[发明专利]计及灵活性的含风电电力系统随机优化调度方法

权利要求书

1.一种计及灵活性的含风电电力系统随机优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据含风电电力系统所在地区的风电历史运行数据，采用混合高斯模型建立风电波动概率模型f(Δw)：

式中：Δw为风电功率波动量；M为混合高斯成分的个数；N_m(Δw,μ_m,σ_m)为第m个高斯成分；ω_m、μ_m、σ_m分别第m个高斯成分的权重系数、均值及标准差；

步骤2：基于风电波动概率模型，结合负荷预测波动量ΔP_l,t，得到t时段系统灵活性需求概率模型f′(FR_t)：

式中：ΔP_l,t为t时段的负荷预测波动量，l表示负荷；FR_t为t时段灵活性需求；N′_m(FR_t；-μ_m+ΔP_l,t,σ_m)为第m个高斯成分；

步骤3：根据火电机组、储能和可中断负荷的运行特性建立系统各时段的向上、向下灵活性供给模型分别为：

式中：F_t^up、F_t^dn分别为系统t时段的上调、下调灵活性；N_g、N_s、N_IL分别为系统中火电机组、储能、可中断负荷的总数；分别为火电机组i在t时段的上调、下调灵活性；P_g,i,max、P_g,i,min、P_g,i,t分别火电机组i在t时段的出力上限、下限和在t时段的出力；和分别为火电机组i在t时段的向上和向下爬坡能力；和分别为储能j在t时段的上调、下调灵活性；P_C,j,max、P_D,j,max、P_s,j,t分别为储能j的最大充、放电功率和t时段的出力；E_j,max、E_j,min、E_j,t分别为储能j的电量存储上下限和t时段的电量值；η_C和η_D分别为储能的充电和放电效率；和分别为可中断负荷k在t时段的上调、下调灵活性；P_IL,k,max、P_IL,k,min、P_IL,k,t分别可中断负荷的最大中断值、最小中断值和t时段的中断量；ΔT为调度时间间隔；

步骤4：基于电力系统灵活性需求和供给模型，建立电力系统灵活性概率平衡模型：

式中：α为满足不等式约束的置信水平；Pr为约束条件成立的概率值；

步骤5：建立随机优化调度模型：

目标函数为：

min F＝(F_g+F_s+F_IL+Risk) (7)

式中：F、F_g、F_s、F_IL分别为系统总成本、火电机组成本、储能装置运行成本和可中断负荷成本、系统灵活性不足风险成本；

火电机组成本F_g为：

式中：为火电机组的开机费用和停机费用，T为总时段数，C_i(P_g,i,t)为火电机组的运行费用，计算方法为：

C_i(P_g,i,t)＝a_i(P_g,i,t)²+b_iP_g,i,t+c_i (9)

式中：a_i、b_i、c_i为机组发电成本函数二次项系数、一次项系数及常数项；

储能装置运行成本F_s为：

式中：C_cap,j分别储能j的购买成本、充放电循环寿命次数、额定容量；P_C,j,t、P_D,j,t分别为储能j在t时段的充放电功率；

可中断负荷成本F_IL为：

式中：a_IL,k为可中断负荷补偿成本；

系统灵活性不足风险成本为：

Risk＝Risk_up+Risk_dn (12)

式中：Risk_up、Risk_dn为切负荷、弃风带来的风险成本；δ_shed和δ_spill分别为系统切负荷、弃风惩罚系数；和分别为FR_t和-FR_t的概率密度函数；u为积分变量，表示系统灵活性需求；

约束条件包括：

各时段系统功率平衡约束：

火电机组出力限值约束：

P_g,i,min≤P_g,i,t≤P_g,i,max (16)

火电机组爬坡约束：：

火电机组最小运行时间约束：

式中：u_i,t表示火电机组i在t时刻的运行状态，0表示机组停运，1表示机组运行；T_d,i、T_u,i分别表示火电机组i的最小停运时间和最小运行时间；U_i,0、S_i,0分别为火电机组的初始开机、停机运行时间；

火电机组最小停机时间约束：

火电机组开停机约束：

y_i，t-z_i，t＝u_i，t-u_i，t-1 (24)

y_i，t+z_i，t≤1 (25)

式中：y_i，t和z_i，t分别表示常规机组i在t时段的开机变量和停机变量；

储能的功率平衡约束：

储能功率约束表达式如下：

P_s，j，t＝P_D，j，t-P_C，j，t (27)

储能充放电功率约束：

0≤P_C，j，t≤c_j，tP_C，j，max (28)

0≤P_D，j，t≤d_j，tP_D，j，max (29)

充放电状态约束：

c_j，t+d_j，t≤1 (30)

式中：c_j，t和d_j，t均为0-1变量，表征储能的充电和放电状态；E_j，1和E_j，T分别为储能在初态和终态的能量；

储存能量约束：

E_j，min≤E_j，t≤E_j，max (31)

始末电量约束：

E_j，T＝E_j，1 (32)

式中：E_j，1和E_j，T分别为储能在初态和终态的能量；

可中断负荷中断量约束：

P_IL，kmin≤P_IL，k，t≤P_IL，kmax (33)

最小、最大中断时间约束：

(u_IL,k,t-u_IL,k,t-1)(TD_IL,k,t-1-TD_IL,k,min)≤0 (34)

式中：u_IL,k,t为可中断负荷的调用状态；TD_IL,k,t、TD_IL,k,min、TD_IL,k,max分别为可中断负荷k在t时刻的累积中断时间、最小中断时间和最大中断时间；

最小中断间隔约束表达式如下：

(u_IL,k,t-1-u_IL,k,t)(TU_IL,k,t-1-TU_IL,k,min)≤0 (36)

式中：TU_IL,k,t和TU_IL,k,min分别为可中断负荷k在t时刻的累积未中断时间和最小中断间隔时间；

中断次数约束：

式中：N_IL,k,max为可中断负荷k的最大可中断次数；

电力系统灵活性概率平衡约束：

步骤6：模型求解：对所述目标函数和约束条件组成的计及灵活性的含风电电力系统随机优化调度模型进行求解，得到第i个火电机组在第t个时段的运行状态u_i,t和计划有功出力P_g,i,t，第j个储能装置在第t时段的充放电状态c_j,t、d_j,t和充放电功率P_C,j,t、P_D,j,t，第k个可中断负荷在第t时段的调用状态u_IL,k,t和调用量P_IL,k,t，实现计及灵活性的含风电电力系统随机优化调度。