含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度的思路构建

摘 要：近年来，随着风电场和光伏电站的大量并网，对电力系统的运行造成了一定影响。在电力系统中，可将风电场和光伏电站等作为间歇性电源。为了实现间歇性电源在电力系统内部的合理消纳，有必要制订合理、可行的调度策略，这样不仅可以提高间歇性电源本身的调节能力，还能提高电力系统运行的安全性和经济性。基于此，就含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度思路的构建展开研究。

关键词：间歇性电源；电力系统；优化调度；电网安全

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0033-02

1 动态有功优化调度的研究现状

电力系统本身属于静止状态的系统，但其却具备动态变化的特征。从理论上讲，调节容量和速率可以是无限制的，但在实际中，由于受到多方面因素的影响和制约，想要实现这种无限制几乎是不可能的。换言之，实际中的调节容量和速率是有限的。基于这一前提，参与峰谷调节的发电机组在跟踪变化幅度较大的系统负荷时便会遭遇瓶颈。当瓶颈出现后，便会导致电力系统功率分供求失衡，这也是目前动态优化调度最主要的矛盾问题。早期的一些专家学者在对动态优化调度进行研究时，曾将整个调度周期的负荷曲线作为研究对象，其最终目的是想使动态优化调度一次性渡过整个调度周期。这种方法虽然理论上是可行的，但是整个调度周期的时间范围相对较大，模型的构建和算法方面都比较难实现，并且在优化过程中也存在无法解决的维数灾问题，所以该研究对规模较大的电力系统并没有任何实质性意义。此后，一些专家学者提出了动态优化调度的反推和正推算法，这些研究虽然也都取得了一定的进展，但在定量分析方面却仍有不足，所以无法应用其解决实际的动态优化调度问题。鉴于此，下文提出一种电力系统经典动态有功优化调度模型（以下简称经典模型），以此来对含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度问题进行研究。

2 间歇性电源对电力系统运行的影响分析

由于火电发电对煤炭资源的消耗较大，而水力发电对自然生态环境的影响比较严重，基于这一原因，推动了风力发电和光伏电站的发展速度。有关文献记载，在整个电力系统中，风电场和光伏电站在出力方面有着非常明显的随机性和间歇性，所以可将这两种类型的电源统称为间歇性电源。当大量的间歇性电源并入到电网当中后，会对电力系统的运行特性造成一定程度的影响，业内的专家学者针对这一问题开展了大量的研究。从研究的重点上看，风电并网要多于光伏并网，这与风电比较容易实现有着直接关联；从研究的具体方向上看，大部分专家学者都将研究重点放在了静态电压分布及其稳定性、暂态电压稳定性和电压质量这三个方面，而对风电并网后其出力对地方电网有功调度的影响研究较少。所以，在未来一段时期应加大对出力方面的研究力度，为风电并网后电力系统动态有功优化调度方案的选择提供帮助，从而确保电力系统安全、经济运行。

3 思路构建

3.1 经典模型

通过对动态有功调度的基础理论进行分析可知，它是一个多目标、多时段的优化问题。

基于多目标的角度出发，优化的目标为燃料费用最小化、电网损耗最小化和污染物排放量最小化。在这些目标当中，虽然燃料费用的权重最大，但如果能够统一考虑多目标的折衷关系，则可以使调度策略的制订更加合理，这样便可以从不同的角度确定不同的经济运行方式。

以多时段为前提进行考虑，主要是以电网调度为着眼点，对基于时间尺度的节能发电进行优化调度，并以能耗最低、污染物排放量最小为目标制订发电调度规则。在这一过程中，除了需要考虑当前时间级的电力系统安全、稳定、可靠、连续供电的约束和节能减排目标的实现之外，还必须考虑各个时间级发电调度的协调性问题。

3.1.1 目标函数的选择

该模型当中的目标函数主要包括全系统发电燃料的总消耗量最小化、污染物排放量最小化和线损最小化。多时段经济调度目标函数具体包括能耗最小化、机组出力和爬坡率、备用机组容量等，其通用模型如下：

这是目前电力系统经济调度的通用模型，在建立时，可以选择节能优先、节能减排经济型和双目标这三种方式。

3.1.2 约束条件的确定

约束条件具体包括：①与时间无关的约束条件，比如功率平衡约束、机组发电容量约束和安全约束；②与时间相关的约束条件，例如用水平衡约束、机组启停时间和次数约束。

3.2 模型简化处理方法

由于上文建立的模型当中并不包含潮流计算和网络拓扑分析这两项内容，而是将所有的计算建立在现有结果的基础上，所以模型本身已经最简化。同时，可将风电机组的出力全部视为负荷进行处理，以此来简化计算步骤。此外，在整个计算过程中对机组发电成本忽略不计。

