CN104993523A - 使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法，包括将所述***弃风状态建模为相关于二进制变量的弃风状态线性函数，并基于该二进制变量将***内所有抽水蓄能电站的相关运行状态建模为相关于所述二进制变量的所述电站运行状态的线性函数，两所述线性函数联合约束***，模拟出***在弃风状态下抽水蓄能电站出力状态。其有益果在于：针对抽水蓄能电站在***出现弃风时禁止放水发电进行线性建模，使得精确考虑抽水蓄能电站特性的电网年运行计划的制定模型依然为混合整数规划模型，保证了模型的求解效率；更加符合实际电力***调度情况和抽水蓄能电站实际运行工况，计算结果能够为调度员提供最直观的判断依据。

Description

使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法

技术领域

本发明涉及电网优化运行的方法，尤其涉及一种使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法。

背景技术

由于风电发电量的稳定性不高，因此风电实际上网的电量与预测电量会有较大偏差，这给含风电电网的年度电力调度运行方案较为准确的制定带来困难，形成较好施行年度电力调度方案的瓶颈。

在含风电的电力***调度运行年方案的制定中，为提高电力***能源综合利用效率，解决风电发展瓶颈问题，近年来国内外研究机构开展了多项相关课题研究。而利用储能技术解决风电出力的不确定性及反调峰问题是最为直观的方案。现有储能技术中，抽水蓄能电站技术最为成熟，应用也最为广泛。抽水蓄能电站是一种特殊的水电站，既是电源又是负荷，且具有启动迅速、运行可靠灵活的优点，能有效跟踪***负荷的变化，保障***的安全稳定运行。截至目前，风电-抽水蓄能联合运行方案是提升电网风电接纳能力中最为成熟的运行方案。因此，如何建立合适的并且接近于电网运行实际的抽水蓄能电站模型是电力***中研究的热点和难点问题。特别是大规模风电并网后，如何使抽水蓄能电站模型既符合风电调度运行状态，又能保证模型计算效率是迫切需要解决的问题。

现有的模型中，文献一《基于时序仿真的风电年度计划制定方法》(电力***自动化第38卷第11期第13页)提出一种基于时序仿真的风电年度计划方法，综合考虑风电出力特性、负荷特性、机组调峰特性、电网送出能力等因素，逐时段优化全网含风电的电力平衡，建立了用于研究省级电网年度风电计划的优化模型。但是，该优化模型中没有考虑对抽水蓄能电站模型的建立，导致模型中电网调峰能力与实际电网有所偏差，进而影响最终风电年度计划的制定。文献二《Joint environmental andeconomic power dispatch considering wind power integration:Empirical analysis from Liaoning Province ofChina》(Renewable Energy第52期第260页)利用实际火电机组、水电机组、风电出力以及负荷数据，构建了含风电场及抽水蓄能电站的电力***经济环境联合调度模型。但其对抽水蓄能电站建模时，并未考虑抽水蓄能电站的库容约束、发电出力约束及抽水电力约束。过于粗糙的抽水蓄能电站建模导致优化结果不能对实际抽水蓄能电站运行提供有效指导。文献三《含风电场***风电与抽水蓄能匹配容量研究》(太阳能学报第33卷第6期第1037页)，以社会效益最大化为目标建立风电-抽水蓄能联合运行优化模型。文献四《风电—抽水蓄能联合日运行优化调度模型》(电力***自动化第36卷第2期第36页)以风电—抽水蓄能联合运行的效益最大化为目标，考虑抽水蓄能机组的启停限制和发电—抽水工况转换限制，以二次约束表征机组启停约束和抽水蓄能电站运行工况约束。其对抽水蓄能电站的模型建立，并不符合实际风电调度情况。在实际***调度中，如果***出现弃风，那么此时，抽水蓄能电站不能进行放水发电，现有的调度模型中均未针对此约束进行建模。

因此，提供一种用于含风电的电力***调度运行年方案的抽水蓄能电站的数学建模方法是非常迫切的。

发明内容

本发明要解决的是大规模风电并网后，如何使抽水蓄能电站模型既符合风电调度运行状态又能保证模型计算效率，以用于含风电的电力***调度运行年方案的制定的问题，而提供的一种使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法。

