CN109936164B - 基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法 - Google Patents

基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法，其特点是，包括：建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制、基于该互补机制构建互补性指标体系和互补性需求的数学模型、定义可再生能源互补电源、计算以互补性需求最小为目标的可再生能源互补电源中所需匹配水电容量配比、根据互补性指标制定多异质能源电源的分层优化运行策略、利用粒子群算法对各优化层对应的优化目标函数进行求解，计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值等步骤，该方法具有科学、合理，简单、实用，能够提升可再生能源消纳水平的优点。

Description

基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法
技术领域
本发明涉及电力***优化运行领域，是一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法。
背景技术
随着能源危机的爆发以及环境污染问题的突显，可再生能源的开发和利用得到了前所未有的重视，但由于风电光伏输出功率具有间歇性、波动性等特点，给电网优化运行带来一定的挑战，通过异质电源之间的互补特性可减弱风电、光伏并网所带来的影响，对减少环境污染、提高能源利用率，保证电力***稳定运行有着重要作用。因此，利用电源之间的时空互补特性是提高可再生能源消纳能力的重要手段。
现有关于对含新能源电力***的优化运行的研究，有利用储能来应对可再生能源的不确定性，对电力***进行优化，但未考虑其余电源的互补特性；有的只考虑两种或三种电源之间的互补特性对电力***进行节能优化，还有在源网荷协调的角度对电力***进行多时间尺度的优化，但考虑电源的类型较少，此外，也有在含新能源电力***调峰的角度对电力***进行优化。现有研究中涉及到多种能源的电力***优化中也未能很好的利用多种电源的互补特性来提高可再生能源消纳。
发明内容
本发明的目的是，提供一种科学、合理，简单、实用的基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法。
实现本发明目的所采用的技术方案是，一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制
①在多能源电力***中包含多种输出功率特性各不相同的异质能源电源，是多能互补协调发电的前提条件，其中各电源之间的互补特性具有多能源、多时空、多维度的特点，电源互补特性是针对各异质能源电源之间能够进行互济互助发电特点而言的，用公式(1)将电源互补特性表示为各种电源输出功率满足***负荷的特性，
Figure BDA0002013269760000011
式中，
Figure BDA0002013269760000012
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure BDA0002013269760000013
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000021
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000022
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000029
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；t＝1,2,3…T，T为时段数，Δt为时间步长，
②建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为：以各种电源天然的互补特性为基础，依靠火电、气电、可调节性水电具有的良好调节能力来平抑风电、光伏这些自然资源约束型电源输出功率的波动性，充分利用清洁的可再生能源电源，降低火电在电力***中所占比例，实现电力***资源的合理配置，最终达到***总发电与总负荷之间实时平衡的优化运行目的，
2)分别构建互补性指标体系、互补性需求的数学模型
①构建互补性指标体系
定义互补性指标为多能源电力***所追求的互补效果的量化指标，即其优化的方向，结合多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制，从提升***可再生能源消纳能力和节能增效的角度考虑，构建互补性指标体系，
A、计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标
定义rpe(t)为多能源电力***在第t个时段可再生能源电源输出功率与负荷的比值，主要反映可再生能源电源在电力***中的地位，可再生能源电源输出功率的穿透率越大，证明多能源电力***越清洁，用公式(2)计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure BDA0002013269760000024
式中，
Figure BDA0002013269760000025
为多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure BDA0002013269760000026
表示多能源电力***中可再生能源电源在第t个时段的输出功率值，
Figure BDA0002013269760000027
表示多能源电力***在第t个时段的负荷值，T为时段数，Δt为时间步长，t＝1,2,3…T，
B、计算火电的煤耗量指标
在多能源电力***中，火电的煤耗量越小说明火电的经济性与环保性越好，用公式(3)计算火电机组的煤耗量指标，
Figure BDA0002013269760000028
式中，ai、bi、ci为第i个火电机组的三个燃料消耗特征系数，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量指标，Pth.i.t为第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
C、计算火电所承担负荷的波动幅度指标
为了减少火电机组的输出功率的频繁改变，降低煤耗量，提高利用效率，应尽量减少火电所承担负荷的波动幅度，采用负荷值的标准差来表示负荷的波动幅度，用公式(4)计算火电机组承担负荷的波动幅度指标，
Figure BDA0002013269760000031
式中，δth为多能源电力***中火电机组所承担负荷的波动幅度指标，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
Figure BDA0002013269760000032
为多能源电力***中全部火电在第t个时段承担的负荷值，
Figure BDA0002013269760000033
为多能源电力***中全部火电在T个时段内承担负荷的平均值，
D、用公式(5)计算水电的发电量，
Figure BDA0002013269760000034
式中，WH为在T个时段内多能源电力***中全部水电的总发电量；
Figure BDA0002013269760000035
为第j个水电机组在第t个时段发电的用水量，
Figure BDA0002013269760000039
为第j个水电机组在第t个时段的水头高度，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，η为水电转换效率；t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
E、用公式(6)计算水电的弃水量指标，
Figure BDA0002013269760000037
式中，ΔQ为全部水电在T个时段内的弃水量指标，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000038
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，
②构建描述多异质电源互补性需求的数学模型
定义多异质电源互补性需求为在一定时间内，各异质电源间的输出功率相互补充后与负荷的匹配程度，互补性需求中的两个要素为电源和负荷，通过各种异质电源之间的互补性需求指标和电源与负荷之间的互补性需求指标来量化，
A、计算各种异质电源之间的互补性需求指标
A1、用公式(7)计算电源输出功率的变化率，
ri t＝(Pi t-Pi t-1)/Δt， (7)
式中，ri t为第i种电源在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Pi t为第i种电源在第t个时段的输出功率值，Pi t-1为第i种电源在第t-1时段的输出功率值，i＝1,2,3…n，n为所考察的电源种类数，t＝1,2,3…T；Δt为时间步长，T是总时段数，
