考虑风电可信容量的配电网优化调度模型

臧玉龙

摘   要：风电的可信容量对电力系统的稳定性有着十分重要的意义，准确、快速地计算风电场可信容量是含风电系统规划的基础。文章分析了风电的波动特性以及风电场出力与风速的相关性，同时提出了一种风电可行容量的评估方法，最后建立了考虑风电可信容量的配电网优化调度模型。将风电场可信容量加入到常规的发供电平衡，从而保证了系统给定的可靠性水平，仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：风电场容量;可信度;运行条件;可靠性评估

近年来，随着国家科技的快速发展，清洁能源的装机容量也不断提高。但风力发电存在较大的随机性，其发电受天气、气候等影响。并网后对电力系统的容量贡献与常规机组有较大不同，因此客观评价风电场的容量可信度对接入系统的长期规划、优化运行以及可靠性评估等相关问题具有十分重要的意义。

如果能够明确风力发电的可信容量，将风力发电加入到常规的发供电平衡中，能够减少旋转备用，将很大程度降低电力系统运行的经济性，因此文章提出了考虑风电可信容量的配电网优化调度模型，在传统机组组合基础上，在配电网的调度中加入了风电容量的评估模型，并且通过算例验证了本方法的有效性[1]。

1    风电波动特性分析

风力发电机组的输出功率受风速的影响较大，因此风电场的出力变化区间较大，在很大程度上，很难准确预测风电的实际出力。当风速不断变化时，风机的实际出力曲线也会随之变化，风电场的输出功率随风的波动而波动。风机的实际功率可以用式（1）来表示：

（1）

式中，PW为风机输出功率;CP为风机的风能利用系数;ρ为风轮扫过的面积;ν为风速。

从式（1）可以看出风速的变化会对风机出力产生很大影响，如果忽略风电场的误差，风电场的实际出力曲线与风速的三次方成正比，与单台风机的出力关系相同[2]。

2    风电场运行容量可信度

文章定义风电场运行容量可信度为在电力系统运行条件下，保证系统当前运行可靠性水平不变时，风电场并网后所能替代的常规发电机组的实际出力与风电场额定容量的比值。于是，风电场运行容量可信度即可表示为：

（2）

其中，T為研究周期，运行条件下通常为几小时，OCCt为第t时段的风电场运行容量可信度，ΔPt为风电场的总装机容量，可由下式计算得到：

（3）

其中，Pt和Pwt分别为第时段风电场并网前、后系统中常规发电机组的总输出功率。

3    基于风电场运行容量可信度的含风电机组组合模型

本文方法的数学模型可表达如下。

（1）目标函数系统运行成本最小：

（4）

其中，Fi（p）为机组i的成本特征函数，Fi（p）=aip2+bip+ci，其中p为机组有功出力ai，bi，ci为给定常数。

STit为机组i在时段t的启动成本，，其中Ki，Bi分别为机组启动费用中的固定成本和冷启动成本。τi为机组的热时间常数。

（2）约束条件。

功率平衡约束：

（5）

系统备用约束：

（6）

机组最小运行最小停运时间约束：

（7）

Pimin，Pimax分别为机组允许有功出力的最小值和最大值;

Tion，Tioff分别为机组允许的最小开机时间和最小停机时间;

dt为第t时段负荷的预测值。

Rt为第t时段系统总的备用需求。

OCCt为第t时段风电场的运行容量可信度。

本方法将风力发电数值等效为反负荷加入到电力系统调度中，同时将风电场可信容量加入到常规的发供电平衡，从而可以提高大规模风电并网后电力系统的稳定性[3]。

4    算例分析

针对上述模型和求解思路，采用Matlab相应程序进行求解。文章采用一个含有4机组在4个时段的机组组合问题，通过文章的算法对该模型进行仿真分析。表1给出了4个机组的参数值。表2为各时段负荷和风电场预测功率数据，假设风电场总装机容量为80 MW[4]。

文章将各时段电网的备用配置设置为0，来检验本控制方法的有效性。风电场运行容量的可信度如表3所示。

在得出风电场可信容量的基础上，对风电场的各机组和的安排次序如表4所示。通过根据仿真得出风机并网前后电网的可靠性如图1所示

通过表4可以看出本方法在解决风电机组组合问题是能够准确、快速地求解，同时将风力发电加入常规发供电平后能够节省系统的发电成本。通过文章对于风电可信容量的分析，当常规发电机组较少发电出力，通过合理安排风力机组组合能够在不影响系统稳定性的前提下，代替部分常规机组出力，从而对应的系统可靠性水平也基本相同。因此，文章方法能够满足系统可靠性的要求[5]。

5    结语

文章提出了一种风电可行容量的评估方法，同时建立了考虑风电可信容量的配电网优化调度模型，本方法将风力发电数值等效为反负荷加入到电力系统调度中，同时将风电场可信容量加入到常规的发供电平衡，从而保证了系统给定的可靠性水平，将风电作为负值负荷处理使模型简单，计算速度快，同时可以减少系统的运行成本。

[参考文献]

[1]贾文昭，康重庆，李丹，等.基于日前风功率预测的风电消纳能力评估方法[J].电网技术，2012（8）：69-75.

[2]胡梦月，胡志坚，仉梦林，等.基于改进AdaBoost.RT和KELM的风功率预测方法研究[J].电网技术，2017（2）：536-542.

[3]張宁，康重庆，陈治坪，等.基于序列运算的风电可信容量计算方法[J].中国电机工程学报，2011（25）：1-9.

[4]曲翀，王秀丽，谢绍宇，等.不同风速模型和可靠性指标对风电可信容量评估的影响[J].电网技术，2013（10）：2896-2903.

[5]冯园园.基于Kalman滤波算法的状态估计及风电机组可靠性建模与优化研究[D].北京：北京化工大学，2011.

Optimal dispatching model of distribution network

considering wind power trusted capacity

Zang Yulong

（College of Electrical and Electronic Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130000， China）

Abstract：The trusted capacity of wind power is important to the power system stability. It is the basis of calculating the wind farms trusted capacity accurately and quickly. In this paper， the fluctuation characteristics of wind power and the correlation between wind farm output and wind speed are analyzed. At the same time， an evaluation method of wind power feasible capacity is proposed. Finally， an optimal dispatching model of distribution network considering wind power credible capacity is established. The wind power credible capacity is added to the normal balance， thus ensuring the given reliability level of the system. The simulation results verify that proposed method is correct and effective.

Key words：wind farm capacity; reliability; operating conditions; reliability assessment