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采用交互式?jīng)Q策方法的含風電系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度

文檔作者：肖國駿周任軍吳素平劉陽升潘志文檔來源：智能電網(wǎng)運行與控制湖南省重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年02月22日
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采用交互式?jīng)Q策方法的含風電
系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度
肖國駿 周任軍 吳素平 劉陽升 潘 志
(智能電網(wǎng)運行與控制湖南省重點實驗室(長沙理工大學)，長沙410004)
研究與開發(fā)
摘要 針對風電并網(wǎng)容量的增加會影響系統(tǒng)可靠性的問題，引入風電穿透功率的隸屬度函數(shù)
來反映系統(tǒng)的安全水平，建立了考慮火電和風電環(huán)境成本的含風電電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度模型。
針對該模型采用基于遺傳算法的交互式模糊滿意度決策方法，決策者設(shè)定每個目標函數(shù)的參考隸
屬度值，再利用參考隸屬度值與目標計算隸屬度值的差的絕對值最大最小化，將多目標問題轉(zhuǎn)化
為單目標問題。通過交互式方法不斷對每個目標函數(shù)重新設(shè)定參考隸屬度值，從而得到最滿意的
方案，使調(diào)度結(jié)果能夠充分體現(xiàn)決策者的主觀意愿。以IEEE30節(jié)點系統(tǒng)作為算例進行仿真，通過
交互式?jīng)Q策過程確定了考慮決策者偏好的調(diào)度結(jié)果，驗證了交互式模糊滿意度決策方法的可行性。
關(guān)鍵詞：安全經(jīng)濟調(diào)度；風電穿透功率；隸屬度函數(shù)；交互式?jīng)Q策；遺傳算法
Security Economic Dispatch in W ind Power Integrated Systems
Using an Interactive Decision M aking M ethod
Xiao Guojun Zhou Renjun Wu Suping Liu Yangsheng Pan Zhi
(Smart Grids Operation and Control Key Laboratory of Hu’nan Province
(Changsha University of Science and Technology)，Changsha 4 1 00041
Abstract For the capacity of wind power integration increases will affect the reliability of system
，
the membership function of wind power penetration was introduced to reflect security level of system
， a
security economic dispatch model of wind power integrated systems containing the environmental cost
of thermal power and wind power was constructed．An interactive fuzzy satisfying method was used
based on genetic algorithm against the model，the decision maker can set a reference membership degree
value for each objective，then multi—objective optimal problem could be transformed into a single
objective optimization by means of minimizing the maximum absolute difference between reference
membership degree value and objective membership degree value．The reference membership degree
value could be reset to run the program again during the decision making
， SO the scheduling results can
fully reflect the subjective intention of decision maker．Experiment analysis of IEEE 30 bus system
arrived at that interactive decision making process could determine the scheduling results considering
the preference of decision maker,showing the feasibility of the interactive fuzzy sarisfying method
．
Key words：security economic dispatch；wind power penetration；m embership function；interactive
decision making；genetic algorithm
風能的利用成為解決世界范圍內(nèi)日益嚴峻的環(huán)
境和能源問題的主要方法之一[”。風能發(fā)電可以為
電力系統(tǒng)節(jié)省燃料成本，但是由于風電的隨機性、
不可調(diào)度性又使電力系統(tǒng)的運行不確定因素增加，
對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度提出了新的挑戰(zhàn) 4]。
國家自然科學基金資助(51277016)
湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項目(12K074)
湖南省研究生科研創(chuàng)新項目立項(CX201 1B359)
風速的隨機性使得風電機組出力的精確預測較
難實現(xiàn)。隨著風電場并網(wǎng)容量的增加，系統(tǒng)電壓和
頻率產(chǎn)生偏差、電壓發(fā)生波動和閃變等，將導致系
統(tǒng)的可靠性下降，風電穿透功率極限以及風網(wǎng)后系
統(tǒng)運行安全問題應(yīng)被準確描述 ”。目前含風電電力
2o13年第4期豫 技求J 1
研究與開發(fā)
系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度極少考慮用風電穿透功率描述系統(tǒng)
的安全水平。文獻[5】建立了基于機會約束規(guī)劃的含
