风电接入系统的低碳电力调度策略研究

In order to promote the development of low-carbon power, the scales of wind power and other renewable energy generation continuously extended in China. Owing to the wind power’s higher cost and lower reliability, large amount of wind power integration into power system brings great influence on the traditional way of operation management. Therefore, based on the system thinking and deeply analysis of the connotative definition of power dispatch and carbon emission cost, with the help of the theories and methods of economics, operational research, probability theory and cybernetics, within the research framework of reliability and effectiveness, this study will determine the import mode of low-carbon factor, analyze the risk impact of wind power integration on low-carbon power dispatch, explore the low-carbon power dispatch strategy for disposition and utilization of the risk impact, simulate the evolution influences from different strategies for the low-carbon power system and main performance, harmonize the conflict between conservative and radical strategies, and finally obtain the optimum strategy. This study could not only provide the related departments with references to scientifically make decisions about the power dispatch policy, but also offer the simulation tool for testing the rationality of policy.

为了推动我国电力行业的低碳化发展，以风电为代表的新能源发电规模不断扩大。然而，由于风电自身固有的缺点：可靠性偏低、成本偏高，传统的电力系统运行管理方式在风电接入后将不再完全适用。为此，本研究以系统思考为思想指导，在深入剖析电力调度、碳排放外部成本内涵定义的基础上，融合经济学、运筹学、概率论、控制论等多学科理论与方法，设计兼顾可靠性与有效性的低碳电力调度策略研究框架：明确电力调度中低碳要素的导入模式，分析风电接入给低碳电力调度带来的风险，开发安全应对、合理利用风险的低碳电力调度策略，模拟不同策略对低碳电力系统及各主体绩效的影响演化，从而协调决策保守与激进这对矛盾，最终实现策略优选。该研究可以为相关部门制定低碳电力调度政策提供科学方法与理论支撑，并为检验或评价政策的合理性提供模拟工具。

风电、碳交易等低碳要素的出现给电力调度带来了一系列的困难，传统的电力调度模式将不再完全适用。本研究在电力调度模型基础上，结合风电不确定性的应对方式、碳交易的导入模式，建立了风电接入系统的低碳电力调度模型，并通过算例仿真实现了电力调度的低碳化进程。.首先，建立了静态低碳电力调度模型。引入碳价格将多目标优化问题转换为单目标优化问题，进而最小化电力系统的经济成本和环境成本。考虑到风电不确定性将给电力调度带来一定干扰，通过概率密度函数描述风电出力特征，借助惩罚因子和备用因子度量风电不确定性给电力系统带来的干扰。仿真算例以两台风电机组和两台火电机组为例，对模型的重要参数进行灵敏度分析。结果显示：惩罚因子和备用因子等反映投资态度的主观指标，可通过碳价格定量描述；碳价格的提高对于火电机组出力具有一定的抑制作用。.接着，建立了动态低碳电力调度模型。充分考虑到电力系统的安全性约束，在一个调度周期内协调火电机组出力。对于风电不确定性的处理，在风速概率特征的基础上进行了场景分析。模型的变化给求解带来了一定困难，鉴于此应用NSGA-II算法生成Pareto最优解集，并结合碳价格进行辅助决策。算例分析以六台风电机组和一个风电场为例，得到了不同碳价格水平下的最优电力调度策略。.最后，建立了考虑碳交易的动态低碳电力调度模型。将碳排放额度作为约束条件，进一步优化电力系统的经济成本。以三台火电机组和一个风电场为例，在定额减排条件下对比了不同调度模式的优劣。结果表明：在三台火电机组具有不同能耗曲线的情况下，所有火电机组共享一个碳排放指标的合作调度模式较优，而非合作调度模式则会消耗较多的经济成本。此外，定量分析了碳减排额度与负荷压缩比例之间的关系，同时对超额减排所带来的“无法最优化”问题给出了两种解决方案。.本研究所提出的电力调度模型和算例仿真，可以为调度决策者制定风电接入系统的低碳调度策略提供科学方法，并为检验策略的合理性提供模拟工具。