一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法

摘要

本发明公开了一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法，本发明精细化考虑了燃煤机组启停调峰优化编制问题，通过将考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度模型拆分为日前优化调度、启停调峰优化两个子问题，降低了原问题的复杂性，实现了对原混合整数规划问题的高效求解。同时，该方法具有适用面广泛，实现难度低的技术优势，对提升我国清洁能源消纳能力具有明显效果。

说明书

技术领域

本发明涉及电力调度领域技术领域，特别涉及一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法。

背景技术

近年来，电力系统调度运行面临日益严峻的调峰压力，一方面社会经济发展，居民及商业用电增长，造成用电峰谷差增大，另一方面风电等新能源快速发展，逆调峰特性显著。精细化考虑电网调峰能力的电网日前调度计划优化方法成为研究的重点。

不同类型电源调峰能力不同。概括来说，风电、光伏等新能源一般不具备调峰能力；梯级水电在无弃水风险的要求下能够停机调峰；火电一般仅提供基本调峰辅助服务，根据系统需要还能够提供深度调峰和启停调峰两类有偿调峰辅助服务。当前对考虑调峰能力的电网日前调度优化方法研究主要集中于燃煤机组深度调峰领域。

然而目前尚未见考虑启停调峰的日前优化调度方法研究成果。实际上，从近年实际应用情况来看，现有电源深度调峰辅助服务已难以满足系统运行要求，在日前优化调度环节考虑启停调峰已成为优化调度领域研究的必然需要。相比于仅考虑深度调峰的日前优化调度，该方法的难点在于燃煤机组启停数学上属于含混合整数的规划问题，且其启动或停机过程出力曲线一般为固定启停曲线，直接建模较为困难，精细化求解的复杂性更高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法，能够解决背景技术中提出的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：不考虑燃煤机组调峰的日前优化调度

在优化目标中引入调峰需求分布因子指标，以实现考虑调峰影响后全网运行效益最大化，调峰需求分布因子优化目标包括两部分，第一部分为最大调峰需求最小，以尽可能避免启停调峰，第二部分为调整需求总量最小，以降低调峰费用；

步骤S2：调峰需求统计

根据步骤S1的求解结果，统计分析各时段系统调峰需求,由步骤S1可以求解得到在满足全网购电成本最低与调峰需求分布因子最合理的优化调度方案，其优化结果即为各时段的调峰需求；

步骤S3：启停调峰需求判定

本步骤的实施目的在于根据全网深度调峰能力，判定是否需要安排机组启停；

步骤S4：确定启停调峰燃煤机组

根据全网启停调峰需求，优化编制燃煤机组启停调峰；

步骤S5：启停调峰优化编制

在确定启停燃煤机组的基础上，进一步确定其停机时段，并由此制定其解列和并网期间发电计划；

步骤S6：深度调峰优化编制

根据全网调峰需求优化安排燃煤机组深度调峰时段的发电计划；

步骤S7：生成发电计划

考虑深度调峰优化编制结果，对日前优化调度模型所形成不考虑燃煤机组调峰的日前优化调度编制结果进行修正即可得到全网不同类型电源的发电计划。

特别地，所述步骤S1中，引入调峰需求分布因子后的优化目标包括全网购电成本、调峰需求分布因子两部分，可表示为：

式(1)中，NG为全网机组台数，NT为优化时段数，ΔT为对应时段间隔，p

特别地，所述步骤S1中，约束条件包括电力平衡约束、网络传输约束、机组运行特性约束。

电力平衡约束要求各时段发电功率应与负荷需求平衡，若超过机组最小出力限制，则通过发电削减量平衡，可表示为：

式(2)中，NB为系统节点数，

网络传输约束要求各时段运行断面潮流不超过其传输限值，可表示为：

式(3)中，

机组运行特性约束是指水电、火电、风电等不同类型机组所需要满足的自身出力变化特性。

特别地，所述步骤S3中，由于燃煤机组深度调峰成本远低于启停调峰，因此在深度调峰能力能够满足电网调峰需求时，即可不采用启停调峰；燃煤机组深度调峰能力为其最小技术出力与深调最小出力之差，则全网深度调峰能力为所有燃煤机组深度调峰能力之和，可表示为：