3.3 混沌粒子群算法的应用

由于传统粒子群算法存在一定程度的不足，不适用于本研究，所以提出一种混沌粒子群算法。这种算法的基本思路是借助混沌运动所具有的遍历性特征，形成数量庞大的初始群体，然后从中选出最优的初始群体，再以此为基础对粒子个体进行混沌扰动，这样可以使解跳出极值区间。

4 结束语

电源并入电网之后，能够使火电机组的出力显著下降，从而实现了节能和经济调度，也为系统排机顺序的确定提供了可靠依据。限于篇幅原因，本文仅从风电场作为间歇性电源的角度展开了研究，并未对光伏电站等其他间歇性电源进行研究，所以在今后的工作中，还应对其他间歇性电源作进一步研究，这将是未来研究工作的主要方向。

参考文献

[1]马洲俊.含不确定性电源的电力系统柔性生产模拟及评估研究[D].上海：上海交通大学，2013.

————————

作者简介：车轮（1975—），男，江苏常州人，配网调度员，研究方向主要为电网调度。

〔编辑：李珏〕

Power System Containing Intermittent Power Supply Construction

Dynamic Optimization Scheduling of Active Thinking

Che Lun

Abstract： In recent years， with wind farms and solar power plants and a large network of operation of power systems caused some impact. In the power system can be such as wind farms and solar power plants， as intermittent power supply. In order to achieve intermittent electricity

摘 要：近年来，随着风电场和光伏电站的大量并网，对电力系统的运行造成了一定影响。在电力系统中，可将风电场和光伏电站等作为间歇性电源。为了实现间歇性电源在电力系统内部的合理消纳，有必要制订合理、可行的调度策略，这样不仅可以提高间歇性电源本身的调节能力，还能提高电力系统运行的安全性和经济性。基于此，就含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度思路的构建展开研究。

关键词：间歇性电源；电力系统；优化调度；电网安全

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0033-02

1 动态有功优化调度的研究现状

电力系统本身属于静止状态的系统，但其却具备动态变化的特征。从理论上讲，调节容量和速率可以是无限制的，但在实际中，由于受到多方面因素的影响和制约，想要实现这种无限制几乎是不可能的。换言之，实际中的调节容量和速率是有限的。基于这一前提，参与峰谷调节的发电机组在跟踪变化幅度较大的系统负荷时便会遭遇瓶颈。当瓶颈出现后，便会导致电力系统功率分供求失衡，这也是目前动态优化调度最主要的矛盾问题。早期的一些专家学者在对动态优化调度进行研究时，曾将整个调度周期的负荷曲线作为研究对象，其最终目的是想使动态优化调度一次性渡过整个调度周期。这种方法虽然理论上是可行的，但是整个调度周期的时间范围相对较大，模型的构建和算法方面都比较难实现，并且在优化过程中也存在无法解决的维数灾问题，所以该研究对规模较大的电力系统并没有任何实质性意义。此后，一些专家学者提出了动态优化调度的反推和正推算法，这些研究虽然也都取得了一定的进展，但在定量分析方面却仍有不足，所以无法应用其解决实际的动态优化调度问题。鉴于此，下文提出一种电力系统经典动态有功优化调度模型（以下简称经典模型），以此来对含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度问题进行研究。

2 间歇性电源对电力系统运行的影响分析

由于火电发电对煤炭资源的消耗较大，而水力发电对自然生态环境的影响比较严重，基于这一原因，推动了风力发电和光伏电站的发展速度。有关文献记载，在整个电力系统中，风电场和光伏电站在出力方面有着非常明显的随机性和间歇性，所以可将这两种类型的电源统称为间歇性电源。当大量的间歇性电源并入到电网当中后，会对电力系统的运行特性造成一定程度的影响，业内的专家学者针对这一问题开展了大量的研究。从研究的重点上看，风电并网要多于光伏并网，这与风电比较容易实现有着直接关联；从研究的具体方向上看，大部分专家学者都将研究重点放在了静态电压分布及其稳定性、暂态电压稳定性和电压质量这三个方面，而对风电并网后其出力对地方电网有功调度的影响研究较少。所以，在未来一段时期应加大对出力方面的研究力度，为风电并网后电力系统动态有功优化调度方案的选择提供帮助，从而确保电力系统安全、经济运行。

