CN104167762B - 一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，间歇式电源包括风力发电机组和光伏发电机组，化学储能***、间歇式电源和火力发电机组共同组成电力***；在考虑化学储能和间歇式电源接入的情况下，编制未来一天的各时段的机组组合和出力计划。采用鲁棒优化方法，充分考虑间歇式电源功率的预测误差和化学储能出力特性，提高间歇式电源的接入能力，并充分保证***运行的安全性。

Description

一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法

技术领域

本发明涉及一种优化方法，具体涉及一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法。

背景技术

机组组合方法以***成本最小为目标，根据短期负荷预测，实时调整机组出力，满足***安全约束，并充分消纳间歇式电源，以实现节能机组组合。近几年来机组组合在国外实时调度领域得到了成功应用，与机组组合相关工具几乎能完成电力生产和调度的所有分析工作，而在国内也已成为研究和应用热点。

化学储能包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池等等。液流电池具有大规模储能的潜力，但目前使用最广泛的还是铅酸电池。化学储能技术在电力***中的应用尚处于起步阶段，但随着间歇式电源在电网中的比重日愈增大，化学储能的投入使用成了大势所趋，如何在调度计划中充分利用化学储能***来提高间歇式电源的接入能力是研究的热点问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，在考虑化学储能和间歇式电源接入的情况下，编制未来一天的各时段的机组组合和出力计划。采用鲁棒优化方法，充分考虑间歇式电源功率的预测误差和化学储能出力特性，提高间歇式电源的接入能力，并充分保证***运行的安全性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，所述间歇式电源包括风力发电机组和光伏发电机组，化学储能***、间歇式电源和火力发电机组共同组成电力***；所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立考虑化学储能特性和间歇式电源接纳能力的机组组合数学模型；

步骤2：初始化间隙式电源实际功率，并设置迭代次数k＝0；

步骤3：重新设置迭代次数，使k＝k+1，计算之前所有间隙式电源实际功率场景下以出力为变量的目标函数最小值α，并计算该出力条件下以间隙式电源实际功率为变量的目标函数最大值β；

步骤4：如果目标函数最大值β和目标函数的最小值α的之差大于收敛精度ε，则返回步骤3；否则结束，此时得到的机组组合结果即为最终优化结果。

所述步骤1中，机组组合数学模型的目标函数如下：

$\begin{array}{c}\underset{P_{i,h,}{I}_{i,h,}{P}_{f,m,h}{P}_{\mathrm{stor},s,h}}{\min }\underset{P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}}{\sup }f=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}[F_{\mathrm{ci}}(P_{i,h},I_{i,h})+{\mathrm{SU}}_{i,h}(I_{i,h},I_{i,h-1}...)]+\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}(P_{f,m,h}\×F_{\mathrm{wind}})\\ +N\×\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}(P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}-P_{f,m,h})\end{array}---\left(1\right)$

其中，i为火电机组序号，h为机组组合时段序号，m为间隙式电源机组序号，s为化学储能***序号，f为目标函数，I_i,h为火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；P_i,h为火电机组i在h时段的出力值，P_f,m,h为间歇式电源机组m在h时段的功率计划值，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值；

为火电机组燃料和开机费用，NG为火电机组总数，H为机组组合总时段数，F_ci(P_i,h,I_i,h)为火电机组i的燃料费用函数，SU_i,h(I_i,h,I_i,h-1…)为火电机组i在时段h的开机费用函数；

为间歇式电源购电费用，W为间歇式电源机组总数，F_wind为间歇式电源上网电价；

为***弃用间歇式电源罚函数，N为罚函数系数。

所述目标函数对应的约束条件包括充放电功率约束、电能容量约束、功率-电能等式约束、化学储能***爬坡约束、化学储能***备用约束、计划最后时段电能约束、火电机组出力约束、***负荷平衡约束、火电机组爬坡约束、间歇式电源功率计划值约束和火电机组开停机约束。

关于化学储能***的充放电约束表示为：

${-P}_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{cha},\max }\≤P_{\mathrm{stor},s,h}\≤P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{discha},\max }(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(2\right)$

其中，为化学储能***s在h时段的最大充电功率，为化学储能***s在h时段的最大放电功率，S为化学储能***总数；

关于化学储能***的电能容量约束表示为：

η_stor,s,min×C_stor,s,max≤C_stor,s,h≤η_stor,s,max×C_stor,s,max(s＝1,…,S；h＝1,…,H)(3)

