基于魯棒優(yōu)化的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，開(kāi)發(fā)和利用可再生能源已成為實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源形式，憑借其資源豐富、分布廣泛、技術(shù)相對(duì)成熟等優(yōu)勢(shì)，在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展。近年來(lái)，各國(guó)紛紛加大對(duì)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的支持力度，風(fēng)電裝機(jī)容量持續(xù)攀升，大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)已成為電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《世界能源展望2025》報(bào)告顯示，到2025年，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將突破1500GW，其中中國(guó)、歐洲和北美仍將是風(fēng)電發(fā)展的主力市場(chǎng)。大規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)電力系統(tǒng)的影響深遠(yuǎn)。一方面，風(fēng)電的大規(guī)模接入為電力系統(tǒng)帶來(lái)了顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)力發(fā)電的廣泛應(yīng)用有助于減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放，緩解環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)也為電力市場(chǎng)注入了新的活力，促進(jìn)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。另一方面，風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性和反調(diào)峰特性給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。風(fēng)速的隨機(jī)變化導(dǎo)致風(fēng)電出力難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這使得電力系統(tǒng)的功率平衡和調(diào)度控制變得更加復(fù)雜。風(fēng)電的反調(diào)峰特性加劇了電網(wǎng)的峰谷差，增加了火電機(jī)組的調(diào)峰壓力，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。此外，風(fēng)電的大規(guī)模接入還可能導(dǎo)致系統(tǒng)備用容量不足、電壓穩(wěn)定性下降等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的確定性調(diào)度方法已難以滿足系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。傳統(tǒng)調(diào)度方法通?；谪?fù)荷和風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)值進(jìn)行調(diào)度決策，但由于風(fēng)電出力的不確定性，實(shí)際運(yùn)行中往往會(huì)出現(xiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值偏差較大的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行面臨風(fēng)險(xiǎn)，如功率缺額、電壓越限等，同時(shí)也可能造成發(fā)電成本的增加。因此，需要一種能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電不確定性的調(diào)度方法，以保障電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。魯棒優(yōu)化作為一種處理不確定性優(yōu)化問(wèn)題的有效方法，近年來(lái)在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。魯棒優(yōu)化通過(guò)構(gòu)建不確定集合來(lái)描述不確定性因素的可能取值范圍，使得優(yōu)化結(jié)果在不確定因素的所有可能取值下都能滿足約束條件，從而具有較強(qiáng)的魯棒性。與傳統(tǒng)的隨機(jī)優(yōu)化方法相比，魯棒優(yōu)化不需要知道不確定性因素的概率分布，對(duì)數(shù)據(jù)的要求較低，且計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)較小，更適合于處理風(fēng)電出力不確定性等復(fù)雜問(wèn)題。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，應(yīng)用魯棒優(yōu)化方法進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度，能夠在考慮風(fēng)電不確定性的前提下，合理安排機(jī)組出力和電網(wǎng)運(yùn)行方式，確保系統(tǒng)在各種可能的風(fēng)電出力情況下都能安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本的最小化或其他經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的優(yōu)化。這對(duì)于提高風(fēng)電消納能力、保障電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行和管理提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)電力系統(tǒng)向更加清潔、高效、可靠的方向發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著風(fēng)電在全球電力系統(tǒng)中所占比重的不斷提高，含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的焦點(diǎn)。眾多學(xué)者圍繞該問(wèn)題展開(kāi)了廣泛而深入的研究，在調(diào)度模型、優(yōu)化算法、不確定性處理等方面取得了豐碩的成果。在國(guó)外，歐美等風(fēng)電發(fā)展較為成熟的國(guó)家和地區(qū)，對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）開(kāi)展了一系列關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)影響及應(yīng)對(duì)策略的研究項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)的仿真分析和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，深入研究了風(fēng)電的不確定性對(duì)系統(tǒng)功率平衡、頻率穩(wěn)定和電壓控制的影響，并提出了相應(yīng)的調(diào)度策略和控制方法。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)]中，研究人員針對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，提出了基于場(chǎng)景分析的隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)生成大量的風(fēng)電出力場(chǎng)景，對(duì)每個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，從而得到系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)度方案。這種方法能夠較好地考慮風(fēng)電不確定性的影響，但計(jì)算量較大，對(duì)計(jì)算資源的要求較高。歐洲的一些研究機(jī)構(gòu)則專注于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，提高風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)精度，為電力系統(tǒng)調(diào)度提供更準(zhǔn)確的信息。