式(9)中，P

则若任一时段全网深度调峰能力均大于深度调峰需求，则不需要进行机组启停调峰，否则需要安排机组启停调峰，上述判定条件可表示为：

P

若任一时段都满足式(10)中的判定条件，则转入步骤S6，否则转入步骤S4。

特别地，所述步骤S4中，全网启停调峰需求为全网深调能力不能满足全网调峰需求的时段两者差值，可表示为：

式(11)中，P

考虑燃煤机组提供深度调峰后，转为启停调峰，其能够增加的调峰能力就是其深调最小出力，则需要提供启停调峰服务的燃煤机组为按照排序其启停调峰能力之和恰能满足各时段全网最大启停调峰需求的燃煤机组组合，可表示为：

式(12)-(13)中，前gs-1台燃煤机组启停调峰能力之和小于全网最大启停调峰需求，而前gs台燃煤机组启停调峰能力之和大于全网最大启停调峰需求，则前gs台即为启停调峰机组。

特别地，所述步骤S5中，为尽可能降低启停调峰对启停调峰燃煤机组的影响，期望停机时段尽可能短，并满足启停调峰技术要求，按照上述优化编制要求，可将启停调峰优化编制转化为优化规划问题，其优化目标为启停调峰时段尽可能短，可表示为：

式(14)中，

所需要考虑的约束条件包括调峰需求约束、调峰状态变量关系约束、启停次数约束，调峰需求约束要求启停燃煤机组所提供的启停调峰能力大于各时段启停调峰需求，调峰状态变量关系约束用于明确启停状态变量、启动状态变量、停机状态变量之间的关系，启停次数约束要求燃煤机组最多提供1次启停，可表示为：

式(15)-(17)中，

以式(14)为优化目标，式(15)-(17)为约束条件，即可构建启停调峰优化编制模型并求解上述模型。

特别地，根据启停调峰优化编制模型的求解结果，启停调峰燃煤机组在停机调峰时段发电计划为0，根据其申报的启动和停机曲线，各预留1至2个小时作为其启停过渡时段，过渡时段内，燃煤机组将按照启动或停机曲线发电，其发电计划即为其启动或停机曲线，将停机调峰时段和过渡时段发电计划作为边界条件带入步骤S1，重新计算不考虑燃煤机组深度调峰的经济调度，即可实现启停调峰与经济调度的有效衔接。

特别地，所述步骤S6中，燃煤机组应按照等负荷率原则分摊全网深度调峰需求，考虑到不同燃煤机组深度调峰能力不同，深度调峰优化编制优化目标为燃煤机组深度调峰量均衡性最高为目标，可表示为：

式(18)中，

所需要考虑的约束条件为调峰能力约束，要求各燃煤机组所提供的深度调峰容量不超过其深调最小出力范围，可表示为：

以式(18)为优化目标，式(19)为约束条件，即可构建燃煤机组深度调峰优化编制模型并进行求解。

特别地，所述步骤S7中，燃煤机组各时段发电计划应为不考虑调峰的日前优化调度输出发电计划扣减深度调峰计划部分，可表示为：

式(20)中，

水电、风电发电计划即为其不考虑调峰的日前优化调度输出发电计划，即：

式(21)中，

本发明的有益效果是：

(1)提出了一种解决精细化考虑燃煤机组启停调峰的优化调度方法，能够用于解决当前调度运行领域调峰优化的现实问题；

(2)结合我国实际，重点研究水火风互补系统的建模求解方法，一方面水火风互济是我国大部分省区基本电源结构，针对该电源结构构建的求解方法针对性更强，另一方面，核电、光伏、燃气等其他类型电源与上述电源调峰特性相似，本方法通过简化或简单扩展即可用于其他更复杂的电网系统，适用范围更广。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一种考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度方法，包括以下步骤：

步骤S1：不考虑燃煤机组调峰的日前优化调度

本步骤的实施目的在于在不考虑燃煤机组启停及深度调峰的前提下，优化编制电网发电计划，以确定各时段调峰需求。必须指出的是，我国当前各省区调度计划模式不同，日前优化调度标准也存在差异。不失一般的，本文将以应用较为广泛的经济调度模型作为本发明依据的样本，其他调度模式下只需要参照本发明介绍的实施过程对应调整即可。燃煤机组运行成本随运行工况变化较为明显，未调峰状态成本显著低于深度调峰状态，而启停调峰成本大幅高于深度调峰成本。因此为降低系统运行成本，提升运行效益，应尽可能避免调峰，必须由燃煤机组调峰的情况，应尽可能通过深度调峰解决。