为实现上述发明目的，本发明的抽水蓄能电站特性精确模拟方法，包括将所述***弃风状态建模为相关于二进制变量的弃风状态线性函数，并基于该二进制变量将***内所有抽水蓄能电站的相关运行状态建模为相关于所述二进制变量的所述电站运行状态的线性函数，两所述线性函数联合约束***，模拟出***在弃风状态下抽水蓄能电站出力状态。

所述弃风状态线性函数表征的是：t时段***的风电理论预测功率与t时段接***接纳风电功率之差为相关于二进制变量A^t的线性函数，依据***接纳风电功率的大小判断当前弃风状态。

所述弃风状态线性函数的数学表达式为：

$(A^t-1)\×P_w^{t,n*}+eps\≤P_w^{t,n*}-P_w^t\≤A^t\×P_w^{t,n*}---\left(1\right)$

式中：当***出现弃风，A^t＝1；当***未出现弃风，A^t＝0时；为非负连续变量；为常数；eps为正无穷小量。

所述电站运行状态的线性函数至少包括电站出力状态线性函数，该电站出力状态线性函数表征的是：t时段抽水蓄能电站发电功率为相关于二进制变量A^t的线性函数，当***出现弃风时抽水蓄能电站的出力为零，当***未出现弃风时，抽水蓄能电站出力在理论最大发电功率和理论最小发电功率之间。

所述系电站出力状态线性函数的数学表达式为：

$P_{PSG\min }^t\×(1-A^t)\≤P_{PSG}^t\≤P_{PSGmax}^t\×(1-A^t)---\left(2\right)$

式中：为非负变量，和为常数，分别表示抽水蓄能电站最大理论发电功率和最小理论发电功率。

所述电站的运行状态的线性函数还包电站抽放水状态的线性函数，该抽放水状态的线性函数表征的是：t时段抽水状态或放水状态依次为二进制变量任意时刻，所述电站只能出现抽放或放水的一种动作状态。

所述电站t时段抽放水状态的线性函数的数学表达式为：

$0\≤{\mathrm{PS}}_a^t+{\mathrm{PS}}_b^t\≤1---\left(3\right)$

式中，表示电站没有进行抽水操作，表示电站正在进行抽水操作；表示电站没有进行放水操作，表示电站正在进行放水操作。

所述电站运行状态的线性函数还包括所述电站出力约束的线性函数和电站抽水状态的线性函数；所述电站出力波动状态的线性函数表征的是：所述电站放水发电时，发电功率在理论最大放水发电功率和理论最小放水发电功率之间任意波动，该线性函数的数学表达式为：

${\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSGmin}^t\≤P_{PSG}^t\≤{\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSGmax}^t---\left(4\right)$

所述电站抽水状态的线性函数表征的是：所述电站抽水时，抽水机组一旦开启，就处于满发状态，该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{PSP}^t={\mathrm{PS}}_a^t\×N_{PS}^t\×P_{PSPunit}^t\\ 0\≤N_{PS}^t\≤N_{PSmax}^t\end{array}\right.---\left(5\right),$ 式中，为非负变量，表示抽水蓄能电站抽水功率；为正整数变量，表示抽水蓄能电站参与优化的抽水机组台数；为单台抽水机组装机容量；为正常数，表示抽水蓄能电站抽水机组总台数。

所述电站运行状态的线性函数还包括机组优化功率约束的线性函数、最小启停机时间约束的线性函数、供热期供热机组出力约束的线性函数和启停机逻辑状态约束的线性函数，

所述机组优化功率约束的线性函数表征的是：区域第j台常规机组输出功率的大小为相关于二进制变量的线性函数，该线性函数的数学表达式为：

$P_{j,\min }\·X_j^t\≤P_j^t\≤P_{j,max}\·X_j^t---\left(6\right)$

式中：P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限；是j台机组在时段t的运行状态的二进制变量，表示机组没有运行，表示机组正在运行；

所述最小启停机时间约束的线性函数表征的是：任意时刻，机组j在时段t只能出现启机动作状态或停机动作状态中的一种；该线性函数的数学表达式为：

$Y_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{on}}{\Σ}}{Z}_j^{t+i}\≤1---\left(7\right)$

或 $Z_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{off}}{\Σ}}{Y}_j^{t+i}\≤1---\left(8\right)$

式中：为二进制变量，表示机组正在启动，表示机组不在启动状态，表示机组正在停机，表示机组不在停机状态；k_on为机组最小启机时间；k_off为机组最小停机时间；不同类型的机组启停机时间参数不同；

