消纳大规模风电的大电网在线调度理论与方法研究

根据风电调度的固有特点，特别是风电预测精度随时间尺度逐级提高的特性，提出和研究消纳大规模风电的分解协调调度模式的基础理论和关键技术。研究该调度模式的基础构架，分析各日前计划、在线滚动调度、实时调度和校正控制等不同时间尺度调度环节的分解与协调机理。针对在线滚动调度这个复杂的动态优化问题，基于对偶原理的并行分解技术和凸成本函数的动态递推优化方法，提出一整套适用于不同形式目标函数的高效算法。引入模型预测控制理论（MPC），提出风电场－调度中心两级分布式实时调度的机制，研究实时调度模型和算法。综合考虑风电预测误差和运行状态不确定性，采用非时齐马尔可夫过程的不确定性建模方法，研究基于风险的多级运行备用在时间、空间维度上的协调优化决策模型。

风电作为可再生能源，在我国发展迅猛。中国的风电发展具有“规模化开发，集中外送”的特点。风电消纳问题凸现，几大风电基地常出现20%以上的弃风率。亟需研发消纳大规模风电的调控技术。在电网调度控制层面，大规模风电消纳问题可归结为在时间、空间和对象维度下的能量协同调度问题。本项目以最大化大规模风电消纳为核心目标，从时间、空间和对象维度对大规模风电接入条件下的互联电网优化调度理论和方法开展了系统的研究，构建了以分层模型预测控制为基础的互联电网多维协同优化调度方法体系。研发的系统已在吉林省电网和东北大区电网应用，吉林项目被鉴定委员会认为：取得的成果是大规模风电基地安全防御和风电消纳技术的重大标志性成果，总体国际领先水平。.在时间维协调方面，研究了适应风电消纳的时间维度协同优化调度方法。在小时级滚动调度方面，构建了鲁棒区间滚动发电调度方法，通过对风电安全出力区间范围的动态调整，实现在最小弃风要求下的风电安全出力区间最大化的目的。提出了在线滚动调度高效可靠算法，包括基于拟牛顿法乘子修正的拉格朗日松弛算法，以及基于弱对偶定理的在线滚动调度不可行断面约束辨识方法，满足在线滚动调度算法提出的快速性和可靠性要求。在分钟级实时调度方面，提出了计及大规模风电随机性的自适应鲁棒实时调度模型，能否自适应AGC的调节能，实现在保证安全性的条件下促进风电消纳。.在空间维协调方面，研究了促进区域互济的空间维度协同优化调度方法。在同步协调调度模式下，提出了基于改进广义Benders分解的多区域电网全局经济调度方法，在保证区域决策独立性的条件下实现全局经济调度的分解-协调决策。该方法具有结果准确、收敛性好、计算快速的特点，可通过旋转备用容量的跨区共享利用风电的空间互补性。在异步协调调度模式下，提出了考虑风电不确定性的鲁棒联络线计划协调方法，采用约束-列生成算法实现联络线计划协调的分解-协调决策。该方法可以提高联络线潮流计划对风电变化的适应性，提高多区域互联电网的风电消纳能力和运行的安全性、经济性和可靠性。.在对象维协调方面，研究了提升运行灵活性的热-电联合优化调度方法。提出了计及集中供热管网储热特性的热-电联合优化调度模型，并提出了有效的迭代求解算法。该方法能够松弛“以热定电”模式下的热-电强制约关系，通过利用集中供热管网的储热能力，增强供热机组运行的灵活性，从而提高热-电联合系统消纳风电的能力。