其中，η_stor,s,min和η_stor,s,max分别为化学储能***s的电能下限比例系数和电能上限比例系数，C_stor,s,max为化学储能***s的电能容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

关于化学储能***的功率-电能等式约束表示为(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{stor},s,h-1}-{\mathrm{\η}}_s^{\mathrm{discha}}\×P_{\mathrm{stor},s,h}\×1_H(P_{\mathrm{stor},s,h}>0)\\ C_{\mathrm{stor},s,h-1}-{\mathrm{\η}}_s^{\mathrm{cha}}\×P_{\mathrm{stor},s,h}\×1_H(P_{\mathrm{stor},s,h}\≤0)\end{array}\right.=C_{\mathrm{stor},s,h}(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(4\right)$

其中，C_stor,s,h-1为化学储能***s在h-1时段的存储电能值，为化学储能***s的放电能量效率系数，为化学储能***s的充电能量效率系数，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值，1_H为1个时间单位；

化学储能***爬坡约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{stor},s,h}-P_{\mathrm{stor},s,h-1}\≤{\mathrm{US}}_s\\ P_{\mathrm{stor},s,h-1}-P_{\mathrm{stor},s,h}\≤{\mathrm{DS}}_s\end{array}\right.(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(5\right)$

其中，P_stor,s,h-1化学储能***s在h-1时段的功率值，US_s和DS_s分别为化学储能***s的爬坡速率和滑坡速率；

化学储能***备用约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{stor},\mathrm{up},s,h}=\min \{P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{discha},\max }-P_{\mathrm{stor},s,h},\frac{C_{\mathrm{stor},s,h}-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\min }\×C_{\mathrm{stor},s,\max }}{1_H}\}\\ R_{\mathrm{stor},\mathrm{down},s,h}=\min \{P_{\mathrm{stor},s,h}+P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{cha},\max },\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\max }\×C_{\mathrm{stor},s,\max }-C_{\mathrm{stor},s,h}}{1_H}\end{array}\right.(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(6\right)$

其中，R_stor,up,s,h和R_{stor,down,s,h}为化学储能***s在h时段提供的上调备用容量和下调备用容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

根据化学储能***对备用容量的要求，化学储能***备用约束具体表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i,\max }-P_{i,h})\×I_{i,h}+R_{\mathrm{stor},\mathrm{up},s,h}\≥R_{\mathrm{up},h}\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i,h}-P_{i,\min })\×I_{i,h}+R_{\mathrm{stor},\mathrm{down},s,h}\≥R_{\mathrm{down},h}\end{array}\right.(h=\mathrm{1,2},...,H)---\left(7\right)$

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限，R_up,h和R_down,h分别为化学储能***在h时段的上调备用容量要求和下调备用容量要求；

关于化学储能***的计划最后时段电能约束表示为：

$C_{\mathrm{stor},s,h}\≥C_{\mathrm{stor},s,\max }\×{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\min }^{\mathrm{cap}}(s=1,...,S;h=H)---\left(8\right)$

其中，为化学储能***统s最后时段储能电能比例系数。

火电机组出力约束表示为：

P_i,min×I_i,h≤P_i,h≤P_i,max×I_i,h(i＝1,…,NG；h＝1,…,H)(9)

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限；

***负荷平衡约束表示为：

$\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,h}\×I_{i,h}+\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{f,m,h}+\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{stor},s,h}=P_{D,h}---\left(10\right)$

其中，P_D,h为***在h时段的负荷值；

火电机组爬坡约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{i,h}-P_{i,h-1}\≤[1-I_{i,h}(1-I_{i,h-1})]{\mathrm{UR}}_i+I_{i,h}(1-I_{i,h-1})P_{i,\min }\\ P_{i,h-1}-P_{i,h}\≤[1-I_{i,h-1}(1-I_{i,h})]{\mathrm{DR}}_i+I_{i,h-1}(1-I_{i,h})P_{i,\min }\end{array}\right.(i=1,...,\mathrm{NG};h=1,...,H)---\left(11\right)$

其中，P_i,h-1为火电机组i在h-1时段的出力值，I_i,h-1为火电机组i在h-1时段的状态，0为停机，1为开机；UR_i和DR_i分别为火电机组i的爬坡速率和滑坡速率；