所述供热期供热机组出力约束的线性函数表征的是：背压式供热机组和抽气式供热机组在供热期内的电出力和热出力的耦合关系；该线性函数的数学表达式为：

$P_{j,BY}^t=C_j^b\·H_j^t---\left(9\right)$

$H_j^t\·C_j^b\≤P_{j,CQ}^t\≤P_{j,\max }-H_j^t\·C_j^v---\left(10\right)$

式中：为背压式供热机组电出力大小，为抽气式供热机组电出力大小；分别为第j台机组供热机组热电耦合系数，表示出力下限的耦合系数，表示出力上限的耦合系数；为t时段热负荷大小；P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限，为抽气机组出力大小；

所述启停机逻辑状态约束的线性函数表征的是：机组运行状态、启机状态和运行状态符合逻辑约束；该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_j^t-X_j^{t-1}-Y_j^t+Z_j^t=0\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Y_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Y_j^t\≤2\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Z_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Z_j^t\≤2\end{array}\right.---\left(11\right)$

所述电站的运行状态还包括下列非二进制变量建模的下列线性函数：电站库容约束的线性函数、所述电站水量平衡约束的线性函数、机组爬坡率约束的线性函数、区域间线路传输容量约束的线性函数、旋转备用约束的线性函数、区域负荷平衡约束的线性函数、风电功率约束的线性函数和目标函数的线性函数，

所述抽水蓄能电站库容约束的线性函数表征的是：抽水蓄能电站中水量大小需满足自身库容大小的约束，抽水时，水量不能超过库容所允许的最大水量；放水时，水量不能小于库容所允许的最小水量；该线性函数的数学表达式为：

$W^t-W_{max}\≤P_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p\≤W^t-W_{min}---\left(12\right)$

式中，W_max和W_min为常数，表示该抽水蓄能电站最大/最小蓄水量；W^t为正变量，表示该抽水蓄能电站当前时刻的水量；η_g和η_p均为常数，分别表示放水和抽水时抽水蓄能电站水量/电量转换系数。

所述抽水蓄能电站水量平衡约束的线性函数表征的是：抽水蓄能电站中库容与其发电量的对应关系；该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p=W^t-W_{end}^t\\ W^t=W_{end}^{t-1}\end{array}\right.---\left(13\right)$

W¹＝W_InitialCap  (14)

式中，为正变量，表示该抽水蓄能电站终止电量，其值与下一时刻的初始电量相同；W¹为抽水蓄能电站第一个时段库容水量大小，其值应为电站的初始库容，W_InitialCap为抽水蓄能电站初始库容水量；

所述机组爬坡率约束的线性函数的线性函数表征的是：每台机组单位时间能增加或减少的出力；该线性函数的数学表达式为：

$P_j^{t+1}-P_j^t\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,up}---\left(15\right)$

$P_j^t-P_j^{t+1}\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,down}---\left(16\right)$

式中：ΔP_j,up、ΔP_j,down分别为机组j的最大上爬坡速率和下爬坡速率；

所述区域间线路传输容量约束的线性函数表征的是：区域之间线路允许传输的功率不能超过其物理限制；该线性函数的数学表达式为：

$-L_{i,max}\≤L_i^t\≤L_{i,max}---\left(17\right)$

为t时段第i条传输线的输电功率；而L_i,max和-L_i,max分别为第i条传输线传输容量上下限；设定电流参考方向为：流入区域为正方向，流出区域为负方向。所以可以取正负值，正负则代表功率传输的方向

所述旋转备用约束的线性函数的线性函数表征的是：为了实现***有功功率的平衡，***应有一定的备用容量。***的备用容量是指在***最大负荷情况下，***的可用电源容量大于发电负荷的部分。该线性函数的数学表达式为：

$-\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{P}_{j,\max }\·X_j^t\≤-\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_l^{t,n}-\mathrm{Pr}e---\left(18\right)$