A2、用公式(8)计算火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，
Figure BDA0002013269760000041
式中，Ss为在T个时段内火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段输出功率变化率之和的绝对值，
Figure BDA0002013269760000042
为火电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000043
为水电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000044
为光伏在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000045
为风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
A3、用公式(9)计算各种异质电源之间的互补性需求指标，
Figure BDA0002013269760000046
式中，Dss为在T个时段内各种异质电源之间的互补性需求指标，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率之和的绝对值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
各种异质电源之间的互补性需求指标的值越小，表明在所考察的时间尺度内风光水火电源之间的相互支撑作用越强，即互补效果越好，否则风光水火电源之间的相互支撑作用越弱，
B、计算电源与负荷之间的互补性需求指标
B1、用公式(10)计算电源输出功率的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000047
式中，
Figure BDA0002013269760000048
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000049
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Psc为所有电源中在役发电机组的装机容量，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
B2、用公式(11)计算负荷的相对变化率，
Figure BDA00020132697600000410
式中，
Figure BDA00020132697600000411
为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的相对变化率，Plmax.T为在T个时段中最大的负荷值，
Figure BDA00020132697600000412
为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B3、用公式(12)计算所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，
Figure BDA0002013269760000051
式中，Sl为在T个时段内所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，
Figure BDA0002013269760000052
为所有电源在第t-1个时段到第t个时段的总输出功率的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000053
为***负荷在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B4、用公式(13)计算电源与负荷之间的互补性需求指标，
Figure BDA0002013269760000054
式中，Dsl为在T个时段内多能源电力***的电源与负荷之间的互补性需求指标，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
电源与负荷之间的互补性需求指标的值越小，表明电源与负荷在所考察的时间尺度内变化趋势越相近；否则，电源与负荷的变化趋势越相异，
电源之间、电源与负荷之间的互补性越好，互补性需求越小，即互补性需求指标值越接近于零；
3)定义可再生能源互补电源
将互补后能够满足互补性需求的可再生能源电源聚合为一种电源，定义为可再生能源互补电源(Renewable Energy Complementary Power Supply，RECPS)，可再生能源互补电源由全部风光电源及所需匹配水电聚合而成，主要目的是为了减少风光电源给多能源电力***带来的功率波动，聚合的基本规则为在多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制下，满足***互补性需求，以节能环保为准则，对可再生能源电源进行聚合，计算以互补性需求最小为目标的水电容量配比，形成可再生能源互补电源后，其输出功率可跟随负荷的波动，在多能源电力***中，可再生能源互补电源看作为一种电源，与其它常规电源一起进行优化运行，且***负荷值不变时，可再生能源互补电源的输出功率也保持不变；
4)制定多异质能源电源的分层优化运行策略
多异质能源电源的分层优化运行策略以多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为基础，优先全额接纳风电与光伏发电；充分利用可调节水电应对风光这些不确性电源所带来的随机性与间歇性以及反调峰特性，本发明将水电、风电、光伏聚合成可再生能源互补电源，可再生能源互补电源输出功率相对稳定且可以跟随负荷波动，能够提高多能源电力***对风光的消纳能力、减小风光资源不确定性给***稳定运行带来的不利影响，
所选取的多能源电力***的优化目标为让多能源电力***的互补性指标达到最优并实现电力***资源的合理配置，根据互补性指标制定多异质能源电源的分层优化运行策略，其中包含互补电源优化层、剩余水电优化层、火电优化层，
①互补电源优化层
在多能源电力***优化运行中首先对可再生能源互补电源进行优化，采用风电、光伏、水电聚合得到可再生能源互补电源，以互补性需求最小为目标，基于风电与光伏的输出功率预测值，得到可再生能源互补电源中所需匹配水电与风光的聚合容量配比，进而确定各时段内风电、光伏、所需匹配水电的输出功率，可再生能源互补电源优化层的主要目标为确定风光水的聚合比例，用公式(14)计算互补性需求最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000061
式中，Dsl为多能源电力***在T个时段内的电源与负荷之间的互补性需求，
Figure BDA0002013269760000062
为负荷的在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000063
为可再生能源互补电源输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②剩余水电优化层
将多能源电力***的负荷值减去可再生能源互补电源输出功率后得到净负荷曲线，在保证净负荷平稳的条件下，以弃水量最小为目标利用剩余水电进行发电，用公式(15)计算水电弃水量最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000064
式中，ΔQ为剩余水电在T个时段内的弃水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000065
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nrhy，Nrhy为剩余水电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③火电优化层
在净负荷曲线上减去剩余水电输出功率得到剩余负荷，在可再生能源互补电源和剩余水电双重作用下，剩余负荷的波动幅度较小，以煤耗量最小为目标安排火电机组的输出功率，当火电机组的输出功率达到最小，各种异质电源总的输出功率仍大于负荷时，则需舍弃部分可再生能源电源输出功率，用公式(16)计算火电煤耗量最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000071
式中，F为火电机组总煤耗量，ui.t为火电开停机系数，开机时值为1，停机时为0，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量，i＝1,2,3…Nth，Nth为火电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
5)确定约束条件
多能源电力***的优化运行需要满足式(17)～式(23)的约束方程式，
①确定功率平衡约束
功率平衡约束用公式(17)表示，