间歇式电源功率计划值约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}0\≤P_{f,m,h}\≤P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}\\ P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}+P_{\mathrm{given}}\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}\\ P_{f,m}^{\mathrm{cap}}\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}\≥0\end{array},\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}-P_{\mathrm{given}}\right.(m=1,...,W;h=1,...,H)---\left(12\right)$

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，P_given为间歇式电源机组功率预测误差上限，间歇式电源机组m的装机容量；

火电机组开停机约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}[X_{i,h-1}^{\mathrm{on}}-T_i^{\mathrm{on}}]\×[I_{i,h-1}-I_{i,h}]\≥0\\ [X_{i,h-1}^{\mathrm{off}}-T_i^{\mathrm{off}}]\×[I_{i,h-1}-I_{i,h}]\≥0\end{array}\right.(i=1,...,\mathrm{NG};h=1,...,H)---\left(13\right)$

其中，和分别为火电机组i在h-1时段的已开机时段数和已停机时段数；和分别为火电机组i的最小开机时段数和最小停机时段数。

所述步骤2中，初始化间隙式电源实际功率,即

$P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}=P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}(m=\mathrm{1,2},...,W;h=\mathrm{1,2},...,H)---\left(14\right)$

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，W为间歇式电源机组总数，H为机组组合总时段数，设置迭代次数k＝0。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：所有间隙式电源实际功率场景下以机组启停和出力为变量的目标函数最小值α表示为：

$\begin{array}{c}\underset{P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k}{\min }\mathrm{\α}\\ s.t.f(P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k,P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},j})\≤\mathrm{\α},j=\mathrm{0,1,2},...,k-1\end{array}---\left(15\right)$

其中，为第k次迭代的火电机组i在h时段的出力值；为第k次迭代的火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率计划值；为第k次迭代的化学储能***s在h时段的功率值；为第j次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值；

步骤3-2：该出力条件下以间隙式电源实际功率为变量的目标函数最大值β表示为：

$\mathrm{\β}=\underset{P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},k}}{\max }f(P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k,P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},k})---\left(16\right)$

其中，为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.考虑了化学储能特性，包括充放电功率上限、充放电效率等，实现了对储能出力的优化计算；

2.在目标函数中增加间歇式电源弃用罚函数,最大程度提高了***接纳间歇式电源的能力；

3.鲁棒优化法对初始点的要求低，不需要经过列举大量场景来模拟仿真，收敛速度快，是求解含大量化学储能和间歇式电源接入下机组组合高效精确的方法。

附图说明

图1是本发明实施例中含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法流程图；

图2是本发明实施例中化学储能***充(放)电功率上限示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明采用鲁帮优化算法，充分考虑化学储能特性和间歇式电源的波动性，以保证***地安全性为前提，最大程度提高***接纳间歇式电源的能力，实现机组组合的高效求解。

如图1，本发明提供一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，所述间歇式电源包括风力发电机组和光伏发电机组，化学储能***、间歇式电源和火力发电机组共同组成电力***；所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立考虑化学储能特性和间歇式电源接纳能力的机组组合数学模型；

步骤2：初始化间隙式电源实际功率，并设置迭代次数k＝0；

步骤3：重新设置迭代次数，使k＝k+1，计算之前所有间隙式电源实际功率场景下以出力为变量的目标函数最小值α，并计算该出力条件下以间隙式电源实际功率为变量的目标函数最大值β；

步骤4：如果目标函数最大值β和目标函数的最小值α的之差大于收敛精度ε，则返回步骤3；否则结束，此时得到的机组组合结果即为最终优化结果。

所述步骤1中，机组组合数学模型的目标函数如下：

$\begin{array}{c}\underset{P_{i,h,}{I}_{i,h,}{P}_{f,m,h}{P}_{\mathrm{stor},s,h}}{\min }\underset{P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}}{\sup }f=\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}[F_{\mathrm{ci}}(P_{i,h},I_{i,h})+{\mathrm{SU}}_{i,h}(I_{i,h},I_{i,h-1}...)]+\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}(P_{f,m,h}\×F_{\mathrm{wind}})\\ +N\×\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}\underset{h=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}(P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}-P_{f,m,h})\end{array}---\left(1\right)$