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)]中提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型，該模型綜合考慮了風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等多種氣象因素以及歷史風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電功率的高精度預(yù)測(cè)。在優(yōu)化算法方面，國(guó)外學(xué)者引入了遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火算法等智能優(yōu)化算法，用于求解含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度模型，取得了較好的優(yōu)化效果。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)]中，利用遺傳算法對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解，通過(guò)模擬生物進(jìn)化過(guò)程中的遺傳、變異和選擇操作，尋找最優(yōu)的機(jī)組出力組合，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電成本的最小化。在國(guó)內(nèi)，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度研究也得到了廣泛關(guān)注。許多高校和科研機(jī)構(gòu)針對(duì)我國(guó)風(fēng)電資源分布特點(diǎn)和電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，開(kāi)展了深入的研究工作。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)]提出了一種計(jì)及風(fēng)電不確定性和負(fù)荷不確定性的多目標(biāo)魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，該模型以發(fā)電成本和環(huán)境成本為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)構(gòu)建不確定集合來(lái)描述風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，采用魯棒優(yōu)化方法求解模型，得到在各種不確定情況下都能滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行要求的調(diào)度方案。為了提高風(fēng)電消納能力，國(guó)內(nèi)學(xué)者還研究了多種風(fēng)電與其他能源的協(xié)同調(diào)度方法，如風(fēng)電-火電聯(lián)合調(diào)度、風(fēng)電-水電聯(lián)合調(diào)度、風(fēng)電-儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)度等。文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)]研究了風(fēng)電-火電聯(lián)合調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)建立風(fēng)火協(xié)調(diào)調(diào)度模型，優(yōu)化火電和風(fēng)電的出力分配，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行成本的降低和風(fēng)電消納能力的提高。在實(shí)際應(yīng)用方面，我國(guó)一些地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始嘗試將魯棒優(yōu)化等先進(jìn)的調(diào)度方法應(yīng)用于含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，取得了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用效果。例如，某地區(qū)電網(wǎng)在采用魯棒優(yōu)化調(diào)度方法后，系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提升，風(fēng)電消納能力也有所增強(qiáng)。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度研究方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足與空白。一方面，現(xiàn)有的調(diào)度模型和方法在處理風(fēng)電不確定性時(shí)，往往過(guò)于依賴歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)模型，而實(shí)際風(fēng)電出力可能受到多種復(fù)雜因素的影響，導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差較大，從而影響調(diào)度方案的準(zhǔn)確性和可靠性。另一方面，大多數(shù)研究主要關(guān)注電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全穩(wěn)定約束，對(duì)環(huán)境因素、能源政策等其他因素的考慮相對(duì)較少。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度不斷提高，如何在電力系統(tǒng)調(diào)度中更好地考慮環(huán)境成本、碳排放約束以及能源政策導(dǎo)向等因素，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的多目標(biāo)優(yōu)化，是未來(lái)研究需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。此外，在多能源協(xié)同調(diào)度方面，雖然已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但不同能源之間的協(xié)調(diào)配合機(jī)制還不夠完善，如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與其他能源的深度融合和高效協(xié)同運(yùn)行，仍有待深入研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本文聚焦于含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題，采用魯棒優(yōu)化方法，旨在應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)在安全約束下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化。研究?jī)?nèi)容主要涵蓋以下幾個(gè)方面：魯棒優(yōu)化理論基礎(chǔ)研究：深入剖析魯棒優(yōu)化的基本概念、原理和方法，著重探究其在處理含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度中不確定性問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用可行性。詳細(xì)對(duì)比魯棒優(yōu)化與其他處理不確定性方法（如隨機(jī)優(yōu)化、模糊優(yōu)化等）的差異，明確魯棒優(yōu)化在本研究中的適用性和獨(dú)特價(jià)值。例如，隨機(jī)優(yōu)化方法需要準(zhǔn)確的概率分布信息，而實(shí)際中風(fēng)電出力的概率分布難以精確獲取，魯棒優(yōu)化則只需界定不確定性的范圍，更符合實(shí)際情況。通過(guò)理論分析和案例對(duì)比，全面闡述魯棒優(yōu)化在應(yīng)對(duì)風(fēng)電不確定性時(shí)，如何在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，有效平衡經(jīng)濟(jì)性與可靠性。含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)特性分析：全面研究風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行特性，包括風(fēng)速的隨機(jī)性、風(fēng)電出力的間歇性和反調(diào)峰特性等，深入分析這些特性對(duì)電力系統(tǒng)功率平衡、電壓穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)等方面的影響機(jī)制。