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考虑风-光-光热联合发电的多时段尺度优化调度方法研究

2025-09-04 31 上传者：管理员

摘要：针对新能源高比例接入下电力系统调度的复杂性及弃风弃光问题，本文提出一种基于多时间尺度的风-光-光热联合优化调度策略。在构建包含风电、光伏、光热、火电等多电源结构的优化调度模型的基础上，结合光热发电对电力系统有功功率良好的调节能力平抑风电、光伏的间歇性、波动性对系统带来的影响，降低了火电机组的启停次数。基于西北某区域实际数据的案例分析表明，所提方法可有效提升新能源利用率，降低系统运行成本，为多能互补系统的高效调度提供了新思路。

关键词：
PV
优化调度
光热发电
多时间尺度
多能互补
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随着“双碳”目标推进,风电､光伏(PV)等可再生能源装机容量快速增长[1-2]｡其固有的波动性与不确定性,给电力系统的安全稳定运行及经济调度带来了前所未有的挑战[3],也对新能源的进一步发展形成了制约[4-5]｡

文献[6]提出基于随机规划的多能源系统日前调度模型,考虑了风电光伏的不确定性,但未纳入光热储能的长期调节能力｡文献[7]利用模型预测控制优化光热-光伏联合系统,侧重短期功率平滑,难以适应周计划的时间跨度｡文献[8]构建了“风光火储”多目标优化模型,但将储能视为独立单元,忽略了光热发电与储能的一体化特性｡文献[9]提出基于遗传算法的机组组合方法,但对火电启停成本与碳排放的协同优化不足[10-13]｡

本文围绕风电､光伏､光热､火电联合发电周计划机组组合优化展开,提出了一种“日前-日内”双层优化模型,实现更加精细化的调度控制,确保电力系统在各种情况下都能安全稳定运行｡

1、风-光-光热联合发电系统调度策略

1.1光热发电运行机理

如图1所示为光热电站运行结构,光热电站主要由光场､导热工质､储热装置以及朗肯循环系统四部分组成[14]｡

图1光热电站与电加热装置联合运行结构

1.2风-光-光热联合调度方法

如图2所示为风-光-光热联合调度示意｡其中风-光-光热形成联合发电系统,通过光热电站良好的调节能力,抑制风-光发电的不确定性｡

1.3多时间尺度联合调度策略

本文基于一种包含两个层次､针对各类具有多时间尺度特性调度资源的滚动调峰优化策略｡如图3所示为日前､日内两个时间尺度的滚动调度关系｡

图2风-光-光热联合调度示意

图3多时间尺度滚动调度关系

由图3可看出,每隔1h滚动制定一次日前调度计划,每隔15min滚动制定一次日内调度计划｡如此类推,日前､日内调度计划可不断滚动向前推移｡

2、多时间尺度优化调度模型

2.1目标函数

优化模型以系统运行总成本最小为目标函数,如式(1)､式(2)所示｡

式中:N为常规机组数;T为调度周期时长;､分别为t时刻第i台常规机组的发电功率及其发电成本;为第i台常规机组的启停成本;为常规机组i在t时刻的启停状态变量;､分别为t时刻系统的切负荷功率及弃风功率;分别为t时刻系统的切负荷惩罚成本及弃风成本｡

2.2约束条件

系统运行时的有功功率平衡约束如式(3)所示｡

式中:为t时刻风电功率的预测值;M为系统中光热机组的数量;为t时刻第i台光热发电机组的发电功率;Dt为t时刻系统负荷的预测值｡

常规发电机组有功功率上约束如式(4)所示｡

式中:､分别为第i台常规机组的有功出力上下限｡

常规发电机组爬坡约束如式(5)所示｡

式中:､分别为常规发电机组上下爬坡速率限制｡

常规发电机组启停约束如式(6)所示｡

式中:Di､Oi分别为机组的最小停机及开机时间｡

光热发电机组有功出力约束如式(7)所示｡

式中:为第j台光热机组在t时刻的启停状态变量,其中1表示机组处于开机运行状态,0表示机组处于停机状态;､分别为第j台光热机组在t时刻的有功出力上下限｡

光热发电机组爬坡约束如式(8)所示｡

式中:､分别为光热发电机组上下爬坡速率限制｡

光热发电机组启停约束如式(9)所示｡

式中:､分别为机组最小停机及开机时间｡

各机组有功出力约束如式(10)所示｡

式中:､值已在周调峰及日前调峰计划中确定,即为定值｡

3、算例分析

如图4所示为分别在两种模型下求得的常规机组启停方案｡由图可看出,在传统的日前调度模型下G1､G2启停次数均为10次､G3启停次数为18次､G4启停次数为20次｡在本文所提模型下,G1､G2启停次数减少为8次､G3､G4启停次数减少为16次｡相比于传统日前调度模型,本文所提多时间尺度滚动优化模型有效降低的常规机组的启停次数｡

与此同时,在传统的日前调度模型下CSP1启停次数为4次､CSP2启停次数为2次､CSP3启停次数为3次｡在本文所提模型下,CSP1启停次数为6次､CSP2为4次､CSP3为3次｡

相比于传统的日前调度模型,在本文所提多时间尺度滚动优化模型下,光热机组充分发挥了启停迅速的特点为系统提供调峰支撑,从而有效缓解了系统的调峰压力,降低了常规机组的启停次数｡

两种模式下系统运行成本如表1所示｡

表1两种模式下系统运行成本

由表1可看出,采用传统模式时系统总成本约735万元,而采用本文所提模式时,系统总成本仅为649万元,节约总成本约11%｡其中在本文模式下启停成本约为27万元,较传统模式降低了31%｡

4、结论

本研究围绕电力系统优化调度这一关键领域,成功构建了风电-光伏-光热-火电联合发电周计划机组组合优化模型｡算例分析结果表明,在对比传统调度方法,通过优化的调度策略,精准把握火电的开机和停机时机,避免了频繁启停对火电设备造成的损耗,通过合理调配风电与其他能源的发电比例,有效减少了弃风｡

参考文献:

[1]彭院院,周任军,李斌,等.计及光热发电特性的光风-火虚拟电厂双阶段优化调度[J].电力系统及其自动化学报,2020,32(4):21-28.

[2]杨宏基,周明,武昭原,等.含光热电站的电-热能源系统优化运行机制[J].电网技术,2022(1):175-185.

[3]罗童,张兴平,庞环,等.含光热的多源联合系统优化调度[J].电力与能源进展,2023,11(1):39-47.

[4]邵磊,多增森,柴嘉启,等.抽蓄-风-光-火联合系统日前优化调度研究[J],电网与清洁能源,2023,39(6):108-114.