一種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種考慮調(diào)峰和爬坡需求的 兩階段源-荷調(diào)度方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 2014年6月7日國(guó)務(wù)院印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中，提出 堅(jiān)持"節(jié)約、清潔、安全"的戰(zhàn)略方針，把發(fā)展清潔低碳能源作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主攻方向。 雖然2014年全國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量已達(dá)到9637萬(wàn)千瓦，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的7%， 但全國(guó)風(fēng)電平均棄風(fēng)率達(dá)到8%，棄風(fēng)現(xiàn)象非常普遍，而在"三北"地區(qū)尤其突出，如何大規(guī) 模消納風(fēng)電已成為限制風(fēng)電發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
[0003] 風(fēng)電出力具有間歇性、隨機(jī)性和反調(diào)峰性的特點(diǎn)，因而需常規(guī)火電機(jī)組具備大幅 連續(xù)爬坡、深度調(diào)峰的能力，要求電力系統(tǒng)具有更加靈活的調(diào)節(jié)能力。調(diào)峰能力是制約風(fēng)電 消納的一個(gè)重要因素；而爬坡需求也在一定程度上制約了風(fēng)電的消納，當(dāng)負(fù)荷相鄰時(shí)段間 的差值或一定時(shí)間段內(nèi)連續(xù)增加（減小）的總量較大時(shí)，火電機(jī)組受爬坡速度和出力上下 限的限制，可能其總爬坡能力不能滿足要求，而風(fēng)電接入電力系統(tǒng)與負(fù)荷相減后，不僅會(huì)增 大負(fù)荷峰谷差，還會(huì)增大電力系統(tǒng)對(duì)于常規(guī)火電機(jī)組的爬坡需求。因此，如何提高電力系統(tǒng) 靈活調(diào)節(jié)能力，減小電力系統(tǒng)的調(diào)峰和爬坡需求，從而解決由于調(diào)峰和爬坡制約而產(chǎn)生棄 風(fēng)的問(wèn)題，是促進(jìn)風(fēng)電消納亟待解決的問(wèn)題。
[0004] 當(dāng)風(fēng)電接入電力系統(tǒng)后，從發(fā)電端進(jìn)行調(diào)整已難以應(yīng)對(duì)較高的調(diào)峰和爬坡需求， 而需求側(cè)資源主動(dòng)參與調(diào)節(jié)，將增加電力系統(tǒng)調(diào)解能力的靈活性。需求響應(yīng)是指電力終端 用戶根據(jù)不同時(shí)期的價(jià)格信號(hào)和激勵(lì)措施主動(dòng)發(fā)生的改變?nèi)粘Ｓ秒娔Ｊ降幕?dòng)方式。在智 能電網(wǎng)背景下，需求側(cè)被賦予越來(lái)越大的靈活性和彈性使其在電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮重要的 作用。需求響應(yīng)作為優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行的新的突破口，憑借其靈活的調(diào)節(jié)能力，在提高風(fēng)電利用 率方面有顯著的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已針對(duì)將需求響應(yīng)應(yīng)用于含風(fēng)電電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn) 行進(jìn)行了大量研究，如將需求響應(yīng)用于含風(fēng)電電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、緩解輸電阻塞、平抑風(fēng)電 波動(dòng)和提尚風(fēng)電節(jié)能減排效益等。
[0005] 發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足：
[0006] 上述研究均未從凈負(fù)荷曲線的角度考慮電力系統(tǒng)的調(diào)峰和爬坡需求對(duì)風(fēng)電利用 率的限制，未從平滑凈負(fù)荷曲線、減小含風(fēng)電電力系統(tǒng)調(diào)峰和爬坡需求的角度促進(jìn)風(fēng)電消 納；需求響應(yīng)一般被引入到電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度或機(jī)組組合模型中，并未單獨(dú)建立需求響應(yīng) 優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度方法及裝置，本發(fā)明 可有效提高風(fēng)電利用率，適用于含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)度，詳見(jiàn)下文描述：
[0008] -種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度方法，所述調(diào)度方法包括以下步 驟：
[0009] 根據(jù)凈負(fù)荷曲線的拐點(diǎn)對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行分區(qū)；基于凈負(fù)荷曲線分析電力系統(tǒng)的 調(diào)峰需求和各時(shí)段間的爬坡需求；
[0010] 對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化；
[0011]當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算完畢時(shí)，輸出優(yōu)化后的負(fù)荷曲線；
[0012] 基于優(yōu)化后的負(fù)荷曲線，利用二階段調(diào)度模型進(jìn)行日前調(diào)度；
[0013] 當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果合理，即滿足所有約束條件時(shí)，輸出調(diào)度的結(jié)果，流程結(jié)束。
[0014] 其中，所述調(diào)度方法還包括：
[0015]當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算尚未完畢時(shí)，繼續(xù)對(duì)未計(jì)算的分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu) 化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0016] 其中，所述調(diào)度方法還包括：