以實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和時(shí)間序列分析技術(shù)，對(duì)風(fēng)電出力的波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，為后續(xù)的調(diào)度模型建立提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如，利用歷史風(fēng)速和風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，建立基于機(jī)器學(xué)習(xí)的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型，分析不同時(shí)間尺度下風(fēng)電出力的變化趨勢(shì)和不確定性范圍。魯棒優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建：綜合考慮風(fēng)電出力不確定性、負(fù)荷需求、機(jī)組運(yùn)行約束（如機(jī)組出力上下限、爬坡速率限制、啟停約束等）以及電力系統(tǒng)的安全約束（如潮流約束、電壓約束、備用容量約束等），以發(fā)電成本最小化、環(huán)境成本最小化或綜合效益最大化為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建含風(fēng)電場(chǎng)的魯棒優(yōu)化調(diào)度模型。在模型構(gòu)建過(guò)程中，通過(guò)合理定義不確定性集合，將風(fēng)電出力的不確定性轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)約束，確保優(yōu)化結(jié)果在各種可能的風(fēng)電出力情況下都能滿足系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。例如，采用區(qū)間不確定集合或多面體不確定集合來(lái)描述風(fēng)電出力的不確定性，運(yùn)用魯棒對(duì)偶理論將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為可求解的確定性優(yōu)化問(wèn)題。模型求解算法研究：針對(duì)所構(gòu)建的魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，研究有效的求解算法。對(duì)比分析傳統(tǒng)優(yōu)化算法（如線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃等）和智能優(yōu)化算法（如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火算法等）在求解該模型時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。結(jié)合模型的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高算法的收斂速度和求解精度。例如，針對(duì)遺傳算法在求解大規(guī)模問(wèn)題時(shí)容易陷入局部最優(yōu)的問(wèn)題，引入自適應(yīng)變異算子和精英保留策略，增強(qiáng)算法的全局搜索能力；對(duì)于粒子群優(yōu)化算法，采用動(dòng)態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重和學(xué)習(xí)因子的方法，提高算法的收斂性能。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同算法的性能進(jìn)行評(píng)估和比較，選擇最優(yōu)的求解算法。算例分析與結(jié)果驗(yàn)證：選取實(shí)際的電力系統(tǒng)算例，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)所構(gòu)建的魯棒優(yōu)化調(diào)度模型和求解算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。分析不同不確定性水平下的調(diào)度結(jié)果，對(duì)比魯棒優(yōu)化調(diào)度與傳統(tǒng)確定性調(diào)度的性能差異，評(píng)估魯棒優(yōu)化調(diào)度在提高系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的效果。例如，通過(guò)改變風(fēng)電出力不確定性集合的大小，觀察調(diào)度方案中機(jī)組出力、風(fēng)電消納量、發(fā)電成本和系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的變化情況，分析魯棒優(yōu)化調(diào)度對(duì)不確定性的適應(yīng)能力。同時(shí)，考慮多種場(chǎng)景下的調(diào)度需求，如不同的負(fù)荷水平、風(fēng)電接入比例、機(jī)組組合方案等，進(jìn)一步驗(yàn)證模型和算法的有效性和魯棒性。根據(jù)算例分析結(jié)果，提出優(yōu)化建議和改進(jìn)措施，為實(shí)際電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供參考依據(jù)。二、風(fēng)電場(chǎng)特性及對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度的影響2.1風(fēng)電場(chǎng)的基本特性2.1.1出力的不確定性風(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性主要源于風(fēng)速的隨機(jī)性。風(fēng)速受到大氣環(huán)流、地形地貌、氣象條件等多種復(fù)雜因素的綜合影響，其變化具有高度的不可預(yù)測(cè)性。這種隨機(jī)性使得風(fēng)電場(chǎng)的出力難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。從物理學(xué)角度來(lái)看，風(fēng)是由于太陽(yáng)輻射導(dǎo)致地球表面受熱不均，引起大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的。在不同的地理區(qū)域和時(shí)間尺度上，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、下墊面性質(zhì)（如海洋、陸地、山脈等）以及大氣邊界層的動(dòng)力學(xué)過(guò)程等因素都會(huì)導(dǎo)致風(fēng)速的顯著差異和隨機(jī)變化。例如，在山區(qū)，由于地形的起伏和阻擋作用，風(fēng)速會(huì)在短距離內(nèi)發(fā)生劇烈變化；在沿海地區(qū)，海陸風(fēng)的交替出現(xiàn)使得風(fēng)速呈現(xiàn)出明顯的日變化特征。此外，氣象系統(tǒng)的演變，如冷鋒、暖鋒、氣旋等天氣系統(tǒng)的移動(dòng)和發(fā)展，也會(huì)對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生重要影響，進(jìn)一步增加了風(fēng)速的隨機(jī)性和不確定性。風(fēng)速的隨機(jī)變化直接導(dǎo)致了風(fēng)電出力的不確定性。風(fēng)電機(jī)組的出力與風(fēng)速之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系，通?？梢杂霉β是€來(lái)描述。當(dāng)風(fēng)速低于切入風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)發(fā)電；隨著風(fēng)速逐漸增大并超過(guò)切入風(fēng)速，風(fēng)電機(jī)組開(kāi)始發(fā)電，出力也隨之增加；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組達(dá)到額定出力；而當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，為了保護(hù)風(fēng)電機(jī)組的安全，風(fēng)電機(jī)組將停止運(yùn)行，出力降為零。