CN112467730B - 考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,其特征在于,包括:(1)制定电价;(2)建立风光出力预测误差模型并分析负荷需求响应与电价的敏感性,构建价格型需求响应与常规机组灵活协调调度模型;(3)以***运行总费用最低建立目标模型对用户需求响应进行再分配;(4)分析激励型负荷需求响应的基本约束条件,并建立以***最小不平衡功率为目标、时间尺度为分钟级的实时调度模型,最终在满足基本约束条件前提下根据实时调度模型输出实时调度计划。本发明能够有效应对风电、光伏的预测误差,平抑负荷、风电和光伏的波动性,实现了对风电、光伏的高效率消纳以及源荷双端灵活性资源***的优化调度。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域,具体地说,是涉及一种考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法。
背景技术
随着能源问题日益严重与电力***的发展,风电、光电等新能源是未来解决能源日益短缺问题的重要解决方式之一,受到各国大力扶持,但风电、光伏的接入使得电网产生大量不确定性因素,使得随着风电、光伏接入规模的增大而导致弃风、弃光的现象越发严重。
目前针对风电、光伏等新能源的不确定性因素与消纳问题,国内外诸多专家进行了大量研究。有学者基于激励和电价两类需求的响应互补关系,建立了灵活配置日前电价型和日内激励型需求响应资源参与电力平衡的两阶段随机规划风电消纳机组组合模型。有学者则进一步将风光出力不确定性考虑进来,建立了两阶段优化模型或可调节鲁棒优化模型。在应对不同时间尺度优化调度问题上,有学者提出了通过分析常规电源、需求响应和高载能负荷在调节风电、光伏波动上的互补关系,提出一种源-荷互动两级协调控制策略,以实现风电功率的最大消纳。
以上研究对解决风电、光伏的不确定性与消纳问题具有重要意义,但仍然存在以下问题待进一步解决:
1、如何充分挖掘供需双侧调度资源灵活特性与经济性,实现源荷双端灵活性资源***优化调度;
2、如何将多类型需求响应与多时间尺度相结合调度减小风光、光伏不确定性因素,提高对风光电的消纳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,以实现源荷双端灵活性资源***优化调度,并提高对风光电的消纳。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,包括以下步骤:
步骤1:电网公司制定电价;
步骤2:建立风光出力预测误差模型并分析负荷需求响应与电价的敏感性,构建价格型需求响应与常规机组灵活协调调度模型,从而进行日前调度计算,确定常规机组运行计划和负荷运行计划;所述的价格型需求响应包括电价型负荷需求响应和激励型负荷需求响应,其中,电价型负荷需求响应用于参与日签调度与日内调度,激励型负荷需求响应用于参与实时调度;
所述的调度模型如下:
式中:f1表示形态相似性与数值相似性的大小;表示负荷需求大小;表示在日签预测下***的调度出力大小,包含电价型负荷削减、风电出力、光伏出力、常规机组出力大小;t∈1:T,T=24表示日前调度以1小时为时间尺度进行调度;
步骤3:通过风电、光伏短期出力预测修正日签预测误差,分析风电光伏出力预测误差对实时电价和用户负荷需求造成的影响,以***运行总费用最低建立目标模型对用户需求响应进行再分配,重新确定常规机组运行计划和负荷运行计划;所述的目标模型如下:
步骤4:分析激励型负荷需求响应的基本约束条件,并建立以***最小不平衡功率为目标、时间尺度为分钟级的实时调度模型,最终在满足基本约束条件前提下根据实时调度模型输出实时调度计划;所述的基本约束条件包括可中断负荷、可平移负荷和可削减负荷,三者的约束条件分别如下:
可中断负荷约束:
式中:Pi(t)、Pi,ratexi(t)分别表示负荷实际功率与额定功率;xa(t)为表示负荷运行状态的0/1变量;
可平移负荷约束:
式中:xi(t)表示负荷i的运行状态,表示处于运行状态;ya(t)表示负荷的启停情况,ya(t)=0表示该负荷停运;αi、βi为常数,且αi<βi;
可削减负荷约束:
式中:xi,l(t)表示运行状态的0/1变量;ni表示可削减的n个连续功率模式;Pa,i(t)表示可调功率大小;