[0017] 當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果不合理，即不滿足任一約束條件時(shí)，重新對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段 激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0018] 其中，所述一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型包括：
[0019] 第一目標(biāo)函數(shù)、各節(jié)點(diǎn)響應(yīng)量的上下限約束、凈負(fù)荷的上下限約束、各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的 總響應(yīng)量約束以及相鄰時(shí)段間和區(qū)間爬坡需求約束。
[0020] 其中，所述二階段調(diào)度模型包括：
[0021 ] 第二目標(biāo)函數(shù)、功率平衡約束、火電機(jī)組出力約束、火電機(jī)組爬坡約束、風(fēng)電機(jī)組 出力約束以及旋轉(zhuǎn)備用約束。
[0022] -種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度裝置，所述調(diào)度裝置包括：
[0023] 分區(qū)模塊，用于根據(jù)凈負(fù)荷曲線的拐點(diǎn)對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行分區(qū)；
[0024] 分析模塊，用于基于凈負(fù)荷曲線分析電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求和各時(shí)段間的爬坡需 求；
[0025] 第一優(yōu)化模塊，用于對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲 線進(jìn)行優(yōu)化；
[0026] 第一輸出模塊，用于當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算完畢時(shí)，輸出優(yōu)化后的負(fù)荷曲線；
[0027] 調(diào)度模塊，用于基于優(yōu)化后的負(fù)荷曲線，利用二階段調(diào)度模型進(jìn)行日前調(diào)度；
[0028] 第二輸出模塊，用于當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果合理，即滿足所有約束條件時(shí)，輸出調(diào)度的結(jié) 果，流程結(jié)束。
[0029] 其中，所述調(diào)度裝置還包括：
[0030] 第二優(yōu)化模塊，用于當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算尚未完畢時(shí)，繼續(xù)對(duì)未計(jì)算的分區(qū)利用一階 段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0031] 其中，所述調(diào)度裝置還包括：
[0032] 第三優(yōu)化模塊，用于當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果不合理，即不滿足任一約束條件時(shí)，重新對(duì)每 個(gè)分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0033] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明將負(fù)荷與風(fēng)電預(yù)測(cè)出力進(jìn)行擬合得 到凈負(fù)荷曲線，分析其爬坡需求和調(diào)峰需求，引入激勵(lì)型需求響應(yīng)模型，建立一階段需求響 應(yīng)優(yōu)化模型，對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行修正，可有效降低系統(tǒng)的調(diào)峰和爬坡需求；在得到優(yōu)化后的 負(fù)荷曲線基礎(chǔ)上，建立二階段計(jì)及火電機(jī)組備用成本的日前調(diào)度模型，可有效提高風(fēng)電利 用率，優(yōu)化分配發(fā)電資源，適用于含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)度。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為一種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度方法的流程圖；
[0035] 圖2為激勵(lì)型需求響應(yīng)階梯報(bào)價(jià)曲線圖；
[0036] 圖3為實(shí)施例中凈負(fù)荷曲線對(duì)比圖；
[0037] 圖4為一種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖5為第二優(yōu)化模塊的示意圖；
[0039] 圖6為第三優(yōu)化模塊的示意圖。
[0040] 1 :分區(qū)模塊； 2 :分析模塊；
[0041] 3 :第一優(yōu)化模塊； 4:第一輸出模塊；
[0042] 5 :調(diào)度模塊； 6 :第二輸出模塊；
[0043] 7 :第二優(yōu)化模塊； 8 :第三優(yōu)化模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0045] 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述可知，分析風(fēng)電接入后電力系統(tǒng)調(diào)峰需求和爬坡需求，利 用需求響應(yīng)對(duì)兩種需求進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)，對(duì)于風(fēng)電消納問(wèn)題具有重要研究意義。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] -種考慮調(diào)峰和爬坡需求的兩階段源-荷調(diào)度方法，參見(jiàn)圖1，該調(diào)度方法包括以 下步驟：
[0048] 101 :根據(jù)凈負(fù)荷曲線的拐點(diǎn)對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行分區(qū)；基于凈負(fù)荷曲線分析電力 系統(tǒng)的調(diào)峰需求和各時(shí)段間的爬坡需求；
[0049] 102 :對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化；