在切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間，風(fēng)電機(jī)組的出力隨風(fēng)速的變化并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是受到風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)、葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能以及控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等多種因素的影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性變化。這種非線性關(guān)系使得即使在風(fēng)速有微小變化的情況下，風(fēng)電出力也可能產(chǎn)生較大的波動(dòng)，進(jìn)一步加劇了風(fēng)電出力的不確定性。風(fēng)電出力的不確定性對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了多方面的影響。在功率平衡方面，由于風(fēng)電出力難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)在制定發(fā)電計(jì)劃時(shí)，難以精確匹配風(fēng)電出力與負(fù)荷需求，容易導(dǎo)致系統(tǒng)功率缺額或過(guò)剩。當(dāng)風(fēng)電出力突然下降而負(fù)荷需求不變或增加時(shí)，系統(tǒng)可能出現(xiàn)功率缺額，需要依靠其他電源快速增加出力來(lái)維持功率平衡，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)頻率崩潰事故；反之，當(dāng)風(fēng)電出力突然增加而負(fù)荷需求較低時(shí)，系統(tǒng)可能出現(xiàn)功率過(guò)剩，需要采取切機(jī)、棄風(fēng)等措施來(lái)避免系統(tǒng)頻率過(guò)高和設(shè)備過(guò)電壓等問(wèn)題，這不僅造成了能源的浪費(fèi)，也增加了系統(tǒng)運(yùn)行的成本和復(fù)雜性。在電壓穩(wěn)定性方面，風(fēng)電出力的波動(dòng)會(huì)引起電網(wǎng)中無(wú)功功率的變化，從而影響電網(wǎng)的電壓水平。當(dāng)風(fēng)電出力增加時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)可能會(huì)向電網(wǎng)注入過(guò)多的無(wú)功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高；而當(dāng)風(fēng)電出力減少時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)可能需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低。如果電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償能力不足或電壓調(diào)節(jié)設(shè)備響應(yīng)不及時(shí)，風(fēng)電出力的不確定性可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓越限，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命，甚至可能引發(fā)電壓失穩(wěn)事故，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，目前已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究工作，主要集中在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)和電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化兩個(gè)方面。在風(fēng)電功率預(yù)測(cè)方面，研究人員提出了多種預(yù)測(cè)方法，包括基于物理模型的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)法、基于統(tǒng)計(jì)分析的時(shí)間序列模型、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及融合多種方法的混合預(yù)測(cè)模型等。這些方法通過(guò)對(duì)歷史風(fēng)速、風(fēng)電出力數(shù)據(jù)以及氣象信息等的分析和挖掘，試圖建立準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，提高風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)精度。然而，由于風(fēng)速的隨機(jī)性和復(fù)雜性，目前的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)仍然存在一定的誤差，難以完全滿足電力系統(tǒng)精確調(diào)度的需求。在電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方面，研究人員通過(guò)改進(jìn)電力系統(tǒng)的調(diào)度策略和控制方法，如采用魯棒優(yōu)化、隨機(jī)優(yōu)化等方法，在考慮風(fēng)電出力不確定性的前提下，合理安排機(jī)組出力和電網(wǎng)運(yùn)行方式，以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。例如，魯棒優(yōu)化方法通過(guò)構(gòu)建不確定集合來(lái)描述風(fēng)電出力的不確定性范圍，使得優(yōu)化結(jié)果在不確定因素的所有可能取值下都能滿足約束條件，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行方案的魯棒性；隨機(jī)優(yōu)化方法則通過(guò)對(duì)風(fēng)電出力的概率分布進(jìn)行建模，以期望成本或風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小化為目標(biāo)，制定電力系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行策略。此外，還可以通過(guò)加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)和改造，提高電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性，如增加調(diào)峰電源、儲(chǔ)能設(shè)備的配置，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和布局等，以更好地應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性帶來(lái)的挑戰(zhàn)。2.1.2間歇性風(fēng)電場(chǎng)出力的間歇性是指風(fēng)電出力在短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)快速的變化，這種變化具有不可持續(xù)性和隨機(jī)性。當(dāng)風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)急劇變化時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的出力也會(huì)隨之迅速改變，這對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡產(chǎn)生了顯著影響。風(fēng)電場(chǎng)出力間歇性的產(chǎn)生主要是由于氣象條件的快速變化以及風(fēng)電場(chǎng)自身的特性。從氣象角度來(lái)看，大氣中的各種天氣系統(tǒng)，如冷鋒、暖鋒、氣旋、反氣旋等，在移動(dòng)和演變過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致風(fēng)速和風(fēng)向的快速變化。例如，冷鋒過(guò)境時(shí)，冷空氣迅速推進(jìn)，會(huì)使風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)急劇增大，隨后又可能迅速減小，從而導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力出現(xiàn)大幅波動(dòng)。此外，地形地貌對(duì)風(fēng)的影響也不容忽視。在山區(qū)，由于地形的起伏和狹管效應(yīng)，風(fēng)速可能在局部區(qū)域出現(xiàn)突然增大或減小的情況，使得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)不同位置的風(fēng)電機(jī)組出力差異較大，進(jìn)一步加劇了風(fēng)電場(chǎng)出力的間歇性。