风电场电力调度算法优化研究

含风电场的电力系统低碳调度模型及仿真研究　

黄幸　．陈道君　

（１．武汉大学数学与统计学院，湖北武汉４３００７２；２．武汉大学电气工程学院，湖北武汉４３００７２）　

摘要：针对含风电场的电力系统优化调度问题，在风电功率全额上网的基础上，从保护生态环境、促进电力系　统低碳化发展的角度考虑“能源环境效益”概念，构建含风电场的电力系统低碳调度模型。该模型综合考虑了发　电资源消耗量和能源环境效益多个目标，较好地兼顾了电力生产的经济因素和环境因素。通过定义目标隶属度　函数将确定性问题模糊化，采用最大满意度法将多目标优化问题转化为单目标问题，利用综合模拟退火思想的　改进粒子群算法求解计算。实例验证表明，所提低碳调度模型合理，能够在传统经济调度的基础上更好地保护生　态环境，促进电力系统调度的低碳化。　关键词：低碳调度；风电场；模糊建模；模拟退火粒子群算法　中图分类号：ＴＭ７３４　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—７５９８（２０１３）Ｏ１—００１９—０５　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　

Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

ＨＵＡＮＧ　Ｘｉｎｇ　，ＣＨＥＮ　Ｄａｏ－ｊＵＨ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｌｌ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ａ　ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｆｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ　ｂｙ　ｔａｋｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｌｏｗ—ｃａｒｂｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｃ０ｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ１ｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｅｎｅｒｇｙ—ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａＪ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｆｉｎｄ　ａ　ｂａｌａｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｅｖｅｒｙ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｆｕｚｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｅｆｉｎｉｎｇ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｉｓ　ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｓ　ｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ　ｉｎｔｏ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｆｕｚｚｙ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ—ｍａｘｉｍｉｚｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．Ａ　ｈｙｂｒｉｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｗａｒｎｌ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｉｔ．　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｄｉｓｐａｔｃｈ，ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｌｏｗ—ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ－ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ；ｗｉｎｄ　ｆａｒｍ；￣ｚｚｙ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＰＳＯ—ＳＡ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

电力系统中的潮流分布优化与调度研究

概述

电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一。电力潮流分布优化与调度是保障电力系统可靠、高效运行的重要环节。本文将从电力系统潮流分布优化和调度这两个方面展开论述，介绍其研究背景、存在的问题以及当前的研究进展。

1. 概念解析

1.1 电力系统潮流分布优化

电力系统潮流分布优化是指通过合理地调整电力系统中输电线路与发电机之间的功率分配，使得目标函数达到最优的一种方法。潮流是指电能在电力系统中的输送过程，通过优化电力系统潮流分布，可以达到减小线路过载、提高供电可靠性和降低能源消耗的目的。

1.2 电力系统潮流调度

电力系统潮流调度是指根据电力需求、发电能力和线路容量等约束条件，合理地调度发电机组和负荷的功率，使得电力系统的供需平衡，并满足各种约束条件的一种方法。潮流调度的目标是保证电力系统的稳定运行，提高电力系统的运行效率，减少运行成本。

2. 研究背景和问题

电力系统潮流分布优化与调度研究的背景源于电力系统的运行问题和挑战。随着电力需求的增长和电网规模的扩大，电力系统面临着诸多问题，如供电可靠性下降、能源消耗增加、线路过载等。因此，对电力系统的潮流分布和功率调度进行优化研究迫在眉睫。

2.1 潮流分布的优化问题 在电力系统中，功率潮流的分布与输电线路和发电机的运行状态密切相关。若某条线路过载或某台发电机过负荷，不仅会造成能源浪费，还可能影响电力系统的稳定运行。因此，如何合理地调整潮流分布，使得功率在整个电力系统中分布合理、均衡成为优化的目标。

2.2 功率调度的问题

电力系统中的功率调度问题是指通过调整各个发电机组和负荷的功率，使得电力系统的供需平衡，并满足发电机组的输出限制、负荷的需求等约束条件。功率调度的主要目标是确保电力系统的稳定运行，最大限度地满足用户的需求，并提高电力系统的运行效率。

3. 研究进展

3.1 电力系统潮流分布优化研究

电力系统潮流分布优化的研究以及相关算法的设计主要包括以下几方面的内容：

风电场风电机组优化有功功率控制的研究

2017年度申报专业技术职务任职资格

评审答辩论文

题 目 ：风电场风电机组优化有功功率控制的研究

作者姓名 ： 李亮

单 位 ： 中核汇能有限公司

申报职称 ： 高级工程师

专 业 ： 电气

二Ο一七年六月十二日 2017年度申报专业技术职务任职资格评审答辩论文

I

摘 要

随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下：

(1) 对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风力发电机组控制策略、风电场的控制策略。

(2) 提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力波动。

(3) 优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。

关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC

2017年度申报专业技术职务任职资格评审答辩论文

II

Abstract

With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is

an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a

volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power

风能发电在电力系统中的调度与运营技术

引言

随着能源的紧缺和环境保护意识的增强，可再生能源逐渐成为电力领域的重要发展方向之一。在可再生能源中，风能作为一种无污染、丰富的能源资源，受到了广泛的关注和重视。然而，由于风速的不稳定性和不可控性，风能发电在电力系统中的调度和运营面临着许多技术挑战。本文将针对风能发电在电力系统中的调度与运营技术进行详细介绍和分析。

风电调度技术

风电调度技术是实现风能发电与电力系统之间优化协调的关键。其主要目标是提高风电发电效率，降低发电成本，同时保证电力系统的安全运行。下面将介绍常用的风电调度技术：

风速预测技术

风速的预测是风电调度的基础。通过使用气象学、统计学和人工智能等技术，可以对未来一段时间内的风速进行预测。风速预测的准确性直接影响电力系统的调度决策和经济性。目前常用的风速预测方法包括数学模型法、统计模型法和人工智能模型法等。

风电功率曲线拟合技术

风电功率曲线拟合技术是根据实测数据拟合出风电机组的输出功率曲线，以便进行发电量的预测和调度。通过拟合风电机组的输出功率曲线，可以准确地预测风电机组在不同风速下的发电能力，从而为电力系统的调度决策提供参考依据。

风电功率预测技术

风电功率预测技术是根据已有的历史数据和实时数据，通过建立数学模型来预测风电机组的输出功率。通过对风电功率的预测，可以更好地安排电力系统的负荷和优化发电计划，从而提高风电发电的经济性和可靠性。

风电发电计划优化技术

风电发电计划优化技术是在考虑电力系统的供需平衡、发电成本、能源消耗和环境保护等因素的基础上，通过使用数学规划、模拟优化、遗传算法等方法，实现风电发电计划的优化。优化的目标是使得风电的发电量最大化，发电成本最小化，同时保证电力系统的供电可靠性和稳定性。 风电运营技术

风电运营技术是保证风电机组安全、稳定运行的关键。下面将介绍常用的风电运营技术：

风电机组状态监测技术

风电机组状态监测技术是通过对风电机组运行数据的实时监测和分析，判断风电机组的运行状态和故障情况，及时采取相应的措施，保证风电机组的安全和可靠运行。目前常用的状态监测技术包括振动监测、温度监测、电流监测等。