传统经济调度模型仅以全网购电成本最小为优化目标。本发明中，为实现日前优化调度与后续调峰优化相衔接，实现整体调度效益最大化，基于上述燃煤机组运行成本的特征规律，将在优化目标中引入调峰需求分布因子指标，以实现考虑调峰影响后全网运行效益最大化。调峰需求分布因子优化目标包括两部分，第一部分为最大调峰需求最小，以尽可能避免启停调峰，第二部分为调整需求总量最小，以降低调峰费用。引入调峰需求分布因子后的优化目标包括全网购电成本、调峰需求分布因子两部分，可表示为：

式(1)中，NG为全网机组台数，NT为优化时段数，ΔT为对应时段间隔，p

约束条件包括电力平衡约束、网络传输约束、机组运行特性约束。

电力平衡约束要求各时段发电功率应与负荷需求平衡，若超过机组最小出力限制，则通过发电削减量平衡，可表示为：

式(2)中，NB为系统节点数，

网络传输约束要求各时段运行断面潮流不超过其传输限值，可表示为：

式(3)中，

机组运行特性约束是指水电、火电、风电等不同类型机组所需要满足的自身出力变化特性。对于水电机组，主要考虑出力范围约束和全天电量约束，出力范围约束要求水电机组发电出力不能超过其最大技术出力，全天电量约束是指为满足清洁能源消纳要求，全天累积发电量应在其可发电量范围内，可表示为：

式(4)-(5)中，

对于火电机组，主要考虑出力范围约束和爬坡能力约束，出力范围约束要求火电机组发电出力在其最大、最小技术出力范围内，爬坡能力约束是指时段间机组发电出力变化量在其最大、最小爬坡能力限值间，可表示为：

式(6)-(7)中，

对于风电等新能源电站，在本步骤按照其预测功率发电，可表示为：

式(8)中，

以式(1)为优化目标，式(2)-(8)为约束条件，即可构建不考虑燃煤机组调峰的日前优化调度模型。利用Cplex等商用规划软件或内点法等规划算法可实现对该模型的求解，对于本领域技术人员而言不存在技术障碍，不赘述其具体实施过程。

步骤S2：调峰需求统计

根据步骤S1的求解结果，统计分析各时段系统调峰需求,由步骤S1可以求解得到在满足全网购电成本最低与调峰需求分布因子最合理的优化调度方案，其优化结果即为各时段的调峰需求；

步骤S3：启停调峰需求判定

本步骤的实施目的在于根据全网深度调峰能力，判定是否需要安排机组启停。由于燃煤机组深度调峰成本远低于启停调峰，因此在深度调峰能力能够满足电网调峰需求时，即可不采用启停调峰。燃煤机组深度调峰能力为其最小技术出力与深调最小出力之差，则全网深度调峰能力为所有燃煤机组深度调峰能力之和，可表示为：

式(9)中，P

则若任一时段全网深度调峰能力均大于深度调峰需求，则不需要进行机组启停调峰，否则需要安排机组启停调峰，上述判定条件可表示为：

P

若任一时段都满足式(10)中的判定条件，则转入步骤S6，否则转入步骤S6。

步骤S4：确定启停调峰燃煤机组

本步骤的实施目的在于根据全网启停调峰需求，优化编制燃煤机组启停调峰。启停调峰优化编制的目标在于在满足全网调峰需求的基础上，以最小的启停调峰成本安排燃煤机组启停。对于建立调峰辅助服务市场的地区，可以通过燃煤机组启停调峰报价对其进行排序进行优化编制；对于未建立调峰辅助服务市场的地区，可以通过采用三公调度原则，按照运行中的燃煤机组比例进行排序优化编制。不失一般的，本发明中以建立调峰辅助服务市场为例，介绍实施流程。按照燃煤机组启停调峰申报价格从小到大及机组容量从小到大，可以将燃煤机组排序。