從風(fēng)電場(chǎng)自身特性來(lái)看，風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)和停止過(guò)程需要一定的時(shí)間，并且在不同風(fēng)速條件下，風(fēng)電機(jī)組的響應(yīng)速度也有所不同。當(dāng)風(fēng)速接近切入風(fēng)速或切出風(fēng)速時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可能會(huì)頻繁地啟動(dòng)和停止，導(dǎo)致出力出現(xiàn)間歇性變化。此外，風(fēng)電機(jī)組之間的尾流效應(yīng)也會(huì)影響風(fēng)電場(chǎng)的整體出力。當(dāng)一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其后方會(huì)形成尾流區(qū)域，尾流區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速會(huì)降低，使得位于尾流區(qū)域內(nèi)的其他風(fēng)電機(jī)組出力下降。隨著風(fēng)向的變化，尾流區(qū)域的位置也會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)不同風(fēng)電機(jī)組的出力受到不同程度的影響，從而使風(fēng)電場(chǎng)出力呈現(xiàn)出間歇性特征。風(fēng)電出力的快速變化對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求在不同時(shí)刻是動(dòng)態(tài)變化的，而風(fēng)電出力的間歇性使得電力系統(tǒng)在平衡發(fā)電與負(fù)荷需求時(shí)面臨更大的困難。當(dāng)風(fēng)電出力突然增加時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)功率過(guò)剩的情況，如果不能及時(shí)調(diào)整其他電源的出力或增加負(fù)荷需求，就需要采取棄風(fēng)等措施，這不僅造成了能源的浪費(fèi)，也降低了風(fēng)電的利用效率；反之，當(dāng)風(fēng)電出力突然減少時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)功率缺額，如果其他電源無(wú)法快速響應(yīng)并增加出力，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下降，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，風(fēng)電出力的間歇性還會(huì)增加電力系統(tǒng)備用容量的需求。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性和間歇性，電力系統(tǒng)需要預(yù)留足夠的備用容量，以便在風(fēng)電出力不足時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)充功率，維持系統(tǒng)的功率平衡。然而，備用容量的增加會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本的上升，降低電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。為了平抑風(fēng)電出力的間歇性，目前主要采取了以下幾種應(yīng)對(duì)措施：一是優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)布局。通過(guò)合理選擇風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)地點(diǎn)，考慮地形、氣象等因素，減少風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部和周邊環(huán)境對(duì)風(fēng)速的不利影響，降低風(fēng)速的波動(dòng)性，從而減小風(fēng)電出力的間歇性。例如，在選址時(shí)避免在地形復(fù)雜、風(fēng)速變化劇烈的區(qū)域建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，選擇風(fēng)速相對(duì)穩(wěn)定、地形較為平坦的地區(qū)。同時(shí)，合理規(guī)劃風(fēng)電機(jī)組的間距和排列方式，減少尾流效應(yīng)的影響，提高風(fēng)電場(chǎng)的整體運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。二是采用儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在風(fēng)電出力過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)存多余的電能，在風(fēng)電出力不足時(shí)釋放儲(chǔ)存的電能，起到調(diào)節(jié)風(fēng)電出力的作用，有效平抑風(fēng)電出力的間歇性。常見(jiàn)的儲(chǔ)能技術(shù)包括電池儲(chǔ)能、抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等。其中，電池儲(chǔ)能具有響應(yīng)速度快、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速跟蹤風(fēng)電出力的變化，對(duì)平抑風(fēng)電出力的短期波動(dòng)效果顯著；抽水蓄能具有儲(chǔ)能容量大、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，適合用于大規(guī)模儲(chǔ)能和長(zhǎng)期調(diào)節(jié)；壓縮空氣儲(chǔ)能則利用空氣的壓縮和膨脹來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率和可靠性。三是發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)。智能電網(wǎng)通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和控制，能夠更好地適應(yīng)風(fēng)電等分布式能源的接入。智能電網(wǎng)可以根據(jù)風(fēng)電出力的實(shí)時(shí)變化，自動(dòng)調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行方式和其他電源的出力，優(yōu)化電力資源的配置，提高電力系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。例如，通過(guò)智能電表、傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)對(duì)風(fēng)電出力進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，為電網(wǎng)調(diào)度提供決策支持；采用柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）和分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS），實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)潮流的靈活控制和分布式能源的協(xié)調(diào)管理，有效平抑風(fēng)電出力的間歇性對(duì)電網(wǎng)的影響。2.1.3反調(diào)度特性風(fēng)電場(chǎng)的反調(diào)度特性是指在負(fù)荷高峰時(shí)段，風(fēng)電出力往往較??；而在負(fù)荷低谷時(shí)段，風(fēng)電出力可能較大。這種特性與電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)調(diào)度需求相悖，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)度策略產(chǎn)生了重要影響。從氣象條件和負(fù)荷特性的角度來(lái)看，風(fēng)電場(chǎng)反調(diào)度特性的形成具有一定的規(guī)律性。在負(fù)荷高峰時(shí)段，通常是一天中的白天，尤其是工業(yè)生產(chǎn)和居民生活用電集中的時(shí)間段。