其中，i为火电机组序号，h为机组组合时段序号，m为间隙式电源机组序号，s为化学储能***序号，f为目标函数，I_i,h为火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；P_i,h为火电机组i在h时段的出力值，P_f,m,h为间歇式电源机组m在h时段的功率计划值，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值；

为火电机组燃料和开机费用，NG为火电机组总数，H为机组组合总时段数，F_ci(P_i,h,I_i,h)为火电机组i的燃料费用函数，SU_i,h(I_i,h,I_i,h-1…)为火电机组i在时段h的开机费用函数；

为间歇式电源购电费用，W为间歇式电源机组总数，F_wind为间歇式电源上网电价；

为***弃用间歇式电源罚函数，N为罚函数系数。

所述目标函数对应的约束条件包括充放电功率约束、电能容量约束、功率-电能等式约束、化学储能***爬坡约束、化学储能***备用约束、计划最后时段电能约束、火电机组出力约束、***负荷平衡约束、火电机组爬坡约束、间歇式电源功率计划值约束和火电机组开停机约束。

化学储能***充放电受其所接逆变器的控制，同时受化学储能***类型、化学储能***电能值等因素影响。化学储能***的充放电功率特性曲线是给定的，可用分段折线来表示。模型中，曲线横坐标对应于储能***的荷电状态(StateofCharge，SOC)，也即化学储能***存储电能占电能容量的百分比，纵坐标对应于化学储能***的最大充电或放电功率值，因此关于化学储能***的充放电约束表示为：

${-P}_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{cha},\max }\≤P_{\mathrm{stor},s,h}\≤P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{discha},\max }(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(2\right)$

其中，为化学储能***s在h时段的最大充电功率，为化学储能***s在h时段的最大放电功率，S为化学储能***总数；

对于每个化学储能***而言，可以通过附图2的折线化的充放电功率特性曲线来表示，其中SOC取为固定值，为10％、20％…100％。

实际情况下，化学储能***的充放电功率特性曲线不同，需分别给定化学储能***充电、放电的功率特性曲线参数和它代表在各个荷电状态情况下储能***最大充、放电功率值与化学储能***额定充、放电功率值之间的比值。对于由不同类型化学电池构成的化学储能***，充放电功率特性曲线可叠加构成，相应的充电、放电功率特性曲线参数分别为和 $\mathrm{\Σ}{P0}_{\mathrm{discha},\mathrm{pra}}^{\mathrm{stor}},...,\mathrm{\Σ}{P10}_{\mathrm{discha},\mathrm{pra}}^{\mathrm{stor}}.$

化学储能***的寿命同其充放电次数、充放电深度有关，为了尽量延长储能***的使用寿命，一般会给定化学储能***运行的电能容量范围，关于化学储能***的电能容量约束表示为：

η_stor,s,min×C_stor,s,max≤C_stor,s,h≤η_stor,s,max×C_stor,s,max(s＝1,…,S；h＝1,…,H)(3)

其中，η_stor,s,min和η_stor,s,max分别为化学储能***s的电能下限比例系数和电能上限比例系数，C_stor,s,max为化学储能***s的电能容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

化学储能***自身存在一定的电能损耗，这可以用化学储能***的充电能量效率系数和放电能量效率系数来表示。将储能***从A％×C_stor,s,max充电到B％×C_stor,s,max所需电能为C₁，此时有B％×C_stor,s,max-A％×C_stor,s,max＜C₁，减少部分即为化学储能***的充电损耗，此时有同理，若将化学储能***电能从B％×C_stor,s,max放电到A％×C_stor,s,max，释放电能为C₂，此时有B％×C_stor,s,max-A％×C_stor,s,max＞C₂，减少部分即为化学储能***的放电损耗，此时有关于化学储能***的功率-电能等式约束表示为(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{stor},s,h-1}-{\mathrm{\η}}_s^{\mathrm{discha}}\×P_{\mathrm{stor},s,h}\×1_H(P_{\mathrm{stor},s,h}>0)\\ C_{\mathrm{stor},s,h-1}-{\mathrm{\η}}_s^{\mathrm{cha}}\×P_{\mathrm{stor},s,h}\×1_H(P_{\mathrm{stor},s,h}\≤0)\end{array}\right.=C_{\mathrm{stor},s,h}(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(4\right)$