3 思路构建

3.1 经典模型

通过对动态有功调度的基础理论进行分析可知，它是一个多目标、多时段的优化问题。

基于多目标的角度出发，优化的目标为燃料费用最小化、电网损耗最小化和污染物排放量最小化。在这些目标当中，虽然燃料费用的权重最大，但如果能够统一考虑多目标的折衷关系，则可以使调度策略的制订更加合理，这样便可以从不同的角度确定不同的经济运行方式。

以多时段为前提进行考虑，主要是以电网调度为着眼点，对基于时间尺度的节能发电进行优化调度，并以能耗最低、污染物排放量最小为目标制订发电调度规则。在这一过程中，除了需要考虑当前时间级的电力系统安全、稳定、可靠、连续供电的约束和节能减排目标的实现之外，还必须考虑各个时间级发电调度的协调性问题。

3.1.1 目标函数的选择

该模型当中的目标函数主要包括全系统发电燃料的总消耗量最小化、污染物排放量最小化和线损最小化。多时段经济调度目标函数具体包括能耗最小化、机组出力和爬坡率、备用机组容量等，其通用模型如下：

这是目前电力系统经济调度的通用模型，在建立时，可以选择节能优先、节能减排经济型和双目标这三种方式。

3.1.2 约束条件的确定

约束条件具体包括：①与时间无关的约束条件，比如功率平衡约束、机组发电容量约束和安全约束；②与时间相关的约束条件，例如用水平衡约束、机组启停时间和次数约束。

3.2 模型简化处理方法

由于上文建立的模型当中并不包含潮流计算和网络拓扑分析这两项内容，而是将所有的计算建立在现有结果的基础上，所以模型本身已经最简化。同时，可将风电机组的出力全部视为负荷进行处理，以此来简化计算步骤。此外，在整个计算过程中对机组发电成本忽略不计。

3.3 混沌粒子群算法的应用

由于传统粒子群算法存在一定程度的不足，不适用于本研究，所以提出一种混沌粒子群算法。这种算法的基本思路是借助混沌运动所具有的遍历性特征，形成数量庞大的初始群体，然后从中选出最优的初始群体，再以此为基础对粒子个体进行混沌扰动，这样可以使解跳出极值区间。

4 结束语

电源并入电网之后，能够使火电机组的出力显著下降，从而实现了节能和经济调度，也为系统排机顺序的确定提供了可靠依据。限于篇幅原因，本文仅从风电场作为间歇性电源的角度展开了研究，并未对光伏电站等其他间歇性电源进行研究，所以在今后的工作中，还应对其他间歇性电源作进一步研究，这将是未来研究工作的主要方向。

参考文献

[1]马洲俊.含不确定性电源的电力系统柔性生产模拟及评估研究[D].上海：上海交通大学，2013.

————————

作者简介：车轮（1975—），男，江苏常州人，配网调度员，研究方向主要为电网调度。

〔编辑：李珏〕

Power System Containing Intermittent Power Supply Construction

Dynamic Optimization Scheduling of Active Thinking

Che Lun

Abstract： In recent years， with wind farms and solar power plants and a large network of operation of power systems caused some impact. In the power system can be such as wind farms and solar power plants， as intermittent power supply. In order to achieve intermittent electricity

摘 要：近年来，随着风电场和光伏电站的大量并网，对电力系统的运行造成了一定影响。在电力系统中，可将风电场和光伏电站等作为间歇性电源。为了实现间歇性电源在电力系统内部的合理消纳，有必要制订合理、可行的调度策略，这样不仅可以提高间歇性电源本身的调节能力，还能提高电力系统运行的安全性和经济性。基于此，就含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度思路的构建展开研究。

关键词：间歇性电源；电力系统；优化调度；电网安全

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0033-02

1 动态有功优化调度的研究现状

电力系统本身属于静止状态的系统，但其却具备动态变化的特征。从理论上讲，调节容量和速率可以是无限制的，但在实际中，由于受到多方面因素的影响和制约，想要实现这种无限制几乎是不可能的。换言之，实际中的调节容量和速率是有限的。基于这一前提，参与峰谷调节的发电机组在跟踪变化幅度较大的系统负荷时便会遭遇瓶颈。当瓶颈出现后，便会导致电力系统功率分供求失衡，这也是目前动态优化调度最主要的矛盾问题。早期的一些专家学者在对动态优化调度进行研究时，曾将整个调度周期的负荷曲线作为研究对象，其最终目的是想使动态优化调度一次性渡过整个调度周期。这种方法虽然理论上是可行的，但是整个调度周期的时间范围相对较大，模型的构建和算法方面都比较难实现，并且在优化过程中也存在无法解决的维数灾问题，所以该研究对规模较大的电力系统并没有任何实质性意义。此后，一些专家学者提出了动态优化调度的反推和正推算法，这些研究虽然也都取得了一定的进展，但在定量分析方面却仍有不足，所以无法应用其解决实际的动态优化调度问题。鉴于此，下文提出一种电力系统经典动态有功优化调度模型（以下简称经典模型），以此来对含间歇性电源的电力系统动态有功优化调度问题进行研究。