Figure BDA0002013269760000072
式中，
Figure BDA0002013269760000073
为第t个时段的全部火电输出功率，
Figure BDA0002013269760000074
为第t个时段剩余水电输出功率，
Figure BDA0002013269760000075
Figure BDA00020132697600000714
为第t个时段全部水电输出功率，
Figure BDA0002013269760000077
为第t个时段可再生能源互补电源中水电机组总输出功率，
Figure BDA0002013269760000078
为第t个时段可再生能源互补电源输出功率，Pl t为多能源电力***第t个时段的负荷值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②确定机组有功输出功率约束
用公式(18)表示机组有功输出功率约束，
Figure BDA0002013269760000079
式中，
Figure BDA00020132697600000710
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600000711
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600000712
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600000713
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；Pmax.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率上限，Pmax.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率上限，Pmax.k为多能源电力***中第k个光伏机组的输出功率上限，Pmax.g为多能源电力***中第g个风电机组的输出功率上限；Pmin.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率下限，Pmin.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率下限，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③确定***旋转备用容量约束
***旋转备用容量约束用公式(19)表示，
Figure BDA0002013269760000081
式中：
Figure BDA0002013269760000082
为***在第t个时段的旋转备用容量，
Figure BDA0002013269760000083
为第i个火电机组在第t个时段的旋转备用容量，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000084
为第j个水电机组在第t个时段的旋转备用容量，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；α为***负荷预测误差对旋转备用的需求系数，β为风电输出功率预测误差对旋转备用的需求系数；γ为光伏输出功率预测误差对旋转备用的需求系数，
Figure BDA0002013269760000085
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure BDA0002013269760000086
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000087
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
④确定机组上爬坡约束、下爬坡约束
机组上爬坡约束、下爬坡约束用公式(20)～(21)表示，
Pi t+1-Pi t≤ΔPi up (20)
Pi t-Pi t+1≤ΔPi down (21)
式中，Pi t+1为多能源电力***中第i个机组在第t+1时段的输出功率，Pi t为多能源电力***中第i个机组在第t个时段的输出功率，ΔPi up为多能源电力***中第i个机组上爬坡最大值，ΔPi down为为多能源电力***中第i个机组下爬坡最大值，i＝1,2,3…N，N为多能源电力***中的在役机组数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑤确定水电发电量约束
水电发电量约束用公式(22)表示，
Figure BDA0002013269760000088
式中：
Figure BDA0002013269760000089
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，WH为多能源电力***中所有水电机组在T个时段内的总发电量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑥确定水电流量约束
水电流量约束用公式(23)表示，
Figure BDA0002013269760000091
式中：Qjmin为第j个水电机组在T个时段内的最小分配用水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000092
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
6)通过1)～5)步骤，利用所构建的互补性指标体系与互补性需求的数学模型，结合多能源电力***实际运行约束，对可再生能源互补电源的输出功率与负荷最匹配、剩余水电的弃水量最小、火电的煤耗量最小的目标函数，利用粒子群算法进行求解，最终计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值。
本发明的一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法的特点是，包括的步骤有：首先，建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制，基于该互补机制构建互补性指标体系和互补性需求的数学模型；然后，定义可再生能源互补电源，该互补电源由全部风光电源及所需匹配水电聚合而成，计算以互补性需求最小为目标的水电容量配比；其次，根据互补性指标制定多异质能源电源的分层优化运行策略，其中包含互补电源优化层、剩余水电优化层、火电优化层；最后，利用粒子群算法对各优化层对应的优化目标函数进行求解，计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值，该方法具有科学、合理，简单、实用，能够提升可再生能源消纳水平的优点。
附图说明
图1为本发明的一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法流程图；
图2为多能源电力***互补性需求随水电与风光电源容量聚合比例变化曲线示意图；
图3为可再生能源互补电源输出功率与负荷对比图；
图4为多能源电力***优化运行结果图；
图5为优化前后各种异质电源发电量对比图。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明进行进一步说明。
参照图1-图5，图1显示了从基础数据处理、构建互补性指标体系和互补性需求的数学模型到制定多异质能源电源的分层优化运行策略最后利用粒子群算法对各优化层对应的优化目标函数进行求解，计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值的技术路线图，图2显示了多能源电力***互补性需求随着水电与风光容量聚合比例变化最终达到最优的过程；图3给出了优化后可再生能源互补电源输出功率与负荷的对比情况；图4给出了多能源电力***优化运行的结果情况；图5显示了优化前后各种异质电源发电量的对比情况。
本发明的一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法，其实施例参数值设置如下，
火电机组参数如表1所示
表1实施例火电机组参数
参数 TH1 TH2 TH3 TH4 TH5
容量(MW) 6020 270 270 1320 700
最大输出功率(MW) 6020 270 270 1320 700
最小输出功率(MW) 300 135 135 560 320
爬坡率(MW/min) 10 2.7 2.7 6 7
a 0.0088 0.0028 0.0085 0.0022 0.0058
b 0.17 0.52 0.32 0.35 0.45
c 10.8 14.7 12.3 13.8 11.9
风电总装机1920MW；光伏总装机7954MW；水电总装机10869MW；***负荷预测误差对旋转备用需求系数α＝5％；风电输出功率预测误差对旋转备用的需求系数β＝12％；光伏输出功率预测误差对旋转备用需求系数γ＝9％；T＝24；ΔT＝1h。