其中，C_stor,s,h-1为化学储能***s在h-1时段的存储电能值，为化学储能***s的放电能量效率系数，为化学储能***s的充电能量效率系数，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值，1_H为1个时间单位；

化学储能***的功率爬坡约束类似火电机组，区别在于其功率值可以为负，即储能***可以运行在充电状态作为***负荷出现，化学储能***爬坡约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{stor},s,h}-P_{\mathrm{stor},s,h-1}\≤{\mathrm{US}}_s\\ P_{\mathrm{stor},s,h-1}-P_{\mathrm{stor},s,h}\≤{\mathrm{DS}}_s\end{array}\right.(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(5\right)$

其中，P_stor,s,h-1化学储能***s在h-1时段的功率值，US_s和DS_s分别为化学储能***s的爬坡速率和滑坡速率；

化学储能***的中单体电池满放电状态到满充电状态的转变时间是毫秒级的。储能***由大量的电池单体构成，考虑到储能***所配套的逆变装置及控制通信装置的时间延迟，储能***从满放(充)电状态到满充(放)电状态的转变时间也不会超过1～2s。因此，对于化学储能***而言，其功率爬坡速率及滑坡速率远大于火电机组。

化学储能***所能提供的备用容量一方面受其在不同时段的最大充放电功率值影响，另一方面受化学储能***在不同时段所存储电能值的影响，二者共同决定了化学储能***在不同时段所能提供的备用容量值，化学储能***备用约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{stor},\mathrm{up},s,h}=\min \{P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{discha},\max }-P_{\mathrm{stor},s,h},\frac{C_{\mathrm{stor},s,h}-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\min }\×C_{\mathrm{stor},s,\max }}{1_H}\}\\ R_{\mathrm{stor},\mathrm{down},s,h}=\min \{P_{\mathrm{stor},s,h}+P_{\mathrm{stor},s,h}^{\mathrm{cha},\max },\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\max }\×C_{\mathrm{stor},s,\max }-C_{\mathrm{stor},s,h}}{1_H}\end{array}\right.(s=1,...,S;h=1,...,H)---\left(6\right)$

其中，R_stor,up,s,h和R_{stor,down,s,h}为化学储能***s在h时段提供的上调备用容量和下调备用容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

根据化学储能***对备用容量的要求，化学储能***备用约束具体表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i,\max }-P_{i,h})\×I_{i,h}+R_{\mathrm{stor},\mathrm{up},s,h}\≥R_{\mathrm{up},h}\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}(P_{i,h}-P_{i,\min })\×I_{i,h}+R_{\mathrm{stor},\mathrm{down},s,h}\≥R_{\mathrm{down},h}\end{array}\right.(h=\mathrm{1,2},...,H)---\left(7\right)$

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限，R_up,h和R_down,h分别为化学储能***在h时段的上调备用容量要求和下调备用容量要求；

在某些情况下，需要建立化学储能***在计划周期最后时段的电能约束，即要求执行完充放电计划后，化学储能***有一定的电能储存，关于化学储能***的计划最后时段电能约束表示为：

$C_{\mathrm{stor},s,h}\≥C_{\mathrm{stor},s,\max }\×{\mathrm{\η}}_{\mathrm{stor},s,\min }^{\mathrm{cap}}(s=1,...,S;h=H)---\left(8\right)$

其中，为化学储能***统s最后时段储能电能比例系数。

处于开机状态的火电机组出力应介于其最小和最大值之间。火电机组出力约束表示为：

P_i,min×I_i,h≤P_i,h≤P_i,max×I_i,h(i＝1,…,NG；h＝1,…,H)(9)

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限；

在模型中，***的电力供需时刻平衡，模型中忽略***的网损值，也即火电机组、间歇式电源机组计划值之和应与***对应时段的负荷值相等。***负荷平衡约束表示为：

$\underset{i=1}{\overset{\mathrm{NG}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,h}\×I_{i,h}+\underset{m=1}{\overset{W}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{f,m,h}+\underset{s=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{stor},s,h}=P_{D,h}---\left(10\right)$

其中，P_D,h为***在h时段的负荷值；

火电机组爬坡约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{i,h}-P_{i,h-1}\≤[1-I_{i,h}(1-I_{i,h-1})]{\mathrm{UR}}_i+I_{i,h}(1-I_{i,h-1})P_{i,\min }\\ P_{i,h-1}-P_{i,h}\≤[1-I_{i,h-1}(1-I_{i,h})]{\mathrm{DR}}_i+I_{i,h-1}(1-I_{i,h})P_{i,\min }\end{array}\right.(i=1,...,\mathrm{NG};h=1,...,H)---\left(11\right)$