2 间歇性电源对电力系统运行的影响分析

由于火电发电对煤炭资源的消耗较大，而水力发电对自然生态环境的影响比较严重，基于这一原因，推动了风力发电和光伏电站的发展速度。有关文献记载，在整个电力系统中，风电场和光伏电站在出力方面有着非常明显的随机性和间歇性，所以可将这两种类型的电源统称为间歇性电源。当大量的间歇性电源并入到电网当中后，会对电力系统的运行特性造成一定程度的影响，业内的专家学者针对这一问题开展了大量的研究。从研究的重点上看，风电并网要多于光伏并网，这与风电比较容易实现有着直接关联；从研究的具体方向上看，大部分专家学者都将研究重点放在了静态电压分布及其稳定性、暂态电压稳定性和电压质量这三个方面，而对风电并网后其出力对地方电网有功调度的影响研究较少。所以，在未来一段时期应加大对出力方面的研究力度，为风电并网后电力系统动态有功优化调度方案的选择提供帮助，从而确保电力系统安全、经济运行。

3 思路构建

3.1 经典模型

通过对动态有功调度的基础理论进行分析可知，它是一个多目标、多时段的优化问题。

基于多目标的角度出发，优化的目标为燃料费用最小化、电网损耗最小化和污染物排放量最小化。在这些目标当中，虽然燃料费用的权重最大，但如果能够统一考虑多目标的折衷关系，则可以使调度策略的制订更加合理，这样便可以从不同的角度确定不同的经济运行方式。

以多时段为前提进行考虑，主要是以电网调度为着眼点，对基于时间尺度的节能发电进行优化调度，并以能耗最低、污染物排放量最小为目标制订发电调度规则。在这一过程中，除了需要考虑当前时间级的电力系统安全、稳定、可靠、连续供电的约束和节能减排目标的实现之外，还必须考虑各个时间级发电调度的协调性问题。

3.1.1 目标函数的选择

该模型当中的目标函数主要包括全系统发电燃料的总消耗量最小化、污染物排放量最小化和线损最小化。多时段经济调度目标函数具体包括能耗最小化、机组出力和爬坡率、备用机组容量等，其通用模型如下：

这是目前电力系统经济调度的通用模型，在建立时，可以选择节能优先、节能减排经济型和双目标这三种方式。

3.1.2 约束条件的确定

约束条件具体包括：①与时间无关的约束条件，比如功率平衡约束、机组发电容量约束和安全约束；②与时间相关的约束条件，例如用水平衡约束、机组启停时间和次数约束。

3.2 模型简化处理方法

由于上文建立的模型当中并不包含潮流计算和网络拓扑分析这两项内容，而是将所有的计算建立在现有结果的基础上，所以模型本身已经最简化。同时，可将风电机组的出力全部视为负荷进行处理，以此来简化计算步骤。此外，在整个计算过程中对机组发电成本忽略不计。

3.3 混沌粒子群算法的应用

由于传统粒子群算法存在一定程度的不足，不适用于本研究，所以提出一种混沌粒子群算法。这种算法的基本思路是借助混沌运动所具有的遍历性特征，形成数量庞大的初始群体，然后从中选出最优的初始群体，再以此为基础对粒子个体进行混沌扰动，这样可以使解跳出极值区间。

4 结束语

电源并入电网之后，能够使火电机组的出力显著下降，从而实现了节能和经济调度，也为系统排机顺序的确定提供了可靠依据。限于篇幅原因，本文仅从风电场作为间歇性电源的角度展开了研究，并未对光伏电站等其他间歇性电源进行研究，所以在今后的工作中，还应对其他间歇性电源作进一步研究，这将是未来研究工作的主要方向。

参考文献

[1]马洲俊.含不确定性电源的电力系统柔性生产模拟及评估研究[D].上海：上海交通大学，2013.

————————

作者简介：车轮（1975—），男，江苏常州人，配网调度员，研究方向主要为电网调度。

〔编辑：李珏〕

Power System Containing Intermittent Power Supply Construction

Dynamic Optimization Scheduling of Active Thinking

Che Lun

Abstract： In recent years， with wind farms and solar power plants and a large network of operation of power systems caused some impact. In the power system can be such as wind farms and solar power plants， as intermittent power supply. In order to achieve intermittent electricity