風電場電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度模型。文獻[6]建立了包含
風電場電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度的模糊模型。文獻[7】
在考慮了風電輸出的隨機分布模型對經(jīng)濟調(diào)度的影
響和各機組、各種能源的環(huán)境成本基礎(chǔ)上建立了含
風電電力系統(tǒng)的環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度模型。文獻[8】以電網(wǎng)
安全條件風險價值作為電網(wǎng)安全指標，引入條件風
險方法，構(gòu)建了含風電系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度模型，但
是模型中沒有考慮各機組、各種能源的環(huán)境成本。
本文引入風電穿透功率的隸屬度函數(shù)來描述系
統(tǒng)的安全水平，同時考慮各機組和各種能源的環(huán)境
成本，建立了含風電電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟調(diào)度模型，
并構(gòu)建了基于遺傳算法(GA)的交互式模糊滿意度
決策方法來求解該模型。
1 含風電電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度建模
1．1 風電成本
風電成本應(yīng)該真實反映風電自身的價值，風力
發(fā)電不消耗任何燃料，環(huán)境效益也必須體現(xiàn)出來，
因此風電總成本應(yīng)包括運行成本和環(huán)境成本，可表
示如下
Nw Nw
= Σ廠op( )+Σ廠e (尸w』) (1)
式中，F(xiàn) 為風電總成本；Ⅳw為系統(tǒng)內(nèi)風電場數(shù)；
(尸 『)為風電運行成本函數(shù)；fe (P f)為環(huán)境成本函
數(shù)；尸w，為第，個風電場實際出力。
1)風電運行成本函數(shù) (P 風電運行不需要
消耗燃料，所以風電運行成本主要包括投資成本和
維護成本。風電運行成本函數(shù)可表示為【9】
Nw N
Σ，op( )=Σ Pwj (2)
j=l j=l
式中， 為第u，個風電場運行成本系數(shù)，萬元／pu。
2)環(huán)境成本函數(shù) (尸叫)。風力發(fā)電不消耗任何
燃料，不會產(chǎn)生任何污染，所以
(pwj)：0 (3)
，=1
l-2 火電成本
火電成本主要包括火電發(fā)電成本和環(huán)境成本。
即
2 l電囊曩薯技術(shù) 2o13年第4期
(4)
式中， 為火電總成本；N為火力發(fā)電機組數(shù)； ( f)
為第i臺火電機組的發(fā)電成本函數(shù)； ( )為第i
臺火電機組的環(huán)境成本函數(shù)；PG 為第i臺火電機組
的出力。
1)火電發(fā)電成本函數(shù)fo (Pa )
式中，a 、b 、C 為火電機組燃料耗量特性系數(shù)。
2)環(huán)境成本函數(shù) (PG )?；鹆Πl(fā)電機組環(huán)境成
本可用火力發(fā)電機組的排污特性描述，即[ 】
N N
Σfe (PGi)=Σ[Ori PGf+ p 2f+ exp(~,iPGi)]Ce (6)
i=1 f_1
式中，C。 為火電環(huán)境成本系數(shù)，萬元／t； 、屆、Y／、
、 為火力發(fā)電機組的排污特性系數(shù)。
1．3 系統(tǒng)增加的備用容量補償成本
由于風電出力的隨機性，為了保證風電并網(wǎng)后
系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定，系統(tǒng)運行時必須增加備用
容量， 因此系統(tǒng)增加的備用容量補償成本也應(yīng)該體
現(xiàn)出來[9]，即
Ⅳw
= ΣCro(Pw 一 ) (7)
式中， 為系統(tǒng)運行增加的備用容量補償成本； 。
為風電備用容量補償系數(shù)，萬元／pu。當Pw ，尸w 時， 。為一個與具體提供
備用容量的火電機組相關(guān)的系數(shù)。尸 。，為第，個風電
場的計劃發(fā)電量。
1．4 電力系統(tǒng)安全性評價
大規(guī)模風電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度帶來了
新的問題，文獻I11介紹了風電場的穿透功率隸屬度
函數(shù)可以用來反映系統(tǒng)的安全水平。采用模糊隸屬
度函數(shù)形式對不同容量風電場接入系統(tǒng)對系統(tǒng)安全
性產(chǎn)生的影響進行評價，形成安全性評價函數(shù)，即
1 ew≤
≤ ≤ (8)
尸w≥尸w
，L
n
ⅣΣ
+
、J
／L
p
ⅣΣ=
、
5
／
+
+
2
ⅣΣ％／JL= p
ⅣΣ
式中，尸w為風電場當前的發(fā)電量；P 和尸wmin分
別為系統(tǒng)在當前時段負荷下穿透功率的上限和下
限，是與當前時段系統(tǒng)總負荷有關(guān)的值，可設(shè)定為
當前時段系統(tǒng)總負荷的20％和10％【Jj。
1．5 多目標函數(shù)及約束條件
1)目標函數(shù)
基于風電成本、火電成本、系統(tǒng)增加的備用容
量補償成本以及電力系統(tǒng)安全性評價，含風電電力
系統(tǒng)安全經(jīng)濟調(diào)度的目標函數(shù)可表示為
minF=min(Fl+ + ) (9)
m ax =
Pwma _Pw
：
0
尸w≤ 尸wmin
j
≤ ≤ (10)
尸W≥
式中，， 為系統(tǒng)總發(fā)電費用；F1、F2、F3分別如
式(1)、(4)、(7)所示。
2)約束條件
不考慮網(wǎng)損，系統(tǒng)負荷平衡約束為
N N
尸D=Σ +Σ尸G (11)
j=l i=1
式中，尸D為系統(tǒng)總負荷； 為風電總出力； PG
j=l i=1
為火電總出力。
火電機組功率約束
≤ f≤ (12)
式中， 、礎(chǔ) 分別為火電機組i有功出力的最大
最小值。
風電出力約束為
，d≤ ，≤ 尸w『u (13)
式中，Pw，、P州、 分別為第 個風電場的實際出
力及其可能出力的下限和上限，風電出力需在可能
出力范圍內(nèi)波動。
2 基于模糊滿意度的交互式多目標決策方法
多目標問題一般不存在絕對最優(yōu)解，決策過程
與決策者的主觀意愿有很大的關(guān)系?；谀：凉M意
度的交互式?jīng)Q策方法能很好地體現(xiàn)決策者的主觀意
愿，是一種實用性較強的多目標決策方法[ 】。決策
研究與開發(fā)
者的主觀意愿具有模糊性特點， 因此將目標函數(shù)模
糊化處理， 目標的計算隸屬度值越高，證明決策者
對于方案越滿意。
本文的目標函數(shù)式(9)為費用函數(shù)，即越小越
優(yōu)型目標，其隸屬度函數(shù)可用圖1所示的遞減函數(shù)
表示【6】，數(shù)學表達式如式(14)所示。
(刪
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圖1 目標隸屬度函數(shù)
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