其中，P_i,h-1为火电机组i在h-1时段的出力值，I_i,h-1为火电机组i在h-1时段的状态，0为停机，1为开机；UR_i和DR_i分别为火电机组i的爬坡速率和滑坡速率；

间歇式电源功率计划值应小于或等于其预测值。此外，当间歇式电源出现高于或低于其计划值的功率偏差时，其最小值不能小于0MW，最高不能超过其装机容量，间歇式电源功率计划值约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}0\≤P_{f,m,h}\≤P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}\\ P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}+P_{\mathrm{given}}\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}\\ P_{f,m}^{\mathrm{cap}}\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}\≥0\end{array},\≥P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}-P_{\mathrm{given}}\right.(m=1,...,W;h=1,...,H)---\left(12\right)$

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，P_given为间歇式电源机组功率预测误差上限，间歇式电源机组m的装机容量；

火电机组一旦其开机或停机，为了保证其运行的安全可靠性及经济性，会有相应的最小开机或停机时段数要求，火电机组开停机约束表示为：

$\left\{\begin{array}{c}[X_{i,h-1}^{\mathrm{on}}-T_i^{\mathrm{on}}]\×[I_{i,h-1}-I_{i,h}]\≥0\\ [X_{i,h-1}^{\mathrm{off}}-T_i^{\mathrm{off}}]\×[I_{i,h-1}-I_{i,h}]\≥0\end{array}\right.(i=1,...,\mathrm{NG};h=1,...,H)---\left(13\right)$

其中，和分别为火电机组i在h-1时段的已开机时段数和已停机时段数；和分别为火电机组i的最小开机时段数和最小停机时段数。

所述步骤2中，初始化间隙式电源实际功率,即

$P_{f,m,h}^{\mathrm{actual}}=P_{f,m,h}^{\mathrm{forecast}}(m=\mathrm{1,2},...,W;h=\mathrm{1,2},...,H)---\left(14\right)$

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，W为间歇式电源机组总数，H为机组组合总时段数，设置迭代次数k＝0。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：所有间隙式电源实际功率场景下以机组启停和出力为变量的目标函数最小值α表示为：

$\begin{array}{c}\underset{P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k}{\min }\mathrm{\α}\\ s.t.f(P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k,P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},j})\≤\mathrm{\α},j=\mathrm{0,1,2},...,k-1\end{array}---\left(15\right)$

其中，为第k次迭代的火电机组i在h时段的出力值；为第k次迭代的火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率计划值；为第k次迭代的化学储能***s在h时段的功率值；为第j次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值；

步骤3-2：该出力条件下以间隙式电源实际功率为变量的目标函数最大值β表示为：

$\mathrm{\β}=\underset{P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},k}}{\max }f(P_{i,h}^k,I_{i,h}^k,P_{f,m,h}^k,P_{\mathrm{stor},s,h}^k,P_{f,m,h}^{\mathrm{actual},k})---\left(16\right)$

其中，为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，所述间歇式电源包括风力发电机组和光伏发电机组，化学储能***、间歇式电源和火力发电机组共同组成电力***；其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立考虑化学储能特性和间歇式电源接纳能力的机组组合数学模型；

步骤2：初始化间歇式电源间歇式电源实际功率，并设置迭代次数k＝0；

步骤3：重新设置迭代次数，使k＝k+1，计算之前所有间歇式电源间歇式电源实际功率场景下以出力为变量的目标函数最小值α，并计算该出力条件下以间歇式电源间歇式电源实际功率为变量的目标函数最大值β；

步骤4：如果目标函数最大值β和目标函数的最小值α的差大于收敛精度ε，则返回步骤3；否则结束，此时得到的机组组合结果即为最终优化结果；

所述步骤1中，机组组合数学模型的目标函数如下：

其中，i为火电机组序号，h为机组组合时段序号，m为间歇式电源间歇式电源机组序号，s为化学储能***序号，f为目标函数，I_i,h为火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；P_i,h为火电机组i在h时段的出力值，P_f,m,h为间歇式电源机组m在h时段的功率计划值，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值；