本发明的一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法，包括以下步骤：
1)建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制
①在多能源电力***中包含多种输出功率特性各不相同的异质能源电源，是多能互补协调发电的前提条件，其中各电源之间的互补特性具有多能源、多时空、多维度的特点，电源互补特性是针对各异质能源电源之间能够进行互济互助发电特点而言的，用公式(1)将电源互补特性表示为各种电源输出功率满足***负荷的特性，
Figure BDA0002013269760000101
式中，
Figure BDA0002013269760000102
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure BDA0002013269760000103
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000104
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000105
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000106
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；t＝1,2,3…T，T为时段数，Δt为时间步长，
②建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为：以各种电源天然的互补特性为基础，依靠火电、气电、可调节性水电具有的良好调节能力来平抑风电、光伏这些自然资源约束型电源输出功率的波动性，充分利用清洁的可再生能源电源，降低火电在电力***中所占比例，实现电力***资源的合理配置，最终达到***总发电与总负荷之间实时平衡的优化运行目的，
2)分别构建互补性指标体系、互补性需求的数学模型
①构建互补性指标体系
定义互补性指标为多能源电力***所追求的互补效果的量化指标，即其优化的方向，结合多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制，从提升***可再生能源消纳能力和节能增效的角度考虑，构建互补性指标体系，
A、计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标
定义rpe(t)为多能源电力***在第t个时段可再生能源电源输出功率与负荷的比值，主要反映可再生能源电源在电力***中的地位，可再生能源电源输出功率的穿透率越大，证明多能源电力***越清洁，用公式(2)计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure BDA0002013269760000111
式中，
Figure BDA0002013269760000112
为多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure BDA0002013269760000113
表示多能源电力***中可再生能源电源在第t个时段的输出功率值，Pl t表示多能源电力***在第t个时段的负荷值，T为时段数，Δt为时间步长，t＝1,2,3…T，
B、计算火电的煤耗量指标
在多能源电力***中，火电的煤耗量越小说明火电的经济性与环保性越好，用公式(3)计算火电机组的煤耗量指标，
Figure BDA0002013269760000114
式中，ai、bi、ci为第i个火电机组的三个燃料消耗特征系数，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量指标，Pth.i.t为第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
C、计算火电所承担负荷的波动幅度指标
为了减少火电机组的输出功率的频繁改变，降低煤耗量，提高利用效率，应尽量减少火电所承担负荷的波动幅度，采用负荷值的标准差来表示负荷的波动幅度，用公式(4)计算火电机组承担负荷的波动幅度指标，
Figure BDA0002013269760000121
式中，δth为多能源电力***中火电机组所承担负荷的波动幅度指标，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
Figure BDA0002013269760000122
为多能源电力***中全部火电在第t个时段承担的负荷值，
Figure BDA0002013269760000123
为多能源电力***中全部火电在T个时段内承担负荷的平均值，
D、用公式(5)计算水电的发电量，
Figure BDA0002013269760000124
式中，WH为在T个时段内多能源电力***中全部水电的总发电量；
Figure BDA0002013269760000125
为第j个水电机组在第t个时段发电的用水量，
Figure BDA0002013269760000126
为第j个水电机组在第t个时段的水头高度，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，η为水电转换效率；t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
E、用公式(6)计算水电的弃水量指标，
Figure BDA0002013269760000127
式中，ΔQ为全部水电在T个时段内的弃水量指标，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000128
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，
②构建描述多异质电源互补性需求的数学模型
定义多异质电源互补性需求为在一定时间内，各异质电源间的输出功率相互补充后与负荷的匹配程度，互补性需求中的两个要素为电源和负荷，通过各种异质电源之间的互补性需求指标和电源与负荷之间的互补性需求指标来量化，
A、计算各种异质电源之间的互补性需求指标
A1、用公式(7)计算电源输出功率的变化率，
ri t＝(Pi t-Pi t-1)/Δt， (7)
式中，ri t为第i种电源在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Pi t为第i种电源在第t个时段的输出功率值，Pi t-1为第i种电源在第t-1时段的输出功率值，i＝1,2,3…n，n为所考察的电源种类数，t＝1,2,3…T；Δt为时间步长，T是总时段数，
A2、用公式(8)计算火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，
Figure BDA0002013269760000131
式中，Ss为在T个时段内火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段输出功率变化率之和的绝对值，
Figure BDA0002013269760000132
为火电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000133
为水电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000134
为光伏在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure BDA0002013269760000135
为风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
A3、用公式(9)计算各种异质电源之间的互补性需求指标，
Figure BDA0002013269760000136
式中，Dss为在T个时段内各种异质电源之间的互补性需求指标，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率之和的绝对值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
各种异质电源之间的互补性需求指标的值越小，表明在所考察的时间尺度内风光水火电源之间的相互支撑作用越强，即互补效果越好，否则风光水火电源之间的相互支撑作用越弱，
B、计算电源与负荷之间的互补性需求指标
B1、用公式(10)计算电源输出功率的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000137
式中，
Figure BDA00020132697600001313
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000139
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Psc为所有电源中在役发电机组的装机容量，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