全网启停调峰需求为全网深调能力不能满足全网调峰需求的时段两者差值，可表示为：

式(11)中，P

考虑燃煤机组提供深度调峰后，转为启停调峰，其能够增加的调峰能力就是其深调最小出力。则需要提供启停调峰服务的燃煤机组为按照排序其启停调峰能力之和恰能满足各时段全网最大启停调峰需求的燃煤机组组合，可表示为：

式(12)-(13)中，前gs-1台燃煤机组启停调峰能力之和小于全网最大启停调峰需求，而前gs台燃煤机组启停调峰能力之和大于全网最大启停调峰需求。则前gs台即为启停调峰机组。其中，gs中g为机组英文generator的首字母，s为启动英文start的首字母。

步骤S5：启停调峰优化编制

本步骤的实施目的是在确定启停燃煤机组的基础上，进一步确定其停机时段，并由此制定其解列和并网期间发电计划。为尽可能降低启停调峰对启停调峰燃煤机组的影响，期望停机时段尽可能短，并满足启停调峰技术要求。按照上述优化编制要求，可将启停调峰优化编制转化为优化规划问题，其优化目标为启停调峰时段尽可能短，可表示为：

式(14)中，

所需要考虑的约束条件包括调峰需求约束、调峰状态变量关系约束、启停次数约束，调峰需求约束要求启停燃煤机组所提供的启停调峰能力大于各时段启停调峰需求，调峰状态变量关系约束用于明确启停状态变量、启动状态变量、停机状态变量之间的关系，启停次数约束要求燃煤机组最多提供1次启停，可表示为：

式(15)-(17)中，

以式(14)为优化目标，式(15)-(17)为约束条件，即可构建启停调峰优化编制模型，采用分支定界法等规划方法即可求解上述模型。根据上述模型求解结果，启停调峰燃煤机组在停机调峰时段发电计划为0，根据其申报的启动和停机曲线，一般各预留1至2个小时作为其启停过渡时段，过渡时段内，燃煤机组将按照启动或停机曲线发电，其发电计划即为其启动或停机曲线。将停机调峰时段和过渡时段发电计划作为边界条件带入步骤S1，重新计算不考虑燃煤机组深度调峰的经济调度，即可实现启停调峰与经济调度的有效衔接。

步骤S6：深度调峰优化编制

本步骤的实施目的在于根据全网调峰需求优化安排燃煤机组深度调峰时段的发电计划。本实施例中，对于已建立调峰辅助服务市场的地区，需要根据市场交易规则，以深度调峰成本最低为目标构建优化目标优化编制深度调峰时段发电计划，对于未建立调峰辅助服务市场的地区，则按照“三公调度”原则编制其发电计划，不影响本发明主要创新内容，作为一个实施例，本发明将以“三公调度”原则编制深度调峰时段燃煤机组发电计划。

燃煤机组应按照等负荷率原则分摊全网深度调峰需求，考虑到不同燃煤机组深度调峰能力不同，深度调峰优化编制优化目标为燃煤机组深度调峰量均衡性最高为目标，可表示为：

式(18)中，

所需要考虑的约束条件主要为调峰能力约束，要求各燃煤机组所提供的深度调峰容量不超过其深调最小出力范围，可表示为：

以式(18)为优化目标，式(19)为约束条件，即可构建燃煤机组深度调峰优化编制模型。该模型可采用单纯形法直接求解，对于本领域技术人员而言不存在技术障碍，故此处不赘述求解过程。

步骤S7：生成发电计划

考虑深度调峰优化编制结果，对日前优化调度模型所形成不考虑燃煤机组调峰的日前优化调度编制结果进行修正即可得到全网不同类型电源的发电计划。其中，燃煤机组各时段发电计划应为不考虑调峰的日前优化调度输出发电计划扣减深度调峰计划部分，可表示为：

式(20)中，

水电、风电发电计划即为其不考虑调峰的日前优化调度输出发电计划，即：

式(21)中，

本发明主要特点在于精细化考虑了燃煤机组启停调峰优化编制问题，通过将考虑燃煤机组启停调峰的水火风互济系统日前优化调度模型拆分为日前优化调度、启停调峰优化两个子问题，降低了原问题的复杂性，实现了对原混合整数规划问题的高效求解。结合各地市场模式及调度运行要求，对步骤中涉及到的优化模型进行的改进，均应视为本发明保护范畴。

本发明的流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。