式中：则表示n区域第t时段的电力负荷，Pre为正旋转备用；

所述区域负荷平衡约束的线性函数表征的是：电力***发电功率与所用电力负荷应该实时平衡，该线性函数的数学表达式为：

$P_{all}^{t,n}+P_w^{t,n}+P_{PSG}^t-P_{PSP}^t+L_i^t=P_l^{t,n}---\left(19\right)$

式中：为火电机组总出力，为电网接纳的风电功率。

所述风电功率约束的线性函数表征的是：电网接纳的风电功率应该小于其预测功率，该线性函数的数学表达式为：

$0\≤P_w^{t,n}\≤P_w^{t,n^{*}}---\left(20\right)$

式中：风电预测功率大小

所述目标函数表征的是：电网优先接纳风电电力；该函数的数学表达式为：

$max\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_w^{t,n}---\left(21\right).$

本发明的有益果在于：1)本发明能够针对抽水蓄能电站在***出现弃风时禁止放水发电进行线性建模，使得精确考虑抽水蓄能电站特性的电网年运行计划的制定模型依然为混合整数规划模型，保证了模型的求解效率；2)本发明的方法更加符合实际电力***调度情况和抽水蓄能电站实际运行工况，计算结果能够为调度员提供最直观的判断依据。

附图说明

图1是某区域水平年3个分区域负荷出力序列。

图2是某区域水平年3个分区域年度风电序列。

图3是某区域弃风状态与抽水蓄能运行状态分析图。

具体实施方式

下面结合一具体实施方式对本发明做进一步说明。

第一步，对***弃风状态进行线性建模：

$(A^t-1)\×P_w^{t,n*}+eps\≤P_w^{t,n*}-P_w^t\≤A^t\×P_w^{t,n*}---\left(1\right)$

式中，A^t为二进制变量，表示t时段***弃风状态变量，其值为1时，表示***出现弃风；其值为0时，表示***未出现弃风，即此刻风电全部被***接纳。为非负变量，表示t时段***接纳风电功率；为常数，表示t时段风电理论预测功率大小；eps为正无穷小量。当***出现弃风时，即理论风电出力大于***接纳风电出力由于受到式(1)的约束，此时A^t＝0；当***未出现弃风时，即接纳风电出力和理论出力相等，由于式(1)的约束，此时A^t＝1。特别的，当前时刻风电理论出力为0时，即时，规定A^t＝0。因此，该线性约束可以根据t时段接纳风电大小，简单明了的判断出***在当前时刻的弃风状态。

第二步，应基于上述的***弃风状态模型，对***内所有抽水蓄能电站的运行状态进行建模。

1)***出现弃风时抽水蓄能电站出力建模

$P_{PSG\min }^t\×(1-A^t)\≤P_{PSG}^t\≤P_{PSGmax}^t\×(1-A^t)---\left(2\right)$

式中，为非负变量，表示抽水蓄能电站发电功率；和为常数，分别表示抽水蓄能电站最大理论发电功率和最小理论发电功率。如式1所示，当***出现弃风时，A^t＝1，此时抽水蓄能电站的出力当***未出现弃风时，A^t＝1，此时抽水蓄能电站出力在其理论最大最小出力之间运行。

式(1-2)的联合约束使得***出现弃风时，抽水蓄能电站禁止放水发电，该模型与抽水蓄能电站实际运行状态相符。抽水蓄能电站其余约束条件与传统模型一致，这里只做简单介绍。

2)抽水蓄能电站抽/放水状态及出力约束

$0\≤{\mathrm{PS}}_a^t+{\mathrm{PS}}_b^t\≤1---\left(3\right)$

${\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSG\min }^t\≤P_{PSG}^t\≤{\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSGmax}^t---\left(4\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{PSP}^t={\mathrm{PS}}_a^t\×N_{PS}^t\×P_{PSPunit}^t\\ 0\≤N_{PS}^t\≤N_{PS\max }^t\end{array}\right.---\left(5\right)$

式(3)中，为二进制变量，分别表示抽水蓄能电站抽/放水状态，为0表示电站没有进行抽水操作，为1表示电站正在进行抽水操作；为0表示电站没有进行放水操作，为1表示电站正在进行抽水操作，在任意时刻，抽水蓄能电站只能出现一种动作状态。

式(4)表示当抽水蓄能电站放水发电时，其功率可以在其理论最大和最小发电出力之间任意波动。

式(5)中，为非负变量，表示抽水蓄能电站抽水功率；为正整数变量，表示抽水蓄能电站参与优化的抽水机组台数；为单台抽水机组装机容量；为正常数，表示抽水蓄能电站抽水机组总台数。式(5)表示抽水蓄能电站抽水时，抽水机组一旦开启，就必须处于满发状态。