B2、用公式(11)计算负荷的相对变化率，
Figure BDA00020132697600001310
式中，
Figure BDA00020132697600001311
为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的相对变化率，Plmax.T为在T个时段中最大的负荷值，
Figure BDA00020132697600001312
为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B3、用公式(12)计算所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，
Figure BDA0002013269760000141
式中，Sl为在T个时段内所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，
Figure BDA0002013269760000142
为所有电源在第t-1个时段到第t个时段的总输出功率的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000143
为***负荷在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B4、用公式(13)计算电源与负荷之间的互补性需求指标，
Figure BDA0002013269760000144
式中，Dsl为在T个时段内多能源电力***的电源与负荷之间的互补性需求指标，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
电源与负荷之间的互补性需求指标的值越小，表明电源与负荷在所考察的时间尺度内变化趋势越相近；否则，电源与负荷的变化趋势越相异，
电源之间、电源与负荷之间的互补性越好，互补性需求越小，即互补性需求指标值越接近于零；
3)定义可再生能源互补电源
将互补后能够满足互补性需求的可再生能源电源聚合为一种电源，定义为可再生能源互补电源(Renewable Energy Complementary Power Supply，RECPS)，可再生能源互补电源由全部风光电源及所需匹配水电聚合而成，主要目的是为了减少风光电源给多能源电力***带来的功率波动，聚合的基本规则为在多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制下，满足***互补性需求，以节能环保为准则，对可再生能源电源进行聚合，计算以互补性需求最小为目标的水电容量配比，形成可再生能源互补电源后，其输出功率可跟随负荷的波动，在多能源电力***中，可再生能源互补电源看作为一种电源，与其它常规电源一起进行优化运行，且***负荷值不变时，可再生能源互补电源的输出功率也保持不变；
4)制定多异质能源电源的分层优化运行策略
多异质能源电源的分层优化运行策略以多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为基础，优先全额接纳风电与光伏发电；充分利用可调节水电应对风光这些不确性电源所带来的随机性与间歇性以及反调峰特性，本发明将水电、风电、光伏聚合成可再生能源互补电源，可再生能源互补电源输出功率相对稳定且可以跟随负荷波动，能够提高多能源电力***对风光的消纳能力、减小风光资源不确定性给***稳定运行带来的不利影响，
所选取的多能源电力***的优化目标为让多能源电力***的互补性指标达到最优并实现电力***资源的合理配置，根据互补性指标制定多异质能源电源的分层优化运行策略，其中包含互补电源优化层、剩余水电优化层、火电优化层，
①互补电源优化层
在多能源电力***优化运行中首先对可再生能源互补电源进行优化，采用风电、光伏、水电聚合得到可再生能源互补电源，以互补性需求最小为目标，基于风电与光伏的输出功率预测值，得到可再生能源互补电源中所需匹配水电与风光的聚合容量配比，进而确定各时段内风电、光伏、所需匹配水电的输出功率，可再生能源互补电源优化层的主要目标为确定风光水的聚合比例，用公式(14)计算互补性需求最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000151
式中，Dsl为多能源电力***在T个时段内的电源与负荷之间的互补性需求，
Figure BDA0002013269760000152
为负荷的在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure BDA0002013269760000153
为可再生能源互补电源输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②剩余水电优化层
将多能源电力***的负荷值减去可再生能源互补电源输出功率后得到净负荷曲线，在保证净负荷平稳的条件下，以弃水量最小为目标利用剩余水电进行发电，用公式(15)计算水电弃水量最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000154
式中，ΔQ为剩余水电在T个时段内的弃水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000156
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nrhy，Nrhy为剩余水电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③火电优化层
在净负荷曲线上减去剩余水电输出功率得到剩余负荷，在可再生能源互补电源和剩余水电双重作用下，剩余负荷的波动幅度较小，以煤耗量最小为目标安排火电机组的输出功率，当火电机组的输出功率达到最小，各种异质电源总的输出功率仍大于负荷时，则需舍弃部分可再生能源电源输出功率，用公式(16)计算火电煤耗量最小的目标函数，
Figure BDA0002013269760000155
式中，F为火电机组总煤耗量，ui.t为火电开停机系数，开机时值为1，停机时为0，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量，i＝1,2,3…Nth，Nth为火电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
5)确定约束条件
多能源电力***的优化运行需要满足式(17)～式(23)的约束方程式，
①确定功率平衡约束
功率平衡约束用公式(17)表示，
Figure BDA0002013269760000161
式中，
Figure BDA0002013269760000162
为第t个时段的全部火电输出功率，
Figure BDA0002013269760000163
为第t个时段剩余水电输出功率，
Figure BDA0002013269760000164
Figure BDA0002013269760000165
为第t个时段全部水电输出功率，
Figure BDA0002013269760000166
为第t个时段可再生能源互补电源中水电机组总输出功率，
Figure BDA0002013269760000167
为第t个时段可再生能源互补电源输出功率，Pl t为多能源电力***第t个时段的负荷值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②确定机组有功输出功率约束
用公式(18)表示机组有功输出功率约束，
Figure BDA0002013269760000168
式中，
Figure BDA0002013269760000169
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600001610
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600001611
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600001612
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；Pmax.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率上限，Pmax.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率上限，Pmax.k为多能源电力***中第k个光伏机组的输出功率上限，Pmax.g为多能源电力***中第g个风电机组的输出功率上限；Pmin.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率下限，Pmin.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率下限，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③确定***旋转备用容量约束
