含风电和抽水蓄能电站的电力系统机组组合的思考

张啸寒

（华能新能源股份有限公司，北京 100036）

现阶段电力系统正朝着规模化、集中化的方向发展，传统的风电、核电等发电方式也在快速发展中。电力系统中不同机组有不同的运行约束和成本特性，而机组组合问题主要指的是在固定调度周期内，选择最优的机组组合，将运行成本降到最低。含风电与抽水蓄能电站的机组组合问题是目前电力领域的研究重点，通过合理选择机组组合及出力大小，保证电力系统运行的可靠性，具有一定的现实意义。

1 风电与抽水蓄能电站入网的影响

在传统能源不断枯竭的背景下，新能源发电逐渐成为研究重点内容，其中，风能作为效益较好、成果较多的一种能源，在发电领域中占据了重要地位。在对风电引入对电力系统造成的影响进行研究时，可明显观察到其与传统能源相比体现出一定的技术特性。风电出力与风速有关，当某一时间段内风速波动明显时，则风电出力的波动较明显。以东海风场为例，其相关数据表明，风电出力的最大波动变化可达10 MW/min，此时，对系统AGC容量和调峰有更高的要求，影响了系统电力供应的稳定性。对于机组组合问题而言，考虑到电力系统的稳定运行，要求多开启机组来增强系统的调节性能。

电力储能技术的应用能有效解决风电引入导致的容量增加问题。在相关设备的作用下，可针对风电不稳定性进行调整，降低风电引入对电力系统造成的不利影响。现阶段，储能系统中运行优势明显的是抽水蓄能方式，在风电与抽水蓄能协调配合的基础上，可实现较好的经济效益。随着抽水蓄能系统的发展，它已经逐渐成为优化电力系统的措施之一，主要体现在改善系统调节能力以及完善线路输电性能等。

2 含风电及抽水蓄能电站的相关模型

2.1 目标函数

考虑到抽水蓄能和风电的成本主要在于建设成本，因此，在选择目标函数通常要考虑火电机组运行成本。其中，机组启动成本一般与停机时间有关，当停机时间较长时，热量消耗有所增加，相应的费用有所增加。利用相关的计算公式可对运行费用进行计算，同时，由于启动耗量常数以及冷却时间确定难度大，可将机组关机费用假设为常数。

2.2 约束条件

在系统功率平衡方面，同一区域的电力系统不需要考虑其尾流效应时不同位置风速情况的差异，认为风电场出力基本相同。对于抽水蓄能电站而言，其发电功率与抽水功率可作为2个变量来计算。在安全约束问题上，还应考虑电力系统网损问题。在系统旋转备用方面，为了保证系统的稳定性，应在满足电力供应需求前提下，保留一定旋转备用来平衡功率。旋转备用的容量越大，则说明系统有较好的可靠性。科学的旋转备用应同时满足经济性和可靠性，为了实现这一目的，通常加入电力系统的可靠性约束，采用相应的可靠性指标判断旋转备用是否满足系统运行需求。

综上所述，含风电与抽水蓄能电站的系统机组问题的关键在于建立一个满足电力系统约束的模型，在实际建立模型时，通常在数学模型上建立抽水蓄能和风电的UC模型。常规机组约束条件主要包括开关机时间、爬坡速度约束等，抽水蓄能电站则考虑水库容量约束、发电及抽水的相关约束等。在充分考虑约束条件的基础上，可促进电力系统的长期安全运行。

3 对随机性机组组合的探究

在对含风电与抽水蓄能电站的电力系统机组组合问题进行探究时，应重点考虑风电预测的机组组合问题，将风电出力看作是发电负荷来处理。但自然风速的变化波动较大，导致风电出力很难有准确预测。由于受到预测技术限制，风电预测值与实际值间有一定差异，将对系统机组组合问题造成影响。此时，需要重点研究风电随机性条件下对含风电与抽水蓄能电站机组组合问题的求解。

3.1 风电随机性的分析

目前，通常利用正态分布图表示误差负荷，正态分布的准确性和广泛适用性，使其成为最适用于风电功率预测的分布模型。根据现有的风电预测技术，通常误差标准差在风电出力大小10%左右，当风电容量较大时，将对系统中的其他机组有更高的要求。

3.2 风电随机性对机组组合问题的影响

在含风电与抽水蓄能机组组合问题上，通常有足够的旋转备用，可保证系统安全性。而风电随机性具有的变化快等特点，将对机组组合的最优解产生影响。主要是由于利用与间歇性相同的方法，计算结果较为合理，但考虑到风电随机性问题，得到的机组组合无法保证系统运行可靠性。当风电出力在某个时间段与预测值有一定差异时，电力系统内有充足的备用容量，但传统机组的出力速度受到爬坡效率的限制，可能造成没有充足的爬坡容量进行调节。此外，确定数量的备用容量能保障系统安全性，但无法保证风电系统经济性的最优化，即额外备用在经济和安全性上不能获得平衡状态，使得风电随机性较差。

为了解决机组组合问题，可以采用Benders分解法，利用蒙特卡罗抽象以及场景树缩减技术来生成一定量的风电场景，分析风电随机性，对不同风电出力情况下的系统机组组合问题进行求解。根据相关计算结果，可得出在考虑到风电随机性情况下，电力系统内的机组组合成本将小幅度增长，并会随着风电出力预测误差的增加而增加。为了保证系统运行可靠性，要求系统多开启机组来保持爬坡容量。将抽水蓄能引入系统中后，机组组合成本将得到较好的控制，提高了组合经济性。在对不同预测误差和抽水蓄能容量进行对比后，全面分析了不同情况下抽水蓄能对机组组合产生的影响，可发现抽水蓄能的加入提高了电力系统的安全性，对电力系统效能的实现有积极作用。

4 结论

综上所述，电力系统的安全运行对社会进步和人们生活水平的提高有重要作用，为了提高电力系统运行的稳定性，需要加强对机组组合问题研究的重视。通过建立包含风电及抽水蓄能随机性组合的相关模型，对相关问题进行求解，进一步得到最佳的机组组合，实现电力系统的完善发展。

参考文献：

［1］余民.含风电和抽水蓄能电站的电力系统机组组合研究［D］.上海：上海交通大学，2013.

［2］宗瑾.含风电和抽水蓄能的电力系统二阶段发电调度模型及算法研究［D］.北京：华北电力大学，2012.