【搶鮮】李志剛等：消納大規(guī)模風(fēng)電接入的自適應(yīng)魯棒實(shí)時(shí)調(diào)度

　　問(wèn)題背景： 大規(guī)模風(fēng)電接入給電力系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度帶來(lái)的挑戰(zhàn)
　　大規(guī)模風(fēng)電的接入增加了電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的不確定因素。在傳統(tǒng)的風(fēng)電實(shí)時(shí)調(diào)度方法中， 風(fēng)電場(chǎng)被視為傳統(tǒng)的可調(diào)度機(jī)組， 其發(fā)電容量等于風(fēng)電單點(diǎn)預(yù)測(cè)值。調(diào)度中心以單點(diǎn)發(fā)電計(jì)劃的方式調(diào)度風(fēng)電場(chǎng)。如圖1所示， 該方法存在以下問(wèn)題： 一、風(fēng)電單點(diǎn)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度不高， 導(dǎo)致風(fēng)電實(shí)際發(fā)電容量估計(jì)不準(zhǔn)確， 產(chǎn)生不必要的棄風(fēng); 二、調(diào)度計(jì)劃沒(méi)有計(jì)及風(fēng)電單點(diǎn)預(yù)測(cè)偏差的影響， 缺乏積極主動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施; 三、沒(méi)有考慮補(bǔ)償功率失配的自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)環(huán)節(jié)的影響， 難以保證功率平衡穩(wěn)態(tài)下的安全性; 四、風(fēng)電場(chǎng)追蹤單點(diǎn)計(jì)劃需要頻繁的槳距控制， 影響風(fēng)機(jī)壽命。 　　2控制方法： 基于魯棒調(diào)度區(qū)間的實(shí)時(shí)調(diào)度控制框架
　　為了解決上述問(wèn)題， 提出了基于魯棒調(diào)度區(qū)間的實(shí)時(shí)調(diào)度控制框架， 如圖 2所示。根據(jù)調(diào)節(jié)響應(yīng)性能的不同， 常規(guī)機(jī)組被劃分為AGC機(jī)組和非AGC機(jī)組， 分別運(yùn)行于AGC模式和計(jì)劃追蹤模式。實(shí)時(shí)調(diào)度控制過(guò)程每5分鐘執(zhí)行一次， 按照以下三個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行：
　　步驟一： 收集信息。風(fēng)電場(chǎng)向電網(wǎng)調(diào)度控制中心(簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)度中心)上傳本地的超短期風(fēng)電預(yù)測(cè)值和預(yù)測(cè)區(qū)間。
　　步驟二： 調(diào)度決策。調(diào)度中心根據(jù)超短期風(fēng)電預(yù)測(cè)區(qū)間和負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)魯棒實(shí)時(shí)調(diào)度決策， 生成風(fēng)電場(chǎng)的允許區(qū)間、AGC機(jī)組的基點(diǎn)功率值以及非AGC機(jī)組的出力計(jì)劃值， 并將下發(fā)結(jié)果。風(fēng)電場(chǎng)的允許區(qū)間指的是能夠使系統(tǒng)運(yùn)行于安全狀態(tài)的該風(fēng)電場(chǎng)的出力范圍。
　　步驟三： 執(zhí)行計(jì)劃。風(fēng)電場(chǎng)在允許區(qū)間范圍內(nèi)以最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)模式安排發(fā)電出力， AGC機(jī)組按照給定的基點(diǎn)功率值運(yùn)行于AGC模式， 非AGC機(jī)組嚴(yán)格追蹤給定的出力計(jì)劃值安排發(fā)電出力。 　　該控制框架具有以下特點(diǎn)： 一、以風(fēng)電預(yù)測(cè)區(qū)間作為度量風(fēng)電不確定性的決策依據(jù); 二、調(diào)度決策采用混合的隨機(jī)-自適應(yīng)魯棒優(yōu)化模型， 計(jì)及風(fēng)電隨機(jī)波動(dòng)與隨動(dòng)AGC穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響， 兼顧系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和發(fā)電調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性; 三、風(fēng)電場(chǎng)在給定的允許區(qū)間內(nèi)運(yùn)行于MPPT模式， 避免了頻繁的槳距控制。
　　3決策模型： 自適應(yīng)魯棒實(shí)時(shí)調(diào)度模型
　　建立自適應(yīng)魯棒實(shí)時(shí)調(diào)度模型是實(shí)現(xiàn)前述控制方法的關(guān)鍵。本文采用兩階段魯棒優(yōu)化進(jìn)行建模， 將決策變量劃分為當(dāng)前變量和待定變量。當(dāng)前變量指應(yīng)在不確定參數(shù)(風(fēng)電實(shí)際可用出力)被觀察前確定取值的決策變量， 對(duì)應(yīng)風(fēng)電允許區(qū)間上下限、AGC機(jī)組基點(diǎn)功率以及非AGC機(jī)組出力計(jì)劃。待定變量指取值依賴(lài)于不確定參數(shù)的實(shí)際觀察值的決策變量。在同一個(gè)調(diào)度時(shí)段內(nèi)， 由風(fēng)電波動(dòng)引起的系統(tǒng)功率失配量由AGC機(jī)組承擔(dān)， 所以本文模型的待定變量為AGC機(jī)組的實(shí)際出力值。
　　決策模型的優(yōu)化目標(biāo)為最小化系統(tǒng)調(diào)度總成本的期望值。調(diào)度總成本包括常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本、風(fēng)電發(fā)電成本、限風(fēng)成本和AGC機(jī)組調(diào)節(jié)成本。
　　決策模型的約束條件包括功率平衡約束、網(wǎng)絡(luò)安全約束、機(jī)組爬坡約束、備用約束等。該模型要求， 當(dāng)風(fēng)電實(shí)際出力位于風(fēng)電允許區(qū)間之內(nèi)時(shí)， 以上約束條件均能被滿足， 即優(yōu)化結(jié)果應(yīng)具備魯棒性。另外， 該模型還考慮了實(shí)際AGC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性， 即功率失配量按比例分配至各臺(tái)AGC機(jī)組出力， 因而具有仿射自適應(yīng)的特點(diǎn)。
　　該模型為混合的隨機(jī)-自適應(yīng)魯棒優(yōu)化模型， 求解的主要難點(diǎn)在于作為不確定參數(shù)邊界的允許區(qū)間上下界為模型的決策變量。該模型由于考慮了實(shí)際系統(tǒng)的仿射自適應(yīng)規(guī)則， 可以轉(zhuǎn)化為等價(jià)的確定性非線性規(guī)劃模型， 從而通過(guò)傳統(tǒng)的非線性規(guī)劃方法求解。該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)和詳細(xì)推導(dǎo)請(qǐng)參考原文。