[发明专利]一种基于风电出力预测误差的滚动优化调度方法

权利要求书

1.一种基于风电出力预测误差的滚动优化调度方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：通过对日前风电出力进行预测，以传统机组运行成本和针对风电不确定性的备用购买成本最低为目标函数，满足电力系统约束，通过最优化确定相应机组的输出功率计划值，以及风电备用容量大小；

步骤2：从时间和功率两个角度对风电预测误差的不确定性进行建模分析，推导出风电预测误差概率密度函数的具体表达形式，并利用风电平均预测误差与提前预测时间之间的关系求得相应的风电预测误差标准差；

步骤3：通过对日内风电出力进行滚动预测，并将其带入风电预测误差概率密度函数的具体表达形式，求得不同时间断面下不同功率的风电预测误差概率密度函数具体形式；

步骤4：利用日前制定的正、负旋转备用作为风电预测误差概率密度函数具体形式中的基准，计算日内正旋转备用高估成本、正旋转备用低估成本、负旋转备用高估成本、负旋转备用低估成本，并加入日内滚动调度层中；

步骤5：以正旋转备用高估成本、正旋转备用低估成本、负旋转备用高估成本、负旋转备用低估成本、滚动调整成本最低为日内调度层的目标函数，满足机组各时间断面爬坡率约束、旋转备用容量约束，以日前计划层的结果为基础优化求解；

正、负旋转备用高、低估成本表示为：

其中，C_W是风电正旋转备用高估成本、正旋转备用低估成本、负旋转备用高估成本、负旋转备用低估成本的总和；是正旋转备用高估单位成本；是正旋转备用低估单位成本；是负旋转备用高估单位成本；是负旋转备用低估单位成本；ε_w,t表示风电预测随机误差；

若在日前计划的基础上每个最小调度时段滚动更新n次，则滚动更新周期为(n+1)Δt，Δt为最小分辨率调度时间尺度，则每个调度时段更新n次的滚动修正成本表示为：

其中，α₁，α₂，…，α_n分别表示1～n次滚动修正的系数；表示1～n次滚动修正的成本；

正、负旋转备用容量约束表示如下：

式中：k为提前预测时间，单位为min，k＝iΔt(i＝1,2,3)；Δt为最小时间分辨率；β₅、β₆为置信度水平；

采用直流潮流法来计算电网的潮流，此约束体现在日内调度层线路传输容量约束条件中，表示为：

式中：假设每一条线路不超过其最大传输容量的置信度水平为β_l,t；D_l,i、D_l,w、D_l,m分别为关于机组i、风电机组w和负荷m的线路传输分布因子；D_l,i为第l个传输断面潮流对第i台常规发电机组的转移分布因子；D_l,w为第l个传输断面潮流对第w个风电场的转移分布因子；D_l,m为第l个传输断面潮流对第m个节点负荷的转移分布因子；

本方法用正态分布对风电预测误差进行描述，假设风电预测误差服从于N(0,σ²)的标准正态分布，且其方差随预测提前时间长短有关，以某个时间断面为例列写表达式(1)：

式(1)中：μ_w为风电预测误差期望值，服从于标准正态分布；σ_w为风电预测标准差；ε_w为某个预测时间断面t的预测误差，其具体可表示为：

式(2)中：为时间断面t时的风电实际出力值，P_w(t)为时间断面t时的风电预测出力值；

风电预测标准差与风电预测功率之间的关系如式(6)：

其中，σ(t+k|t)为t时刻预测t+k时刻的风电预测标准差；P_w(t+k|t)为t时刻预测t+k时刻的风电预测功率值；

本方法结合风电预测误差特点从时间和功率两个角度，对风电预测标准差与风电预测功率之间的关系进行推导：

首先对风电预测误差进行离散化处理如式(3)：

式(3)中：ε_w(t+k|t)为风电预测绝对误差，表示t时刻预测t+k时刻的风电绝对预测误差；e_w(t+k|t)为风电预测平均相对误差；P_w(t+k|t)为t时刻预测t+k时刻的风电预测功率值；n为离散化处理的分段数；

将风电预测误差视作连续性随机变量，利用风电预测误差概率密度函数对风电绝对预测误差进行描述，如式(4)：

通过联立(3)、(4)两式得到风电预测功率与预测时间尺度和预测功率大小之间的函数关系，表示如下

从而得到风电预测标准差与风电预测功率之间的关系如式(6)：

日前计划层优化调度模型目标函数的表示为：

式(7)中：N为常规火电机组数目；T为调度周期；下标i表示第i台机组；上标t和t-1分别表示第t或t-1时刻；C_FC为传统火电机组的燃料成本，用二次函数来表示火电机组的经济性，a_i、b_i、c_i分别为二次项、一次项和常数项对应的系数；C_U为火电机组启停成本；C_W,R为向发电商单独购买的风电备用容量成本；P_g,i,t是常规火电机组出力；c_st、c_end分别为开机、关机成本系数；p_t、q_t分别为风电备用容量购买成本系数；为机组出力状态变量，为1表示有出力，为0表示无出力；Δt为调度时间间隔；和分别表示针对风电的正、负旋转备用；

日前计划层优化调度模型的约束条件为：

式(8)为系统功率平衡约束，式(9)-(10)为传统火电机组输出功率约束，式(11)-(12)为火电机组爬坡率约束，式(13)-(14)为火电机组启停约束，式(15)为机组启停状态约束，式(16)为电力系统潮流约束；其中，N_w为风电场数量；P_w,k,t为风电场k在t时刻的发电功率；USR_i,t、DSR_i,t分别是传统机组为负荷配置的正、负旋转备用容量；分别为机组i的最大、最小功率限值；r_u,i、r_d,i分别为机组i的向上、下爬坡率；TU_i、TD_i分别为机组i的最小启停时间；分别为机组i在m时刻的启停状态标志；β₁,β₂，β₃，β₄分别是机会约束的置信度值；P_g,l,t和P_d,l,t分别表示l节点的有功出力和有功负荷；Q_g,l,t和Q_d,l,t分别表示l节点的无功出力和无功负荷；G_ls表示ls支路的电导；B_ls表示ls支路的电纳；θ_ls表示节点l和节点s的功角差；

本方法还包括含随机变量的机会约束条件处理，对于正、负旋转备用高估、低估成本的计算采用对C_W中决策变量R_W求偏导数的方法进行转化计算：

风电正旋转备用高估和低估成本转化：

式中，cdf(.)为累积概率分布函数；pdf(.)概率密度函数；为正旋转备用浪费惩罚系数，为中断负荷的补偿成本系数；

风电负旋转备用高估和低估成本转化：

式中为负旋转备用浪费惩罚系数；为弃风惩罚系数。