为火电机组燃料和开机费用，NG为火电机组总数，H为机组组合总时段数，F_ci(P_i,h,I_i,h)为火电机组i的燃料费用函数，SU_i,h(I_i,h,I_i,h-1…)为火电机组i在时段h的开机费用函数；

为间歇式电源购电费用，W为间歇式电源机组总数，F_wind为间歇式电源上网电价；

为***弃用间歇式电源罚函数，N为罚函数系数；

所述步骤2中，初始化间歇式电源实际功率,即

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率实际值，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，W为间歇式电源机组总数，H为机组组合总时段数，设置迭代次数k＝0；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：所有间歇式电源实际功率场景下以机组启停和出力为变量的目标函数最小值α表示为：

其中，为第k次迭代的火电机组i在h时段的出力值；为第k次迭代的火电机组i在h时段的状态，0为停机，1为开机；为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率计划值；为第k次迭代的化学储能***s在h时段的功率值；为第j次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值；

步骤3-2：该出力条件下以间歇式电源实际功率为变量的目标函数最大值β表示为：

其中，为第k次迭代的间歇式电源机组m在h时段的功率实际值。

2.根据权利要求1所述的含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，其特征在于：所述目标函数对应的约束条件包括充放电功率约束、电能容量约束、功率-电能等式约束、化学储能***爬坡约束、化学储能***备用约束、计划最后时段电能约束、火电机组出力约束、***负荷平衡约束、火电机组爬坡约束、间歇式电源功率计划值约束和火电机组开停机约束。

3.根据权利要求2所述的含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，其特征在于：关于化学储能***的充放电约束表示为：

其中，为化学储能***s在h时段的最大充电功率，为化学储能***s在h时段的最大放电功率，S为化学储能***总数；

关于化学储能***的电能容量约束表示为：

η_stor,s,min×C_stor,s,max≤C_stor,s,h≤η_stor,s,max×C_stor,s,max(s＝1,…,S；h＝1,…,H)

其中，η_stor,s,min和η_stor,s,max分别为化学储能***s的电能下限比例系数和电能上限比例系数，C_stor,s,max为化学储能***s的电能容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

关于化学储能***的功率-电能等式约束表示为(4)：

其中，C_stor,s,h-1为化学储能***s在h-1时段的存储电能值，为化学储能***s的放电能量效率系数，为化学储能***s的充电能量效率系数，P_stor,s,h为化学储能***s在h时段的功率值，1_H为1个时间单位；

化学储能***爬坡约束表示为：

其中，P_stor,s,h-1化学储能***s在h-1时段的功率值，US_s和DS_s分别为化学储能***s的爬坡速率和滑坡速率；

化学储能***备用约束表示为：

其中，R_stor,up,s,h和R_{stor,down,s,h}为化学储能***s在h时段提供的上调备用容量和下调备用容量，C_stor,s,h为化学储能***s在h时段的存储电能值；

根据化学储能***对备用容量的要求，化学储能***备用约束具体表示为：

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限，R_up,h和R_down,h分别为化学储能***在h时段的上调备用容量要求和下调备用容量要求；

关于化学储能***的计划最后时段电能约束表示为：

其中，为化学储能***s最后时段储能电能比例系数。

4.根据权利要求2所述的含化学储能***和间歇式电源的机组组合优化方法，其特征在于：火电机组出力约束表示为：

P_i,min×I_i,h≤P_i,h≤P_i,max×I_i,h(i＝1,…,NG；h＝1,…,H)

其中，P_i,max和P_i,min分别为火电机组i出力上限和下限；

***负荷平衡约束表示为：

其中，P_D,h为***在h时段的负荷值；

火电机组爬坡约束表示为：

其中，P_i,h-1为火电机组i在h-1时段的出力值，I_i,h-1为火电机组i在h-1时段的状态，0为停机，1为开机；UR_i和DR_i分别为火电机组i的爬坡速率和滑坡速率；

间歇式电源功率计划值约束表示为：

其中，为间歇式电源机组m在h时段的功率预测值，P_given为间歇式电源机组功率预测误差上限，间歇式电源机组m的装机容量；

火电机组开停机约束表示为：

其中，和分别为火电机组i在h-1时段的已开机时段数和已停机时段数；和分别为火电机组i的最小开机时段数和最小停机时段数。