲罰指標和正負備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備用容 量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述負荷的不確定數(shù)學模型通過日前負荷 預測和基于電價的需求響應(yīng)量來確定； 所述日前負荷預測是基于歷史負荷數(shù)據(jù)，運用負荷預測方法，預測未來24小時的負荷 值，負荷預測存在偏差，由下式表示 K=1Z +￡1 ⑴ 式中Ita為實際負荷；L \為預測負荷；4為負荷預測偏差，該偏差為服從均值為0、方 差為(<)2的正態(tài)分布的隨機變量；標準方差由下式計算 (7：=^,/100 C2) 式中k為與預測方法的精度有關(guān)的參數(shù)； 所述基于電價的需求響應(yīng)量是指考慮峰平谷電價的實施，在預測負荷的基礎(chǔ)上，各時 段負荷發(fā)生的轉(zhuǎn)移量，轉(zhuǎn)移量按彈性矩陣計算：
其中，Efn，m、Epn，m、E gn，m分別為分時電價下第n個用戶第m天峰、平、谷時段的總用電量； Efn，/、Epn，m' Jgn，/分別為僅實施統(tǒng)一電價情況下，第n個用戶第m天峰、平、谷時段的總 用電量；Pf、P p、P#別為峰、平、谷時段對應(yīng)的峰、平、谷電價；e f、^分別為居民用戶 峰、平、谷時段的自彈性系數(shù)，當無平時段時，％=〇, e fp、efg、epf、epg、egf、E gp分別為 峰-平、峰-谷、平-峰、平-谷、谷-峰、谷平交叉彈性系數(shù)，當無平時段時，efp= epf = ePg= e gp= °°
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，風電的不確定模型主要考慮風電預測精度 有限帶來的預測偏差，實際風電出力表示為： ⑷ 式中為實際風電出力；巧為日前預測風電出力；4為風電預測偏差，該偏差為服 從均值為0、方差為(h.)2的正態(tài)分布的隨機變量，該標準方差由下式計算：
式中：W1S風電場總裝機容量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，建立傳統(tǒng)機組的不確定模型步驟如下： A、 得到單臺機組容量停運表； B、 通過卷積定理求解所有傳統(tǒng)機組的容量停運表； C、 由容量停運表得到傳統(tǒng)機組最大供電能力分布表，即建立傳統(tǒng)機組的不確定模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟（2)中將負荷、風電和傳統(tǒng)機組三 個獨立的數(shù)據(jù)模型進行卷積，得到供電裕度的概率分布函數(shù)：
式中W為風電出力變量，w為風電出力變量；G為傳統(tǒng)機組最大供電能力變量，g為傳統(tǒng) 機組最大供電能力變量；L為負荷變量，1為負荷變量;M為系統(tǒng)供電裕度，m為系統(tǒng)供電裕 度變量；M = W+G+(-L);這里W，G，L是三維隨機變量，且相互獨立，M仍為隨機變量；PW (W = w)為風電出力概率分布函數(shù)，Pe(G = g)為傳統(tǒng)機組出力概率分布函數(shù)，PJL = 1)為負荷 概率分布函數(shù)； 供電裕度大于零，說明系統(tǒng)能滿足負荷需求；供電裕度小于零，發(fā)電系統(tǒng)不能完全滿足 負荷的需求，出現(xiàn)電力供應(yīng)不足的情況。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述步驟（3)中優(yōu)化正負備用容量的目標函 數(shù)和約束條件如下： 目標函數(shù)1
值；f(m)為供電裕度的概率分布函數(shù)；VOLL為失負荷價值，單位元/MW，通過對用戶進行調(diào) 查統(tǒng)計的形式得到； 正備用容量約束 <R：<RlmVi^N 其中，gmax和<_分別為第i個用戶提供的正備用容量的上下限； 目標函數(shù)2
罰項，由切風量的期望值和切風懲罰系數(shù)CUT計算，CUT的單位是元/MW ;PW為備用優(yōu)化時 段的風電出力期望值； 負備用容量約束 VjgM 其中，^<max和^^_分別為第j個用戶提供的負備用容量的上下限。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種最優(yōu)日前備用容量的確定方法，該方法包括：(1)分析影響系統(tǒng)備用容量的不確定性因素，建立計及需求響應(yīng)的負荷、風電和傳統(tǒng)機組的不確定數(shù)學模型；(2)確定供電裕度概率分布函數(shù)；(3)通過失負荷成本、切風懲罰指標和正負備用容量成本，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)備用容量。本發(fā)明綜合考慮了影響備用的不確定因素，建立了各影響因素與系統(tǒng)備用需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使日前備用容量的確定更為準確合理。研究用戶側(cè)需求響應(yīng)對系統(tǒng)備用優(yōu)化結(jié)果的影響，分析需求響應(yīng)項目在減少備用容量需求方面的作用。在風險度選擇和備用容量之間進行權(quán)衡，確定系統(tǒng)日前的最優(yōu)正負備用容量。
【IPC分類】H02J3-00
【公開號】CN104821581
【申請?zhí)枴緾N201510264118
【發(fā)明人】楊勝春, 王蓓蓓, 唐楠, 於益軍, 馮樹海, 王珂, 郭曉蕊, 周競, 李亞平, 曾丹, 石飛, 劉建濤, 毛文博
【申請人】中國電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司, 東南大學, 國網(wǎng)寧夏電力公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月22日