***旋转备用容量约束用公式(19)表示，
Figure BDA0002013269760000171
式中：
Figure BDA0002013269760000172
为***在第t个时段的旋转备用容量，
Figure BDA00020132697600001711
为第i个火电机组在第t个时段的旋转备用容量，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure BDA00020132697600001712
为第j个水电机组在第t个时段的旋转备用容量，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；α为***负荷预测误差对旋转备用的需求系数，β为风电输出功率预测误差对旋转备用的需求系数；γ为光伏输出功率预测误差对旋转备用的需求系数，
Figure BDA0002013269760000175
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure BDA0002013269760000176
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure BDA0002013269760000177
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
④确定机组上爬坡约束、下爬坡约束
机组上爬坡约束、下爬坡约束用公式(20)～(21)表示，
Pi t+1-Pi t≤ΔPi up (20)
Pi t-Pi t+1≤ΔPi down (21)
式中，Pi t+1为多能源电力***中第i个机组在第t+1时段的输出功率，Pi t为多能源电力***中第i个机组在第t个时段的输出功率，ΔPi up为多能源电力***中第i个机组上爬坡最大值，ΔPi down为为多能源电力***中第i个机组下爬坡最大值，i＝1,2,3…N，N为多能源电力***中的在役机组数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑤确定水电发电量约束
水电发电量约束用公式(22)表示，
Figure BDA0002013269760000178
式中：
Figure BDA0002013269760000179
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，WH为多能源电力***中所有水电机组在T个时段内的总发电量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑥确定水电流量约束
水电流量约束用公式(23)表示，
Figure BDA00020132697600001710
式中：Qjmin为第j个水电机组在T个时段内的最小分配用水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure BDA0002013269760000181
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
6)通过1)～5)步骤，利用所构建的互补性指标体系与互补性需求的数学模型，结合多能源电力***实际运行约束，对可再生能源互补电源的输出功率与负荷最匹配、剩余水电的弃水量最小、火电的煤耗量最小的目标函数，利用粒子群算法进行求解，最终计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值。
结合多能源电力***优化运行模型，编写粒子群算法程序，算法程序中各参数设置为：粒子群规模取20，迭代次数为500次，粒子运动速度范围为[-10,10]，设学习因子为2，采用线性惯性权重，最大值设定为0.9，最小值设定为0.4。
利用本发明的基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法进行优化运行验证结果表明：增强了电网对风光并网的接纳能力，增加了可再生能源的并网比例，减少了自然资源约束型不可控电源发电对电网的影响，可再生能源的发电量占比由优化前的72.76％提高至76.57％。由优化运行结果也可看出火电输出功率的均方差由196.775MW减小至22.56MW，降低了火电的输出功率的波动性，减少了火电的启停和调节。
本发明的特定实施例已对本发明的内容做出了详尽的说明，但不局限本实施例，本领域技术人员根据本发明的启示所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于电源互补特性分析的多能源电力***优化运行方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制
①在多能源电力***中包含多种输出功率特性各不相同的异质能源电源，是多能互补协调发电的前提条件，其中各电源之间的互补特性具有多能源、多时空、多维度的特点，电源互补特性是针对各异质能源电源之间能够进行互济互助发电特点而言的，用公式(1)将电源互补特性表示为各种电源输出功率满足***负荷的特性，
Figure FDA0003339646320000011
式中，
Figure FDA0003339646320000012
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure FDA0003339646320000013
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure FDA0003339646320000014
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure FDA0003339646320000015
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure FDA0003339646320000016
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；t＝1,2,3…T，T为时段数，Δt为时间步长，
②建立多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为：以各种电源天然的互补特性为基础，依靠火电、气电、可调节性水电具有的良好调节能力来平抑风电、光伏这些自然资源约束型电源输出功率的波动性，充分利用清洁的可再生能源电源，降低火电在电力***中所占比例，实现电力***资源的合理配置，最终达到***总发电与总负荷之间实时平衡的优化运行目的，
2)分别构建互补性指标体系、互补性需求的数学模型
①构建互补性指标体系
定义互补性指标为多能源电力***所追求的互补效果的量化指标，即其优化的方向，结合多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制，从提升***可再生能源消纳能力和节能增效的角度考虑，构建互补性指标体系，
A、计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标
定义rpe(t)为多能源电力***在第t个时段可再生能源电源输出功率与负荷的比值，主要反映可再生能源电源在电力***中的地位，可再生能源电源输出功率的穿透率越大，证明多能源电力***越清洁，用公式(2)计算多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure FDA0003339646320000021
式中，
Figure FDA0003339646320000022
为多能源电力***中可再生能源穿透率指标，
Figure FDA0003339646320000023
表示多能源电力***中可再生能源电源在第t个时段的输出功率值，Pl t表示多能源电力***在第t个时段的负荷值，T为时段数，Δt为时间步长，t＝1,2,3…T，
B、计算火电的煤耗量指标
在多能源电力***中，火电的煤耗量越小说明火电的经济性与环保性越好，用公式(3)计算火电机组的煤耗量指标，
Figure FDA0003339646320000024
式中，ai、bi、ci为第i个火电机组的三个燃料消耗特征系数，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量指标，Pth.i.t为第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
C、计算火电所承担负荷的波动幅度指标
为了减少火电机组的输出功率的频繁改变，降低煤耗量，提高利用效率，应尽量减少火电所承担负荷的波动幅度，采用负荷值的标准差来表示负荷的波动幅度，用公式(4)计算火电机组承担负荷的波动幅度指标，
Figure FDA0003339646320000025
