(国网宁波供电公司 浙江宁波 315010)
摘要：风电、太阳能等发电形式普遍存在出力波动大、易产生谐波等问题，会对电网的稳定造成一系列不利的影响。本文针对宁波地区能源结构现状构建了含高密度可再生能源的电力系统经济调度模型。在此基础上，搭建了可再生能源并网管理及调度风险管控系统，以加强电力调度员对电网运行风险的管控，确保宁波电网安全、稳定、经济运行。
关键词：可再生能源；经济调度；风险管控
1.引言
近年来，面对越来越突出的能源问题，许多国家纷纷把风能、太阳能、地热能、生物质能等的利用作为能源发展的重点，并将可再生能源的开发应用与产业发展作为新的经济增长点，可再生能源呈现出良好的发展态势。但由于风电、太阳能等发电形式普遍存在出力波动大、易产生谐波等问题[1-3]，会对电网的稳定造成一系列不利的影响，常常会出现弃风、弃光等现象。另一方便，为了进一步提升可再生能源的利用效率，国家能源局印发了《关于进一步完善风电年度开发方案管理工作的通知》等一系列文件，对风能、光伏能的利用提出了更高的要求。针对以上背景，如何在确保电网安全运行的情况下，通过合理调度最大程度减少弃风、弃光现象成为了一个急需研究的问题。
宁波公司针对宁波地区能源结构现状构建了含高密度可再生能源的电力系统经济调度模型，探讨在满足各种技术性和安全性约束的条件下，合理安排电源运行方式，满足负荷需求，使总的运行费用最少或其它目标最优。在此基础上，搭建了可再生能源并网管理及调度风险管控系统，以帮助电力调度员能快速、高效、稳定、可靠地开展电网调度工作，确保宁波电网安全、稳定、经济运行。
2.浙江省能源结构现状
浙江省内电源类型多样，除了火电、水电、核电等，还包括大量风电、光伏等新能源。截止2017年底，浙江省调度口径装机容量7542.2万千瓦，其中风电场38座，装机容量163.1万千瓦；光伏电站1192座（包括67座集中式光伏电站，不包括通过380/220接入的分布式光伏），装机容量652.2万千瓦。宁波地区调度口径装机容量264.3万，其中风电场9座，装机容量43.2万千瓦，占全省26.5%；光伏电站169座（包括4座集中式光伏电站，不包括通过380/220接入的分布式光伏），装机容量54.6万千瓦，占全省8.4%。截止2017年底的全省装机容量规模详见表1。
表1 2017年底全省装机容量（调度口径）
3.含高密度可再生能源的电力系统经济调度模型
经济调度问题本质是优化问题，在给定约束条件下，求取目标函数的最小值，即在由约束条件限定的可行域中寻找最优解[4,5]。
3.1 目标函数
由于风电的运行费用可以忽略，因此含风电的动态有功经济调度的目标函数的最基本形式为
（1）
式中：N为常规发电机组台数；
为第t时段机组i的经济基点功率；
为机组i的最小出力；
为机组i的燃料费用系数；前面是二次函数，后面表示阀点效应。由于生物质能发电厂是焚烧垃圾后发电，其出力也是可以控制的，因此可以按照传统火电机组的特性处理生物质能电厂。
为了更进一步地完善数学模型，将正旋转备用成本和负旋转备用成本也加入到目标函数中。则目标函数为
（2）
其中，
为第t时段的系统正旋转备用需求；
为第t时段的系统负旋转备用需求。
上式中，第一项为常规发电机组总的燃料成本，此时忽略成本中的阀点效应部分，即仍将其表达为二次函数形式。
第二项为系统正旋转备用成本，只要用于可再生能源计划出力超过实际出力时的风险备用成本。具体表达式为
（3）
其中，kr为正旋转备用成本系数，由调度人员事先给定。
第三项为系统负旋转备用成本，主要用于可再生能源计划出力小于实际出力时对风电功率浪费的惩罚成本。这一项的存在与风电场的归属有关。
（4）
其中，kp为负旋转备用成本系数；由调度人员预先给定。
在该模型中，不区分各个机组之间的正、负备用成本系数，也就是说不考虑常规机组间的备用分配问题。
3.2 约束条件
为了确保电网安全运行，模型中主要考虑以下几方面约束条件：
（1）常规机组出力约束；
（2）常规机组爬坡率约束；
（3）负荷平衡约束；
（4）各时段风电场计划出力约束；
（5）应对预测误差所需备用约束；
（6）旋转备用约束；
（7）线路安全约束。
3.3 风险评估模型
风速预测和负荷预测的不确定性加上发电机组的强迫停运可能性的存在，使得系统需准备足够的正、负旋转备用来降低系统运行的风险和风电功率浪费的可能性。风电并网调度系统的目标是在保证电力系统可靠运行的基础上最大限度地利用风能，然后再对其他常规机组安排调度发电[6]。我们引入两个风险的概念。
（1）系统失负荷的概率：由实际风电出力小于风电计划出力或者负荷被低估或常规发电机组被迫停运导致的，定义为系统失负荷的概率。若不考虑机组被迫停运的可能，系统失负荷的概率表达形式为
（5）
（2）风电功率被浪费的风险：由实际风电出力超过风电计划值或负荷被高估引起的，定义为风电功率被浪费的风险，可以理解为系统负旋转备用容量小于系统功率随机波动量的概率。具体表达式为
（6）
其中，
表示系统负旋转备用需求。
4.可再生能源经济调度风险管控实例分析
4.1 可再生能源调度风险管控可视化
基于以上模型，本文构建了高密度可再生能源并网管理及调度风险管控系统能。该系统的实时调度界面如图1所示，包括火电厂实时出力、风电场实时出力、负荷信息、风险与旋转备用、运行信息几大块，便于调度人员查询和管理。
图1 实时调度界面
4.2 实际案例分析
4.2.1 仿真参数设置
应用可再生能源经济调度风险管控系统进行电网运行风险管控时，需要输入常规机组出力、风电机组出力，以及下一时段的风速预测值以及标准差、负荷预测值和标准差等参数。这里假设下一时段负荷预测值为780.3831(MW)，负荷预测标准差为45 (MW)。其他所需参数如表2-表4所示。
表2 常规机组当前时刻有功出力
表3风电厂出力情况
表4水电厂信息
4.2.2 仿真结果
通过经济调度优化计算，综合考虑电网运行安全性约束和运行经济型等要求，各电厂最优出力计划如表5和表6所示。这种情况下，系统失负荷风险指标为4.805%，风电功率被浪费的风险为4.996%，满足风险管控的要求。
表5下一阶段火电机组出力
表6下一阶段风电厂出力情况
5.总结
针对宁波电网中可再生能源渗透率越来越高的现象，本文建立了一个适用于地区调度层面的包含可再生能源发电形式的经济调度模型。在此基础上，实现了实时调度功能的涉及，调度人员可以方便快捷地查询和管理宁波电网地方电厂、风电厂、水电厂、生物质能电厂等基本信息。能依据宁波电网当前运行状态、下一时段风速预测值等预测量，优化下一时段常规火电机组的出力和风电厂的计划出力；并给出下一时段的电网运行风险水平。电力调度员可依据这些信息，加强对电网运行风险的管控，确保宁波电网安全、稳定、经济运行。
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论文作者:蔡振华,叶夏明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：电网论文; 机组论文; 可再生能源论文; 风电论文; 风险论文; 宁波论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第28期论文;