3)抽水蓄能电站库容约束

$W^t-W_{max}\≤P_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p\≤W^t-W_{\min }---\left(6\right)$

式(6)中，W_max和W_min为常数，表示该抽水蓄能电站最大/最小蓄水量；W^t为正变量，表示该抽水蓄能电站当前时刻的水量；η_g和η_p均为常数，分别表示放水和抽水时抽水蓄能电站水量/电量转换系数。

4)抽水蓄能电站水量平衡约束

$\{\begin{array}{c}{P}_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p=W^t-W_{end}^t\\ W^t=W_{end}^{t-1}\end{array}---\left(7\right)$

W¹＝W_InitialCap  (8)

式(7)中，为正变量，表示该抽水蓄能电站终止电量，其值与下一时刻的初始电量相同，式(8)表示给抽水蓄能电站赋一个初始的水库容量值。

其它的约束例如：机组优化功率约束、最小启停机时间约束、供热期供热机组出力约束、启停机逻辑状态约束、机组爬坡率约束、区域间线路传输容量约束、旋转备用约束、区域负荷平衡约束、风电功率约束和目标函数与现有技术基本相同，具体如下：

5)机组优化功率约束用以表征某区域第j台常规机组t时刻输出功率的大小，为正相关于二进制变量的线性函数，其数学表达式为：

$P_{j,\min }\·X_j^t\≤P_j^t\≤P_{j,max}\·X_j^t---\left(9\right)$

式中：P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限；是j台机组在时段t的运行状态的二进制变量，表示机组没有运行，表示机组正在运行；

6)最小启停机时间约束，用以表征任意时刻，机组j在时段t只能出现启机动作状态或停机动作状态中的一种；其线性函数的数学表达式为

$Y_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{on}}{\Σ}}{Z}_j^{t+i}\≤1---\left(10\right)$

或 $Z_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{off}}{\Σ}}{Y}_j^{t+i}\≤1---\left(11\right)$

式中：为二进制变量，表示机组正在启动，表示机组不在启动状态，表示机组正在停机，表示机组不在停机状态；k_on为机组最小启机时间；k_off为机组最小停机时间；不同类型的机组启停机时间参数不同；

7)供热期供热机组出力约束，用以表征背压式供热机组和抽气式供热机组在供热期内的电出力和热出力的耦合关系，其约束的线性函数表征为：

$P_{j,BY}^t=C_j^b\·H_j^t---\left(12\right)$

$H_j^t\·C_j^b\≤P_{j,CQ}^t\≤P_{j,max}-H_j^t\·C_j^v---\left(13\right)$

式中：为背压式供热机组电出力大小，为抽气式供热机组电出力大小；为供热机组热电耦合系数，表示出力下限的耦合系数，表示出力上限的耦合系数；为t时段热负荷大小；P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限，为抽气机组出力大小。

8)启停机逻辑状态约束，用以表征机组运行状态、启机状态和停机状态应符合的逻辑约束，用下列数学表达式表示：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_j^t-X_j^{t-1}-Y_j^t+Z_j^t=0\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Y_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Y_j^t\≤2\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Z_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Z_j^t\≤2\end{array}\right.---\left(14\right)$

9)机组爬坡率约束，用以表征每台机组单位时间能增加或减少的出力，其数学达式为：

$P_j^{t+1}-P_j^t\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,up}---\left(15\right)$

$P_j^t-P_j^{t+1}\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,down}---\left(16\right)$

15、16公式中ΔP_j,up、ΔP_j,down分别为机组j的最大上爬坡速率和下爬坡速率；

10)区域间线路传输容量约束，用以表征区域之间线路允许传输的功率不能超过其物理限制，其数学达式为：

$-L_{i,max}\≤L_i^t\≤L_{i,max}---\left(17\right)$

为t时段第i条传输线的输电功率，而L_i,max和-L_i,max分别为第i条传输线传输容量上下限；设定电流参考方向为：流入区域为正方向，流出区域为负方向。所以可以取正负值，正负则代表功率传输的方向。

11)旋转备用约束，用以表征实现***有功功率的平衡，应有一定的备用容量。***的备用容量是指在***最大负荷情况下，***的可用电源容量大于发电负荷的部分。其数学达式为：