式中，δth为多能源电力***中火电机组所承担负荷的波动幅度指标，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
Figure FDA0003339646320000026
为多能源电力***中全部火电在第t个时段承担的负荷值，
Figure FDA0003339646320000027
为多能源电力***中全部火电在T个时段内承担负荷的平均值，
D、用公式(5)计算水电的发电量，
Figure FDA0003339646320000028
式中，WH为在T个时段内多能源电力***中全部水电的总发电量；
Figure FDA0003339646320000029
为第j个水电机组在第t个时段发电的用水量，
Figure FDA00033396463200000210
为第j个水电机组在第t个时段的水头高度，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，η为水电转换效率；t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
E、用公式(6)计算水电的弃水量指标，
Figure FDA0003339646320000031
式中，ΔQ为全部水电在T个时段内的弃水量指标，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure FDA0003339646320000032
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，
②构建描述多异质电源互补性需求的数学模型
定义多异质电源互补性需求为在一定时间内，各异质电源间的输出功率相互补充后与负荷的匹配程度，互补性需求中的两个要素为电源和负荷，通过各种异质电源之间的互补性需求指标和电源与负荷之间的互补性需求指标来量化，
A、计算各种异质电源之间的互补性需求指标
A1、用公式(7)计算电源输出功率的变化率，
ri t＝(Pi t-Pi t-1)/Δt， (7)
式中，ri t为第i种电源在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Pi t为第i种电源在第t个时段的输出功率值，Pi t-1为第i种电源在第t-1时段的输出功率值，i＝1,2,3…n，n为所考察的电源种类数，t＝1,2,3…T；Δt为时间步长，T是总时段数，
A2、用公式(8)计算火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，
Figure FDA0003339646320000033
式中，Ss为在T个时段内火电、水电、光伏、风电各时段输出功率变化率之和的绝对值的集合，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段输出功率变化率之和的绝对值，
Figure FDA0003339646320000034
为火电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure FDA0003339646320000035
为水电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure FDA0003339646320000036
为光伏在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，
Figure FDA0003339646320000037
为风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
A3、用公式(9)计算各种异质电源之间的互补性需求指标，
Figure FDA0003339646320000038
式中，Dss为在T个时段内各种异质电源之间的互补性需求指标，βt为火电、水电、光伏、风电在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率之和的绝对值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
各种异质电源之间的互补性需求指标的值越小，表明在所考察的时间尺度内风光水火电源之间的相互支撑作用越强，即互补效果越好，否则风光水火电源之间的相互支撑作用越弱，
B、计算电源与负荷之间的互补性需求指标
B1、用公式(10)计算电源输出功率的相对变化率，
Figure FDA0003339646320000041
式中，
Figure FDA0003339646320000042
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure FDA0003339646320000043
为所有电源总输出功率在第t-1个时段到第t个时段的输出功率变化率，Psc为所有电源中在役发电机组的装机容量，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
B2、用公式(11)计算负荷的相对变化率，
Figure FDA0003339646320000044
式中，
Figure FDA0003339646320000045
为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的相对变化率，Plmax.T为在T个时段中最大的负荷值，rl t为在第t-1个时段到第t个时段***负荷的变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B3、用公式(12)计算所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，
Figure FDA0003339646320000046
式中，Sl为在T个时段内所有电源的输出功率与***负荷之间各时段的相对变化率和的绝对值的集合，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，
Figure FDA0003339646320000047
为所有电源在第t-1个时段到第t个时段的总输出功率的相对变化率，
Figure FDA0003339646320000048
为***负荷在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
B4、用公式(13)计算电源与负荷之间的互补性需求指标，
Figure FDA0003339646320000049
式中，Dsl为在T个时段内多能源电力***的电源与负荷之间的互补性需求指标，αt为电源的输出功率与***负荷之间在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率和的绝对值，T为时段数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，
电源与负荷之间的互补性需求指标的值越小，表明电源与负荷在所考察的时间尺度内变化趋势越相近；否则，电源与负荷的变化趋势越相异，
电源之间、电源与负荷之间的互补性越好，互补性需求越小，即互补性需求指标值越接近于零；
3)定义可再生能源互补电源
将互补后能够满足互补性需求的可再生能源电源聚合为一种电源，定义为可再生能源互补电源(Renewable Energy Complementary Power Supply，RECPS)，可再生能源互补电源由全部风光电源及所需匹配水电聚合而成，主要目的是为了减少风光电源给多能源电力***带来的功率波动，聚合的基本规则为在多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制下，满足***互补性需求，以节能环保为准则，对可再生能源电源进行聚合，计算以互补性需求最小为目标的水电容量配比，形成可再生能源互补电源后，其输出功率可跟随负荷的波动，在多能源电力***中，可再生能源互补电源看作为一种电源，与其它常规电源一起进行优化运行，且***负荷值不变时，可再生能源互补电源的输出功率也保持不变；
4)制定多异质能源电源的分层优化运行策略
多异质能源电源的分层优化运行策略以多能源电力***中多能互补协调发电的互补机制为基础，优先全额接纳风电与光伏发电；充分利用可调节水电应对风光这些不确性电源所带来的随机性与间歇性以及反调峰特性，将水电、风电、光伏聚合成可再生能源互补电源，可再生能源互补电源的输出功率跟随负荷波动，能够提高多能源电力***对风光的消纳能力、减小风光资源不确定性给***稳定运行带来的不利影响，
所选取的多能源电力***的优化目标为让多能源电力***的互补性指标达到最优并实现电力***资源的合理配置，根据互补性指标制定多异质能源电源的分层优化运行策略，其中包含互补电源优化层、剩余水电优化层、火电优化层，
①互补电源优化层
在多能源电力***优化运行中首先对可再生能源互补电源进行优化，采用风电、光伏、水电聚合得到可再生能源互补电源，以互补性需求最小为目标，基于风电与光伏的输出功率预测值，得到可再生能源互补电源中所需匹配水电与风光的聚合容量配比，进而确定各时段内风电、光伏、所需匹配水电的输出功率，可再生能源互补电源优化层的主要目标为确定风光水的聚合比例，用公式(14)计算互补性需求最小的目标函数，