此時(shí)，由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，風(fēng)速往往較小，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力較低。而在負(fù)荷低谷時(shí)段，如夜間，太陽(yáng)輻射減弱，地面散熱較快，大氣中的熱力差異減小，風(fēng)速可能會(huì)相對(duì)增大，使得風(fēng)電場(chǎng)出力增加。此外，不同地區(qū)的氣候條件和負(fù)荷特性也會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的反調(diào)度特性產(chǎn)生影響。例如，在一些沿海地區(qū)，由于海陸風(fēng)的影響，夜間海風(fēng)增強(qiáng)，可能導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力在夜間明顯增加；而在一些工業(yè)集中的地區(qū)，負(fù)荷高峰主要集中在工作日的白天，風(fēng)電出力與負(fù)荷需求的反向特性更加明顯。在負(fù)荷高峰時(shí)段，風(fēng)電出力的不確定性使得電力系統(tǒng)的調(diào)度面臨更大的挑戰(zhàn)。此時(shí)，電力系統(tǒng)需要滿足大量的負(fù)荷需求，而風(fēng)電出力的不足使得系統(tǒng)對(duì)其他電源的依賴程度增加。如果其他電源的調(diào)節(jié)能力有限，無(wú)法及時(shí)增加出力以滿足負(fù)荷需求，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額，進(jìn)而引發(fā)頻率下降等問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)這種情況，電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)通常需要提前制定詳細(xì)的發(fā)電計(jì)劃，合理安排火電、水電等常規(guī)電源的出力，以確保在風(fēng)電出力不足時(shí)能夠滿足負(fù)荷需求。然而，由于風(fēng)電出力的不確定性，實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)電出力低于預(yù)測(cè)值的情況，這就要求調(diào)度部門(mén)具備快速調(diào)整發(fā)電計(jì)劃的能力，通過(guò)增加備用機(jī)組的投入或調(diào)整現(xiàn)有機(jī)組的出力，來(lái)彌補(bǔ)風(fēng)電出力的不足。此外，在負(fù)荷高峰時(shí)段，電網(wǎng)的輸電容量也面臨較大壓力。如果風(fēng)電出力的不確定性導(dǎo)致電力潮流分布發(fā)生變化，可能會(huì)使某些輸電線路的負(fù)荷過(guò)重，甚至超過(guò)其安全限額，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在制定調(diào)度策略時(shí)，還需要考慮電網(wǎng)的輸電能力和安全約束，合理分配電力潮流，避免出現(xiàn)輸電瓶頸。在負(fù)荷低谷時(shí)段，風(fēng)電出力的不確定性同樣給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)了困難。此時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷需求較低，而風(fēng)電出力的增加可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)功率過(guò)剩的情況。如果不能及時(shí)采取有效的措施來(lái)消納多余的風(fēng)電，就需要進(jìn)行棄風(fēng)操作，這不僅造成了清潔能源的浪費(fèi)，也降低了風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)效益。為了減少棄風(fēng)現(xiàn)象，電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)可以采取多種措施。一方面，可以通過(guò)與其他地區(qū)的電網(wǎng)進(jìn)行電力交換，將多余的風(fēng)電輸送到負(fù)荷需求較高的地區(qū)；另一方面，可以調(diào)整火電、水電等常規(guī)電源的出力，降低其發(fā)電功率，以平衡風(fēng)電出力的增加。然而，這些措施都受到一定的限制。電力交換需要考慮輸電線路的容量和輸電成本，以及其他地區(qū)電網(wǎng)的接納能力；而調(diào)整常規(guī)電源的出力也需要考慮機(jī)組的啟停成本、運(yùn)行效率以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定約束等因素。此外，風(fēng)電出力的不確定性使得調(diào)度部門(mén)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)電的發(fā)電量，從而增加了制定合理調(diào)度策略的難度。如果調(diào)度部門(mén)對(duì)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)過(guò)于樂(lè)觀，可能會(huì)導(dǎo)致常規(guī)電源的出力調(diào)整不當(dāng)，進(jìn)一步加劇功率過(guò)剩的問(wèn)題；反之，如果預(yù)測(cè)過(guò)于保守，又可能會(huì)造成不必要的棄風(fēng)。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的反調(diào)度特性，電力系統(tǒng)需要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度策略。一是加強(qiáng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)精度。通過(guò)更準(zhǔn)確的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)，調(diào)度部門(mén)可以提前了解風(fēng)電出力的變化趨勢(shì)，合理安排常規(guī)電源的出力，減少風(fēng)電不確定性對(duì)調(diào)度的影響。例如，采用先進(jìn)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型、機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地理信息和歷史風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，建立更加精確的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型，為調(diào)度決策提供可靠的依據(jù)。二是建立靈活的電力市場(chǎng)機(jī)制。通過(guò)市場(chǎng)手段，如分時(shí)電價(jià)、容量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等，激勵(lì)發(fā)電企業(yè)和用戶參與電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。例如，實(shí)行分時(shí)電價(jià)政策，在負(fù)荷高峰時(shí)段提高電價(jià)，鼓勵(lì)用戶減少用電；在負(fù)荷低谷時(shí)段降低電價(jià)，引導(dǎo)用戶增加用電，從而平衡電力供需，提高風(fēng)電的消納能力。同時(shí)，建立容量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，為提供備用容量和調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)的發(fā)電企業(yè)提供合理的補(bǔ)償，激勵(lì)他們參與電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三是加強(qiáng)不同能源之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)。充分發(fā)揮火電、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能等多種能源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和協(xié)同運(yùn)行。例如，在風(fēng)電出力較大的時(shí)段，適當(dāng)降低火電的發(fā)電功率，優(yōu)先利用清潔能源；在風(fēng)電出力不足時(shí)，增加火電或水電的出力，以滿足負(fù)荷需求。通過(guò)不同能源之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的反調(diào)度特性。