$-\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{P}_{j,\max }\·X_j^t\≤-\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_l^{t,n}-\mathrm{Pr}e---\left(18\right)$

式中：则表示n区域第t时段的电力负荷，Pre为正旋转备用。

12)区域负荷平衡约束，用以表征电力***发电功率与所用电力负荷应该实时平衡。其数学达式为：

$P_{all}^{t,n}+P_w^{t,n}+P_{PSG}^t-P_{PSP}^t+L_i^t=P_l^{t,n}---\left(19\right)$

式中：为火电机组总出力，为电网接纳的风电功率。

13)风电功率约束，用以表征电网接纳的风电功率应该小于其理论功率。其数学达式为：

$0\≤P_w^{t,n}\≤P_w^{t,n^{*}}---\left(20\right)$

式中：风电理论功率大小。

14)目标函数，用以表征电网优先接纳风电电力。其数学达式为：

$max\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_w^{t,n}---\left(21\right)$

式中：则表示n区域第t时段的电力负荷；Pre为正旋转备用；T为总的优化时间断面；N为电网所有分区数。

一个验证的仿真实施例

用上述本发明方法对某一区域的电网***运行状况进行模拟，将区域的电网***分为分区域1，分区域2，分区域3三个区域。3个分区域的水平年年度风电序列、负荷出力序列如图1、图2所示，仿真时间步长为1小时，统调机组分布情况见表1-4。区域1到区域3的传输容量极限为1800MW；分区域3与分区域2的传输容量极限为1500MW。***正备用容量为660MW。

表1实际***中凝气式机组数据表

装机容量/(MW)	最小出力/(MW)	台数	区域
				300	156	2	1
600	312	1	1
				660	343	1	1
600	312	2	2

表2实际***中抽气式机组数据表

装机容量/(MW)	最小出力/(MW)	台数	热负荷/(MW)	Cb值	Cv值	区域
							100	52	10	100	0.72	0.95	1
200	102	13	200	0.56	0.95	1
							300	156	18	300	0.65	0.98	1
330	155	2	330	0.60	0.93	1
							660	243	1	660	0.60	0.96	1
200	102	2	200	0.56	0.92	2

200	102	1	200	0.56	0.95	3
							600	282	1	600	0.52	0.95	3

表3实际***中背压式机组数据表

机组容量/(MW)	最小出力/(MW)	台数	热负荷/(MW)	Cb值	区域
						64	38	1	350	0.16	1

表4实际***中抽水蓄能机组数据表

不同案例优化结果如表5所示。

表5各案例计算结果对比分析表

由表5分析可知，在制定含风电的电力***调度运行年方案时，需考虑对抽水蓄能电站的建模，对全网风电接纳能力改善明显，风电弃风率降低了5.75％，区域多接纳风电538639MW。由于本方法是对抽水蓄能电站进行线性建模，所以对调度运行年方案计算时间影响不大，仅增加了0.3分钟。

由图3可以看出：1)抽水蓄能电站抽水时，只要抽水机组开启，就会满出力运行；2)在***出现弃风时，抽水蓄能电站禁止放水发电的约束，计算结果更加符合实际***运行情况。

Claims (10)

1.使含风电电网***优化运行的抽水蓄能电站特性精确模拟方法，其特征在于：包括将所述***弃风状态建模为相关于二进制变量的弃风状态线性函数，并基于该二进制变量将***内所有抽水蓄能电站的相关运行状态建模为相关于所述二进制变量的所述电站运行状态的线性函数，两所述线性函数联合约束***，模拟出***在弃风状态下抽水蓄能电站出力状态。

2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述弃风状态线性函数表征的是：t时段***的风电理论预测功率与t时段***接纳风电功率之差为相关于二进制变量A^t的线性函数，依据***接纳风电功率的大小判断当前弃风状态。

3.根据权利要求2所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述弃风状态线性函数的数学表达式为：

$(A^t-1)\×P_w^{t,n*}+eps\≤P_w^{t,n*}-P_w^t\≤A^t\×P_w^{t,n*}---\left(1\right)$

式中：当***出现弃风，A^t＝1；当***未出现弃风，A^t＝0时；为非负连续变量；为常数；eps为正无穷小量。

4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站运行状态的线性函数至少包括电站出力状态线性函数，该电站出力状态线性函数表征的是：t时段抽水蓄能电站发电功率为相关于二进制变量A^t的线性函数，当***出现弃风时抽水蓄能电站的出力为零，当***未出现弃风时，抽水蓄能电站出力在理论最大发电功率和理论最小发电功率之间。