所述的实时调度模型如下:
具体地,所述步骤2中,风电实际出力模型如下:
光伏实际出力模型如下:
进一步地,所述步骤2中还加入了***约束条件,分别为***功率平衡约束、常规机组上下限约束和功率爬坡约束,其中:
常规机组上下限约束如下:
功率爬坡约束如下:
式中:Pg,t表示机组在时间t时的出力大小,Pg,t-1表示机组在时间t-1时的出力大小,Ru为常规机组爬坡上限。
具体地,所述步骤3中,以日内预测数据为基础对电价进行修正:
式中,ΔC为电价变化量,C为实时电价;
并采用价格需求弹性表示电价与电价型负荷变化率之间的关系:
作为优选,日内调度以15min为时间尺度进行风光、光伏出力预测。
再进一步地,所述步骤4中,以***最小不平衡功率为目标、1min为时间尺度建立实时调度模型。
再进一步地,所述步骤4中还加入了可转移负荷与可削减负荷的削减量的上下限约束:
本发明主要设计思路如下:
1、以负荷曲线与风光出力的形态相似性和数值相似性为目标建立目标函数,实现日前调度实现风光出力与负荷在大范围内的匹配,
2、以某时刻用户受电价影响而减少的这部分用电负荷作为日内调度需求响应再分配量,以实现***总运行成本最低的目标。
3、先依靠负荷需求与清洁能源出力两者尽可能达到实时供需匹配,减少实时运行中常规机组的调度频率,充分挖掘需求响应调度潜力。
4、构建日前、日内、实时三阶段的调度策略,从而逐步减少负荷、风电和光伏预测误差对电网运行造成的影响。
因此,与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明结合了价格型需求响应与激励型需求响应资源特性构建日前、日内与实时三阶段调度模型,该调度方式能够有效应对风电、光伏的预测误差,平抑负荷、风电和光伏的波动性,从而实现了对风电、光伏的高效率消纳。
(2)本发明中,日内调度以电网运行费用最低为目标,在风光出力与负荷在大范围内的匹配的基础上,实现日内的经济调度,可以在促进清洁能源消纳的同时降低电网调度运行成本。实时调度阶段则充分利用了需求响应的调度潜力,减少了常规机组出力的调度频率,形成了负荷与清洁能源供需两端匹配,常规机组进行兜底调节的模式。如此便能使电网尽可能处于低碳低成本的运行状态,进而实现源荷双端灵活性资源***的优化调度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明-实施例中日前确定的电价示意图。
图3为本发明-实施例中日前预测得到的负荷、风光出力曲线图。
图4为本发明-实施例中PDR调度结果示意图。
图5为本发明-实施例中调度后负荷曲线图。
图6为本发明-实施例中风光预测出力曲线图。
图7为本发明-实施例中日内调度结果示意图。
图8为本发明-实施例中实时调度后负荷曲线图。
图9为本发明-实施例中IDR调度结果示意图。
具体实施方式
本发明提出了考虑需求响应灵活性的含风电-光伏电力***运行优化调度策略,该调度策略主要结合价格型需求响应与激励型需求响应资源特性构建日前、日内与实时三阶段调度模型。在调度模型中,日前阶段分析一般居民用电需求响应与电价的敏感性,以日前调度与负荷需求曲线相似和数值相似为目标,构建日前价格型需求响应与常规机组灵活协调调度模型。日内调度以***运行费用最低为目标,通过风电、光伏短期预测分析日前预测误差对电价的影响实现对日前调度的修正。实时调度模型以不平衡功率最小为目标,以多种类型激励型负荷特性平衡不确定性误差,以提高风电、光伏的消纳。
如图1所示,本发明的实现流程如下:
步骤1、电网公司制定电价。
步骤2、建立风光出力预测误差模型并分析负荷需求响应与电价的敏感性,构建价格型需求响应与常规机组灵活协调调度模型:
2.1、目前对风电、光伏的出力调度大多以调度先预测,调度中修正的方式实现对风电、光伏出力控制。为使建立的模型与实际相符合,通常将预测得到的预测值加上预测的误差值来表示风电光伏的基本出力情况,模型如下:
风电实际出力模型:
光伏实际出力模型:
2.2、本发明将需求响应分为电价型负荷(PDR):通过分时电价引导用户自发调整用电行为,如居民用电负荷中;激励性负荷(IDR):通过补偿激励用户与电网签订协议,如可转移的负荷、可中断负荷等、可削减负荷。两种需求响应性能和持续时间性能也大不相同,例如PDR类负荷:响应时间长,持续时间短;IDR类负荷:响应时间短,持续时间长。也正是因为性能不同使得参与的调度计划也不同。PDR型负荷适合参与日前调度与日内调度,IDR型负荷适合参与实时调度。