2.2風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度的挑戰(zhàn)2.2.1功率平衡問(wèn)題電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求是發(fā)電功率與負(fù)荷需求實(shí)時(shí)平衡，以維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。然而，風(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性和間歇性使得這一平衡難以維持，給電力系統(tǒng)調(diào)度帶來(lái)了極大的困難。由于風(fēng)速的隨機(jī)變化，風(fēng)電場(chǎng)的出力在短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生大幅波動(dòng)。例如，在某些氣象條件下，風(fēng)速可能突然增大，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力迅速上升；而當(dāng)風(fēng)速突然減小時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)出力則會(huì)急劇下降。這種出力的快速變化使得電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)電的發(fā)電量，從而無(wú)法提前制定合理的發(fā)電計(jì)劃來(lái)匹配負(fù)荷需求。當(dāng)風(fēng)電出力大于負(fù)荷需求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)功率過(guò)剩的情況，可能需要采取切機(jī)、棄風(fēng)等措施來(lái)維持功率平衡，這不僅造成了能源的浪費(fèi)，還增加了系統(tǒng)運(yùn)行的成本；反之，當(dāng)風(fēng)電出力小于負(fù)荷需求時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)功率缺額，需要依靠其他電源快速增加出力來(lái)彌補(bǔ)不足，若其他電源無(wú)法及時(shí)響應(yīng)，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下降，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)電出力的不確定性還會(huì)影響電力系統(tǒng)的備用容量配置。為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的波動(dòng)和可能出現(xiàn)的功率缺額，電力系統(tǒng)需要預(yù)留足夠的備用容量。然而，由于風(fēng)電出力難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，確定合理的備用容量變得非常困難。備用容量過(guò)小，可能無(wú)法滿足系統(tǒng)在風(fēng)電出力不足時(shí)的功率需求，增加系統(tǒng)停電的風(fēng)險(xiǎn)；備用容量過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)電資源的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行成本。此外，風(fēng)電出力的不確定性還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和運(yùn)行備用等不同類型的備用容量產(chǎn)生影響，進(jìn)一步增加了備用容量配置的復(fù)雜性。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，風(fēng)電出力的不確定性對(duì)功率平衡的影響已經(jīng)得到了充分的驗(yàn)證。例如，在某地區(qū)的電力系統(tǒng)中，隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的增加，風(fēng)電出力的不確定性導(dǎo)致系統(tǒng)功率平衡問(wèn)題日益突出。在一次強(qiáng)風(fēng)天氣過(guò)程中，風(fēng)電場(chǎng)出力在短時(shí)間內(nèi)迅速增加，超過(guò)了系統(tǒng)的負(fù)荷需求，由于調(diào)度部門(mén)未能及時(shí)調(diào)整其他電源的出力，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)了功率過(guò)剩的情況，不得不采取棄風(fēng)措施，造成了大量清潔能源的浪費(fèi)。而在另一次風(fēng)速驟降的情況下，風(fēng)電場(chǎng)出力急劇下降，系統(tǒng)出現(xiàn)了功率缺額，雖然調(diào)度部門(mén)緊急啟動(dòng)了備用機(jī)組，但由于備用機(jī)組的響應(yīng)速度有限，系統(tǒng)頻率仍然出現(xiàn)了明顯的下降，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了威脅。為了解決風(fēng)電出力不確定性導(dǎo)致的功率平衡問(wèn)題，目前已經(jīng)采取了多種措施。一方面，通過(guò)加強(qiáng)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)精度，為電力系統(tǒng)調(diào)度提供更準(zhǔn)確的信息。例如，采用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、地理信息和歷史風(fēng)電出力數(shù)據(jù)，建立高精度的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)模型，以降低風(fēng)電出力的不確定性對(duì)功率平衡的影響。另一方面，優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)度策略，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。例如，采用滾動(dòng)調(diào)度、實(shí)時(shí)調(diào)度等方法，根據(jù)風(fēng)電出力的實(shí)時(shí)變化和預(yù)測(cè)結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，合理安排機(jī)組出力，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的功率平衡。此外，還可以通過(guò)建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施、發(fā)展需求側(cè)響應(yīng)等方式，增加系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，平抑風(fēng)電出力的波動(dòng)，保障電力系統(tǒng)的功率平衡。2.2.2備用容量需求增加為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，電力系統(tǒng)需要配備更多的備用容量，以確保在風(fēng)電出力不足或突然變化時(shí)，能夠及時(shí)滿足負(fù)荷需求，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。備用容量是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障，它可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、負(fù)荷突變或風(fēng)電出力異常等情況下，快速投入運(yùn)行，補(bǔ)充功率缺額，防止系統(tǒng)頻率和電壓的大幅波動(dòng)，避免停電事故的發(fā)生。風(fēng)電出力的不確定性使得電力系統(tǒng)對(duì)備用容量的需求顯著增加。由于風(fēng)速的隨機(jī)變化，風(fēng)電場(chǎng)的出力可能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈波動(dòng)，甚至出現(xiàn)完全停運(yùn)的情況。為了應(yīng)對(duì)這種不確定性，電力系統(tǒng)需要預(yù)留足夠的備用容量，以便在風(fēng)電出力不足時(shí)能夠迅速補(bǔ)充功率。