5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述系电站出力状态线性函数的数学表达式为：

$P_{PSG\min }^t\×(1-A^t)\≤P_{PSG}^t\≤P_{PSGmax}^t\×(1-A^t)---\left(2\right)$

式中：为非负变量，和为常数，分别表示抽水蓄能电站最大理论发电功率和最小理论发电功率。

6.根据权利要求5所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站的运行状态的线性函数还包电站抽放水状态的线性函数，该抽放水状态的线性函数表征的是：t时段抽水状态或放水状态依次为二进制变量任意时刻，所述电站只能出现抽放或放水的一种动作状态。

7.根据权利要求6所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站t时段抽放水状态的线性函数的数学表达式为：

$0\≤{\mathrm{PS}}_a^t+{\mathrm{PS}}_b^t\≤1---\left(3\right)$

式中，表示电站没有进行抽水操作，表示电站正在进行抽水操作；表示电站没有进行放水操作，表示电站正在进行放水操作。

8.根据权利要求7所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站运行状态的线性函数还包括所述电站出力约束的线性函数和电站抽水状态的线性函数；

所述电站出力波动状态的线性函数表征的是：所述电站放水发电时，发电功率在理论最大放水发电功率和理论最小放水发电功率之间任意波动，该线性函数的数学表达式为：

${\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSG\min }^t\≤P_{PSG}^t\≤{\mathrm{PS}}_b^t\×P_{PSGmax}^t---\left(4\right)$

所述电站抽水状态的线性函数表征的是：所述电站抽水时，抽水机组一旦开启，就处于满发状态，该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{PSP}^t={\mathrm{PS}}_a^t\×N_{PS}^t\×P_{PSPunit}^t\\ 0\≤N_{PS}^t\≤N_{PSmax}^t\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中，为非负变量，表示抽水蓄能电站抽水功率；为正整数变量，表示抽水蓄能电站参与优化的抽水机组台数；为单台抽水机组装机容量；为正常数，表示抽水蓄能电站抽水机组总台数。

9.根据权利要求7所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站运行状态的线性函数还包括机组优化功率约束的线性函数、最小启停机时间约束的线性函数、供热期供热机组出力约束的线性函数和启停机逻辑状态约束的线性函数，

所述机组优化功率约束的线性函数表征的是：某区域第j台常规机组输出功率的大小为相关于二进制变量的线性函数，该线性函数的数学表达式为：

$P_{j,\min }\·X_j^t\≤P_j^t\≤P_{j,max}\·X_j^t---\left(6\right)$

式中：P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限；是j台机组在时段t的运行状态的二进制变量，表示机组没有运行，表示机组正在运行；

所述最小启停机时间约束的线性函数表征的是：任意时刻，机组j在时段t只能出现启机动作状态或停机动作状态中的一种；该线性函数的数学表达式为：

$Y_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{on}}{\Σ}}{Z}_j^{t+i}\≤1---\left(7\right)$

或 $Z_j^t+\underset{i=1}{\overset{k_{off}}{\Σ}}{Y}_j^{t+i}\≤1---\left(8\right)$

式中：为二进制变量，表示机组正在启动，表示机组不在启动状态，表示机组正在停机，表示机组不在停机状态；k_on为机组最小启机时间；k_off为机组最小停机时间；不同类型的机组启停机时间参数不同；

所述供热期供热机组出力约束的线性函数表征的是：背压式供热机组和抽气式供热机组在供热期内的电出力和热出力的耦合关系；该线性函数的数学表达式为：

$P_{j,BY}^t=C_j^b\·H_j^t---\left(9\right)$

$H_j^t\·C_j^b\≤P_{j,CQ}^t\≤P_{j,max}-H_j^t\·C_j^v---\left(10\right)$

式中：为背压式供热机组电出力大小，为抽气式供热机组电出力大小；分别为第j台机组供热机组热电耦合系数，表示出力下限的耦合系数，表示出力上限的耦合系数；为t时段热负荷大小；P_j,max，P_j,min为常数，分别表示为第j台机组的出力上限和出力下限，；