[0050] 103 :當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算完畢時(shí)，輸出優(yōu)化后的負(fù)荷曲線；
[0051] 104:基于優(yōu)化后的負(fù)荷曲線，利用二階段調(diào)度模型進(jìn)行日前調(diào)度；
[0052] 105:當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果合理，即滿足所有約束條件時(shí)，輸出調(diào)度的結(jié)果，流程結(jié)束。
[0053] 其中，該調(diào)度方法還包括：
[0054]當(dāng)所有分區(qū)計(jì)算尚未完畢時(shí)，繼續(xù)對(duì)未計(jì)算的分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu) 化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0055] 進(jìn)一步地，該調(diào)度方法還包括：
[0056] 當(dāng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果不合理，即不滿足任一約束條件時(shí)，重新對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段 激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化。
[0057] 其中，一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型包括：
[0058] 第一目標(biāo)函數(shù)、各節(jié)點(diǎn)響應(yīng)量的上下限約束、凈負(fù)荷的上下限約束、各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的 總響應(yīng)量約束以及相鄰時(shí)段間和區(qū)間爬坡需求約束。
[0059] 其中，二階段調(diào)度模型包括：
[0060] 第二目標(biāo)函數(shù)、功率平衡約束、火電機(jī)組出力約束、火電機(jī)組爬坡約束、風(fēng)電機(jī)組 出力約束以及旋轉(zhuǎn)備用約束。
[0061] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)上述步驟101-步驟105提高了風(fēng)電利用率，優(yōu)化分 配了發(fā)電資源，適用于含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)度。
[0062] 實(shí)施例2
[0063] 下面結(jié)合具體的計(jì)算公式、例子對(duì)實(shí)施例1中的方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，詳見(jiàn)下文描 述：
[0064] 201 :讀取風(fēng)電預(yù)測(cè)出力、負(fù)荷和電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；將電力系統(tǒng)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線與 風(fēng)電預(yù)測(cè)曲線相減，得到常規(guī)火電機(jī)組的凈負(fù)荷曲線；根據(jù)凈負(fù)荷曲線的拐點(diǎn)對(duì)凈負(fù)荷曲 線進(jìn)行分區(qū)；基于凈負(fù)荷曲線分析電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求和各時(shí)段間的爬坡需求，計(jì)算凈負(fù) 荷曲線的峰谷差和各時(shí)段、各分區(qū)的爬坡需求；
[0065] 202 :對(duì)每個(gè)分區(qū)利用一階段激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化；
[0066] 其中，對(duì)含大規(guī)模風(fēng)電電力系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行優(yōu)化修正，在減小火電機(jī)組爬坡 需求的同時(shí)，減小負(fù)荷峰谷差，提高系統(tǒng)的調(diào)峰能力，進(jìn)而促進(jìn)風(fēng)電消納。
[0067] 定義凈負(fù)荷曲線中，曲線變化趨勢(shì)發(fā)生變化的點(diǎn)為凈負(fù)荷曲線的拐點(diǎn)。對(duì)于火電 機(jī)組的爬坡需求，相鄰時(shí)段間與相鄰拐點(diǎn)間的爬坡需求都需要進(jìn)行考慮。按照凈負(fù)荷曲線 拐點(diǎn)位置，將曲線進(jìn)行分區(qū)，相鄰兩拐點(diǎn)間視為一個(gè)區(qū)間，對(duì)區(qū)間內(nèi)所有相鄰時(shí)段間的爬坡 需求和整個(gè)區(qū)間整體爬坡需求進(jìn)行考慮，利用激勵(lì)型需求響應(yīng)優(yōu)化模型對(duì)曲線進(jìn)行處理， 從而使爬坡需求滿足火電機(jī)組的爬坡能力；根據(jù)凈負(fù)荷上下限調(diào)節(jié)峰谷差，進(jìn)而提高電力 系統(tǒng)的調(diào)峰能力。
[0068] 其中，本發(fā)明實(shí)施例以需求響應(yīng)的補(bǔ)償成本最小為目標(biāo)對(duì)響應(yīng)量進(jìn)行分配，第一 目標(biāo)函數(shù)為：
[0069]
[0070] 其中，tk為凈負(fù)荷曲線的第k個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間；tk+1為第k+1個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間； tl為時(shí)間；Nb為需求響應(yīng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；b為需求響應(yīng)節(jié)點(diǎn)號(hào)；FIDRAtl為需求響應(yīng)的補(bǔ)償成本。
[0071] 補(bǔ)償成本采用階梯報(bào)價(jià)，參照?qǐng)D2,縱軸對(duì)應(yīng)報(bào)價(jià)曲線各分段的價(jià)格ro，橫軸對(duì)應(yīng) 需求響應(yīng)的變化量AD，陰影部分為響應(yīng)成本。各響應(yīng)節(jié)點(diǎn)b的補(bǔ)償成本為：
[0072]
[0073] 其中，N,為需求響應(yīng)報(bào)價(jià)曲線的總分段數(shù)；j為需求響應(yīng)報(bào)價(jià)曲線中第j段； PDb,jit#PAdb,jitl分別為tl時(shí)亥IJ需求響應(yīng)報(bào)價(jià)曲線第j段的單位