杨 昱，赵小棚

（1.郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450006；2.郑州大学水利科学与工程学院，河南 郑州 450001）

0 引言

为了缓解风电的波动性与随机性对电网的危害，目前常用的技术手段是利用可控电源与风电打捆并网。抽水蓄能电站作为现存的容量最大、技术非常成熟的并网储能装置，它不仅具有传统水电机组启停迅速、清洁无污染的优点，还可以作为一种特殊的蓄电池，是目前辅助风电并网的绝佳电源。

近年来，关于风电-抽水蓄能联合运行的研究有很多，马实一等人基于风光互补特性构建了风-光-抽蓄联合运行系统，并提出了一种可再生能源参与电力市场竞争的策略。盛四清等人在电力市场环境下，建立了风-蓄联合运行效益最大和风蓄联合出力波动方差最小的多目标优化调度模型，Hozouri 等人提出了一个多目标优化框架，目的是正确处理弃风成本、社会总成本和抽蓄机组运行效益，然而很少涉及跨区域送电，同时抽水蓄能电站仅仅用来缓解风电的随机性，而很少考虑风电的反调峰特性。

1 研究方法

1.1 风力发电不确定性建模

假设各时段的预测误差相互独立，采用核密度估计各时段的风电预测误差分布，采用高斯逼近法对带宽进行估计，利用各时段的历史数据建立样本集，估计风电预测误差的概率密度函数和累积密度函数。

1.2 目标函数

为了使风电-抽蓄系统的输电方案更容易被受端电网接受，文章以剩余负荷峰谷差最小为目标函数。显然，该模型是一个多目标优化问题，常用的方法是通过加权方法将多个目标组合成一个等效目标。变换后的目标函数式如下：

式中：K为受端电网个数；为电网k 的归一化峰谷差；为电网最大原始负荷k，MW；为第k个目标函数（受端电网权重k）的加权系数。为保证所有受端电网有均等的机会减小峰谷差，设=1/K。

1.3 约束条件

1.3.1 水力约束

1.3.1.1 水量平衡约束

水量平衡约束函数式：

1.3.1.2 水库库容限制

水库库容限制函数式：

1.3.2 机组约束

1.3.2.1 机组出力约束

机组出力约束函数式：

1.3.2.2 机组发电/抽水流量约束

机组发电/抽水流量约束函数式：

其他如机组发电/抽水净水头约束、水轮机动力特性、水泵动力特性、机组运行状态约束、风电-抽蓄系统功率约束、输电线路传输功率约束等函数式不再赘述。

2 模型求解

所建立的模型包括最小-最大形式目标函数、随机约束、非线性约束，不容易直接求解。其中，非线性水力约束和机组运行状态约束的线性化方法见参考文献。利用上述确定性转换和线性化技术，可以构建风电-抽蓄跨区域联合送电的确定性MILP模型。然后采用商业求解器Lingo进行求解。

3 应用实例

3.1 工程背景

文章选取西部地区某省级电网A 的风电场和抽水蓄能电站（其装机容量分别为2000 MW 和1344 MW）作为风电-抽蓄联合体，通过特高压向B 省网和C 省网跨区域送电，以验证模型的有效性。在实例中，设置信水平为0.95。图1给出了夏季典型日的风电预测和实际出力，以及置信水平为0.95时实际功率的上下限。可以看出，实际风电功率在预测范围内，验证了该方法对风电出力不确定性处理的准确性。

图1 风电预测功率、实际功率及其上下限图

为验证模型的有效性和鲁棒性，给出了负荷需求特征和风电出力差异较大的夏季典型日运行结果。

3.2 结果分析

风电-抽蓄系统联合运行优化结果如图2所示。需要注意的是，由于剩余负荷是一个区间的形式，所以峰谷差也是一个区间。通过风电-抽蓄联合体送电后，省网B剩余负荷的峰值有所降低，峰谷差差别不大甚至略微增大，但是省网C的峰谷差下降明显。省网B调峰效果不理想的原因是，与省网C相比，省网B的负荷峰值时间较长，负荷量级相对较大，连续7个时间段均维持在较大值，因此，省网C 的负载峰值更容易降低。根据风电-抽蓄系统与各受端电网签订的电力协议，风电-抽蓄系统在高峰时段向省网C传输更多的电力，在低谷时段向省网B传输更多的电力，如图2所示，以使两电网之间的总峰谷差最小，因此在大规模消纳风电时，略微增大省网B的峰谷差，显著减小省网C是可以接受的。与单纯风电输电结果相比，由于风电具有较强的抗调峰特性，所建立的模型在调峰、调峰谷差和剩余负荷平滑性方面均有较好的表现。因此，风电-抽蓄联合运行是非常必要的。

图2 联合体送电后各受端电网剩余负荷曲线图

优化后的发电和送电计划见图3。

图3 优化后发电和送电计划图

4 结论

文章针对大规模风电的消纳问题，以风电场——抽水蓄能电站系统作为研究对象，对联合体跨区域送电开展研究。提出了一种基于MILP 的风电-抽蓄联合跨区域送电的多电网调峰模型，目的在于大规模消纳风电的同时，降低受端电网的削峰压力。并通过我国西部某省的风电场与抽水蓄能电站的联合调度进行实际验证，联合体能够有效缓解受端电网的调峰压力。文章研究成果将为联合体调度人员提供有效的参考，并为未来跨区域输电中电力公司与受端电网之间签订的电力协议提供有效的参考。