所述启停机逻辑状态约束的线性函数表征的是：机组运行状态、启机状态和运行状态符合逻辑约束；该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_j^t-X_j^{t-1}-Y_j^t+Z_j^t=0\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Y_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Y_j^t\≤2\\ -X_j^t-X_j^{t-1}+Z_j^t\≤0\\ X_j^t+X_j^{t-1}+Z_j^t\≤2\end{array}\right.---\left(11\right)$

10.根据权利要求7所述的抽水蓄能电站特性精确模拟方法其特征在于：所述电站的运行状态还包括下列非二进制变量建模的下列线性函数：电站库容约束的线性函数、所述电站水量平衡约束的线性函数、机组爬坡率约束的线性函数、区域间线路传输容量约束的线性函数、旋转备用约束的线性函数、区域负荷平衡约束的线性函数、风电功率约束的线性函数和目标函数的线性函数，

所述抽水蓄能电站库容约束的线性函数表征的是：抽水蓄能电站中水量大小需满足自身库容大小的约束，抽水时，水量不能超过库容所允许的最大水量；放水时，水量不能小于库容所允许的最小水量；该线性函数的数学表达式为：

$W^t-W_{max}\≤P_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p\≤W^t-W_{min}---\left(12\right)$

式中，W_max和W_min为常数，表示该抽水蓄能电站最大/最小蓄水量；W^t为正变量，表示该抽水蓄能电站当前时刻的水量；η_g和η_p均为常数，分别表示放水和抽水时抽水蓄能电站水量/电量转换系数。

所述抽水蓄能电站水量平衡约束的线性函数表征的是：抽水蓄能电站中库容与其发电量的对应关系；该线性函数的数学表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{PSG}^t\·{\mathrm{\η}}_g-P_{PSP}^t\·{\mathrm{\η}}_p=W^t-W_{end}^t\\ W^t=W_{end}^{t-1}\end{array}\right.---\left(13\right)$

W¹＝W_InitialCap   (14)

式中，为正变量，表示该抽水蓄能电站终止电量，其值与下一时刻的初始电量相同；W¹为抽水蓄能电站第一个时段库容水量大小，其值应为电站的初始库容，W_InitialCap为抽水蓄能电站初始库容水量；

所述机组爬坡率约束的线性函数的线性函数表征的是：每台机组单位时间能增加或减少的出力；该线性函数的数学表达式为：

$P_j^{t+1}-P_j^t\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,up}---\left(15\right)$

$P_j^t-P_j^{t+1}\≤{\mathrm{\ΔP}}_{j,down}---\left(16\right)$ 式中：ΔP_j,up、ΔP_j,down分别为机组j的最大上爬坡速率和下爬坡速率；

所述区域间线路传输容量约束的线性函数表征的是：区域之间线路允许传输的功率不能超过其物理限制，；该线性函数的数学表达式为：

$-L_{i,max}\≤L_i^t\≤L_{i,max}---\left(17\right)$

为t时段第i条传输线的输电功率；而L_i,max和-L_i,max分别为第i条传输线传输容量上下限；设定电流参考方向为：流入区域为正方向，流出区域为负方向。所以可以取正负值，正负则代表功率传输的方向

所述旋转备用约束的线性函数的线性函数表征的是：为了实现***有功功率的平衡，***应有一定的备用容量。***的备用容量是指在***最大负荷情况下，***的可用电源容量大于发电负荷的部分。；该线性函数的数学表达式为：

$-\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{P}_{j,max}\·X_j^t\≤-\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_l^{t,n}-\mathrm{Pr}e---\left(18\right)$

式中：则表示n区域第t时段的电力负荷，Pre为正旋转备用；

所述区域负荷平衡约束的线性函数表征的是：电力***发电功率与所用电力负荷应该实时平衡；该线性函数的数学表达式为：

$P_{all}^{t,n}+P_w^{t,n}+P_{PSG}^t-P_{PSP}^t+L_i^t=P_l^{t,n}---\left(19\right)$

式中：为火电机组总出力，为电网接纳的风电功率

所述风电功率约束的线性函数表征的是：电网接纳的风电功率应该小于其预测功率；该线性函数的数学表达式为：

$0\≤P_w^{t,n}\≤P_w^{t,n^{*}}---\left(20\right)$

式中：风电预测功率大小

所述目标函数表征的是：电网优先接纳风电电力；该函数的数学表达式为：

$max\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_w^{t,n}---\left(21\right).$