Figure FDA0003339646320000061
式中，Dsl为多能源电力***在T个时段内的电源与负荷之间的互补性需求，
Figure FDA0003339646320000062
为负荷的在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，
Figure FDA0003339646320000063
为可再生能源互补电源输出功率在第t-1个时段到第t个时段的相对变化率，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②剩余水电优化层
将多能源电力***的负荷值减去可再生能源互补电源输出功率后得到净负荷曲线，在保证净负荷平稳的条件下，以弃水量最小为目标利用剩余水电进行发电，用公式(15)计算水电弃水量最小的目标函数，
Figure FDA0003339646320000064
式中，ΔQ为剩余水电在T个时段内的弃水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure FDA0003339646320000065
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nrhy，Nrhy为剩余水电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③火电优化层
在净负荷曲线上减去剩余水电输出功率得到剩余负荷，在可再生能源互补电源和剩余水电双重作用下，剩余负荷的波动幅度小，以煤耗量最小为目标安排火电机组的输出功率，当火电机组的输出功率达到最小，各种异质电源总的输出功率仍大于负荷时，则需舍弃部分可再生能源电源输出功率，用公式(16)计算火电煤耗量最小的目标函数，
Figure FDA0003339646320000066
式中，F为火电机组总煤耗量，ui.t为火电开停机系数，开机时值为1，停机时为0，fi.t为第i个火电机组在第t个时段的煤耗量，i＝1,2,3…Nth，Nth为火电机组总数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
5)确定约束条件
多能源电力***的优化运行需要满足式(17)～式(23)的约束方程式，
①确定功率平衡约束
功率平衡约束用公式(17)表示，
Figure FDA0003339646320000067
式中，
Figure FDA0003339646320000071
为第t个时段的全部火电输出功率，
Figure FDA0003339646320000072
为第t个时段剩余水电输出功率，
Figure FDA0003339646320000073
Figure FDA0003339646320000074
为第t个时段全部水电输出功率，
Figure FDA0003339646320000075
为第t个时段可再生能源互补电源中水电机组总输出功率，
Figure FDA0003339646320000076
为第t个时段可再生能源互补电源输出功率，Pl t为多能源电力***第t个时段的负荷值，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
②确定机组有功输出功率约束
用公式(18)表示机组有功输出功率约束，
Figure FDA0003339646320000077
式中，
Figure FDA0003339646320000078
为多能源电力***中第i个火电机组在第t个时段的输出功率值，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure FDA0003339646320000079
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；
Figure FDA00033396463200000710
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure FDA00033396463200000711
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量；Pmax.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率上限，Pmax.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率上限，Pmax.k为多能源电力***中第k个光伏机组的输出功率上限，Pmax.g为多能源电力***中第g个风电机组的输出功率上限；Pmin.i为多能源电力***中第i个火电机组的输出功率下限，Pmin.j为多能源电力***中第j个水电机组的输出功率下限，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
③确定***旋转备用容量约束
***旋转备用容量约束用公式(19)表示，
Figure FDA00033396463200000712
式中：
Figure FDA00033396463200000713
为***在第t个时段的旋转备用容量，
Figure FDA00033396463200000714
为第i个火电机组在第t个时段的旋转备用容量，i＝1,2,3…Nth，Nth为多能源电力***中在第t个时段火电机组的在役数量；
Figure FDA00033396463200000715
为第j个水电机组在第t个时段的旋转备用容量，j＝1,2,3...Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量；α为***负荷预测误差对旋转备用的需求系数，β为风电输出功率预测误差对旋转备用的需求系数；γ为光伏输出功率预测误差对旋转备用的需求系数，
Figure FDA00033396463200000716
为多能源电力***在第t个时段的负荷值；
Figure FDA0003339646320000081
为多能源电力***中第k个光伏机组在第t个时段的输出功率值，k＝1,2,3...Npv，Npv为多能源电力***在第t个时段光伏机组的在役数量；
Figure FDA0003339646320000082
为多能源电力***中第g个风电机组在第t个时段的输出功率值，g＝1,2,3...Nw，Nw为多能源电力***在第t个时段风电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
④确定机组上爬坡约束、下爬坡约束
机组上爬坡约束、下爬坡约束用公式(20)～(21)表示，
Pi t+1-Pi t≤ΔPi up (20)
Pi t-Pi t+1≤ΔPi down (21)
式中，Pi t+1为多能源电力***中第i个机组在第t+1时段的输出功率，Pi t为多能源电力***中第i个机组在第t个时段的输出功率，ΔPi up为多能源电力***中第i个机组上爬坡最大值，ΔPi down为多能源电力***中第i个机组下爬坡最大值，i＝1,2,3…N，N为多能源电力***中的在役机组数，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑤确定水电发电量约束
水电发电量约束用公式(22)表示，
Figure FDA0003339646320000083
式中：
Figure FDA0003339646320000084
为多能源电力***中第j个水电机组在第t个时段的输出功率值，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，WH为多能源电力***中所有水电机组在T个时段内的总发电量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
⑥确定水电流量约束
水电流量约束用公式(23)表示，
Figure FDA0003339646320000085
式中：Qjmin为第j个水电机组在T个时段内的最小分配用水量，Qjmax为第j个水电机组在T个时段内的最大分配用水量，
Figure FDA0003339646320000086
为第j个水电机组在第t个时段的用水量，j＝1,2,3…Nhy，Nhy为多能源电力***在第t个时段水电机组的在役数量，t＝1,2,3…T，Δt为时间步长，T为时段数，
6)通过1)～5)步骤，利用所构建的互补性指标体系与互补性需求的数学模型，结合多能源电力***实际运行约束，对可再生能源互补电源的输出功率与负荷最匹配、剩余水电的弃水量最小、火电的煤耗量最小的目标函数，利用粒子群算法进行求解，最终计算出能够使互补性指标达到最优所对应的多异质能源电源在各时段的输出功率值。
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