2.3、日前调度提前24小时对次日风光出力进行预测,在考虑实时电价的基础上调度PDR负荷响应的电量,以负荷曲线与风光出力的形态相似性和数值相似性为目标建立目标函数,实现日前调度实现风光出力与负荷在大范围内的匹配,实现日前调度可靠性。
式中:f1表示形态相似性与数值相似性的大小;表示负荷需求大小;表示在日前预测下***的调度出力大小,包含PDR负荷削减、风电出力、光伏出力、常规机组出力大小;t∈1:T,T=24表示日前调度以1小时为时间尺度进行调度。
步骤3、通过风电、光伏短期出力预测修正日前预测误差,分析风电光伏出力预测误差对实时电价和用户负荷需求造成的影响,以***运行总费用最低为目标建立模型对用户需求响应进行再分配:
3.1、由于预测信息与时间尺度特性关系:预测时间离实际运行出力越短,精度越高,成本越低。本发明中,日内调度以15min为时间尺度进行风光、光伏出力预测,同时在短期预测下的风光出力也将影响电价的变化,以日内预测数据为基础对电价进行修正:
式中,ΔC为电价变化量,C为实时电价。
PDR资源主要通过电价影响用户用电行为,故负荷响应率与电价变化之间呈弹性系数矩阵关系,即采用价格需求弹性表示电价与PDR变化率之间的关系:
3.2、在日前调度风光出力与负荷在大范围内匹配的基础上,日内对电价修正的后以***运行总费用最低为目标建立模型实现***调度经济性,模型如下:
式中:f2为***调度的费用,分别为PDR型负荷、光伏、风电、常规机组调度成本。在日前调度总,而在日内调度总通过短期预测对调度进行了修正,同时确定了常规机组的调度,实时阶段将不再修改常规机组的调度计划。
***约束条件:
(1)***功率平衡约束条件。
(2)常规机组上下限约束
(3)功率爬坡约束
式中:Pg,t表示机组在时间t时的出力大小,Pg,t-1表示机组在时间t-1时的出力大小,Ru为常规机组爬坡上限。
步骤4、分析三种激励型需求响应的基本约束条件,建立以***最小不平衡功率为目标,1min为时间尺度的实时调度模型:
4.1、可中断负荷主要是指在运行工作状态能够随时中断运行的负荷,在累积中断运行时间不长的情况下对用户的基本生产生活几乎不起影响作用,例如电动汽车等。
假设可中断负荷的功率恒定,其基本约束如下:
式中:Pi(t)、Pi,ratexi(t)分别表示负荷实际功率与额定功率;xa(t)为表示负荷运行状态的0/1变量。
可平移负荷主要是指负荷在正常运行过程中不可中断其工作状态但可以将该中作状态提前或者延后的负荷,例如洗衣机等。
假设可转移负荷的功率恒定,其基本约束如下:
式中:xi(t)表示负荷i的运行状态,表示处于运行状态;ya(t)表示负荷的启停情况,ya(t)=0表示该负荷停运;αi、βi为常数,且αi<βi。
可削减负荷主要是指在运行工作状态的负荷可以切掉部分功率而不影响用户的基本生产生活,如功率亮度可调节的工作屏幕等。
假设可削减负荷的功率恒定,其基本约束如下:
式中:xi,l(t)表示运行状态的0/1变量;ni表示可削减的ni个连续功率模式;Pa,i(t)表示可调功率大小。
4.2、常规机组调度计划与PDR型负荷的调度计划已在日内调度中确定,且其响应性能不适合与实时调度,但因风电、光伏出力预测以及负荷预测误差在实时调度中仍然存在一定不平衡功率的存在,故本发明利用响应性能优越的IDR型负荷作为实时调度资源平衡不平衡功率,以最小不平衡功率为目标,1min为时间尺度进行实时调度,模型如下
IDR型负荷除了考虑转移时间、削减时间、与用户影响关系,还需要考虑其可转移负荷与可削减负荷的削减量的上下限约束;
下面结合附图说明和实施例对本发明做进一步说明,本发明包括但不限于以下实施例。
实施例
选取某一区域电网进行算例分析,该电网日峰值负荷为4050MW,光伏接入容量为500MW,风电接入容量为1000MW,日前确定的电价如图2所示。日前预测得到的负荷、风光出力曲线如图3所示。
第一步,进行日前调度:
日前调度提前24小时对次日风光出力进行预测,在考虑实时电价的基础上调度PDR负荷响应的电量,以负荷曲线与风光出力的形态相似性和数值相似性为目标建立目标函数,实现日前调度实现风光出力与负荷在大范围内的匹配曲线的形态相似性和数值相似性为目标建立目标函数,实现日前调度实现在出力与供需在大范围内的匹配,PDR调度结果如图4所示,调度后负荷曲线如图5所示。可以看出调度后的负荷需求曲线尽可能的与风、光预测出力接近,***净负荷曲线更加平缓,以促进清洁能源消纳。
第二步,进行日内调度:
日内调度以15min为时间尺度进行风、光出力预测,同时在短期预测下的风光出力也将影响电价的变化,此时风光预测出力如图6所示,以日内预测数据为基础对电价进行修正,本实施例取θ=-0.8,λ=-0.2。
由于电价发生改变,某些用户会调整用电计划,此部分负荷即为需求响应再分配量。在日前调度大范围内满足负荷需求的基础上,日内对电价修正的后以***运行总费用最低为目标建立模型对需求响应再分配,实现风光消纳的同时又能够保证***调度的经济性,日内调度结果如图7所示。
第三步,进行实时调度:
由于风电、光伏出力预测以及负荷预测误差仍然存在一定不平衡功率的存在,需要通过实时调度平衡功率,当实时调度不能实现功率平衡时,再通过调整常规机组进行消纳,若仍不满足约束,则弃风、弃光。实时调度后负荷曲线如图8所示,IDR调度结果如图9所示。可以看出通过实时调度减轻了负荷、风光出力误差造成的波动,实现了对清洁能源的消纳。
综上可见,本发明能够有效应对风电、光伏的预测误差,平抑负荷、风电和光伏的波动性,实现了对风电、光伏的高效率消纳以及源荷双端灵活性资源***的优化调度,进而为解决风电、光伏的不确定性与消纳问题提供了保障。因此,本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一,不应当用于限制本发明的保护范围,但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色,其所解决的技术问题仍然与本发明一致的,均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:电网公司制定电价;
步骤2:建立风光出力预测误差模型并分析负荷需求响应与电价的敏感性,构建价格型需求响应与常规机组灵活协调调度模型,从而进行日前调度计算,确定常规机组运行计划和负荷运行计划;所述的价格型需求响应包括电价型负荷需求响应和激励型负荷需求响应,其中,电价型负荷需求响应用于参与日前调度与日内调度,激励型负荷需求响应用于参与实时调度;
所述的调度模型如下:
式中:f1表示形态相似性与数值相似性的大小;表示负荷需求大小;表示在日前预测下***的调度出力大小,包含电价型负荷削减、风电出力、光伏出力、常规机组出力大小;t∈1:T,T=24表示日前调度以1小时为时间尺度进行调度;
步骤3:通过风电、光伏短期出力预测修正日前预测误差,分析风电光伏出力预测误差对实时电价和用户负荷需求造成的影响,以***运行总费用最低建立目标模型对用户需求响应进行再分配,重新确定常规机组运行计划和负荷运行计划;所述的目标模型如下:
步骤4:分析激励型负荷需求响应的基本约束条件,并建立以***最小不平衡功率为目标、时间尺度为分钟级的实时调度模型,最终在满足基本约束条件前提下根据实时调度模型输出实时调度计划;所述的基本约束条件包括可中断负荷、可平移负荷和可削减负荷,三者的约束条件分别如下:
可中断负荷约束:
式中:Pi(t)、Pi,ratexi(t)分别表示负荷实际功率与额定功率;xa(t)为表示负荷运行状态的0/1变量;
可平移负荷约束:
式中:xi(t)表示负荷i的运行状态,表示处于运行状态;ya(t)表示负荷的启停情况,ya(t)=0表示该负荷停运;αi、βi为常数,且αi<βi;
可削减负荷约束:
式中:xi,l(t)表示运行状态的0/1变量;ni表示可削减的n个连续功率模式;Pa,i(t)表示可调功率大小;
所述的实时调度模型如下:
5.根据权利要求4所述的考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,其特征在于,日内调度以15min为时间尺度进行风光、光伏出力预测。
6.根据权利要求4或5所述的考虑风光出力预测误差和需求响应灵活性的电力***优化调度方法,其特征在于,所述步骤4中,以***最小不平衡功率为目标、1min为时间尺度建立实时调度模型。
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