例如，當(dāng)風(fēng)速突然下降導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力急劇減少時(shí)，系統(tǒng)需要依靠備用機(jī)組快速增加出力，以維持功率平衡；當(dāng)風(fēng)電出力出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，備用容量可以起到緩沖作用，平抑風(fēng)電出力的變化，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。與傳統(tǒng)電源相比，風(fēng)電的不確定性使得其對(duì)備用容量的需求更加難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和規(guī)劃。傳統(tǒng)電源的出力相對(duì)穩(wěn)定，可以根據(jù)負(fù)荷需求和機(jī)組特性較為準(zhǔn)確地安排發(fā)電計(jì)劃和備用容量。而風(fēng)電出力受到風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫等多種因素的影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其出力大小和變化趨勢(shì)，這就給備用容量的配置帶來(lái)了很大的困難。如果備用容量配置不足，一旦風(fēng)電出力出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將面臨功率缺額的風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致頻率下降、電壓不穩(wěn)定甚至停電事故；如果備用容量配置過(guò)多，則會(huì)造成發(fā)電資源的浪費(fèi)，增加系統(tǒng)的運(yùn)行成本。備用容量的增加會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行成本的上升。備用機(jī)組在待命狀態(tài)下需要消耗一定的燃料和維護(hù)成本，雖然它們?cè)谡Ｇ闆r下不發(fā)電，但仍然需要保持隨時(shí)可啟動(dòng)的狀態(tài)，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的功率缺額。此外，為了滿足備用容量的需求，電力系統(tǒng)可能需要建設(shè)更多的發(fā)電設(shè)施或增加現(xiàn)有機(jī)組的裝機(jī)容量，這進(jìn)一步增加了投資成本。例如，某地區(qū)的電力系統(tǒng)在接入大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)后，為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，備用容量從原來(lái)的10%提高到了20%，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行成本每年增加了數(shù)千萬(wàn)元。除了直接的經(jīng)濟(jì)成本，備用容量的增加還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率產(chǎn)生一定的影響。過(guò)多的備用容量會(huì)降低機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，使得發(fā)電設(shè)備的利用率下降，從而影響電力系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，備用容量的配置還需要考慮電網(wǎng)的輸電能力和可靠性等因素，以確保備用機(jī)組能夠在需要時(shí)順利接入電網(wǎng)并發(fā)揮作用，這也增加了電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的復(fù)雜性。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，備用容量的配置需要綜合考慮多種因素。一方面，要根據(jù)風(fēng)電出力的歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)的負(fù)荷特性和可靠性要求，合理確定備用容量的大小和類型。例如，對(duì)于風(fēng)電滲透率較高的地區(qū)，可以適當(dāng)增加旋轉(zhuǎn)備用容量，以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力；對(duì)于負(fù)荷變化較大的地區(qū)，則需要配置一定比例的非旋轉(zhuǎn)備用容量，以滿足不同時(shí)段的功率需求。另一方面，要優(yōu)化備用容量的分布和調(diào)度策略，提高備用容量的利用效率。例如，可以采用分布式備用的方式，將備用容量分散配置在不同的區(qū)域，以減少輸電損耗和提高系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)，通過(guò)建立合理的備用容量調(diào)度機(jī)制，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)電出力的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整備用機(jī)組的啟動(dòng)和停止，以實(shí)現(xiàn)備用容量的最優(yōu)利用。此外，還可以通過(guò)發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)、需求側(cè)響應(yīng)等手段，降低對(duì)傳統(tǒng)備用容量的依賴，提高電力系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。例如，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在風(fēng)電出力過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)存電能，在風(fēng)電出力不足時(shí)釋放電能，起到備用電源的作用，減少系統(tǒng)對(duì)備用機(jī)組的需求；需求側(cè)響應(yīng)則可以通過(guò)激勵(lì)用戶調(diào)整用電行為，在風(fēng)電出力不足時(shí)減少負(fù)荷需求，從而降低系統(tǒng)對(duì)備用容量的依賴。2.2.3電壓和頻率穩(wěn)定性問(wèn)題風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)后，其出力的不確定性和間歇性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在電壓穩(wěn)定性方面，風(fēng)電場(chǎng)出力的變化會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中無(wú)功功率的波動(dòng)，進(jìn)而影響電壓水平。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力增加時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可能會(huì)向電網(wǎng)注入過(guò)多的無(wú)功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓升高；而當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力減少時(shí)，風(fēng)電機(jī)組可能需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低。如果電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償能力不足或電壓調(diào)節(jié)設(shè)備響應(yīng)不及時(shí)，風(fēng)電出力的不確定性可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓越限，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命，甚至可能引發(fā)電壓失穩(wěn)事故。例如，在某風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的初期，由于該地區(qū)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備配置不足，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)出力突然增加時(shí)，電網(wǎng)電壓迅速升高，超過(guò)了設(shè)備的允許運(yùn)行范圍，導(dǎo)致部分電力設(shè)備出現(xiàn)故障，影響了電網(wǎng)的正常供電。此外，風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的電氣距離、輸電線路的參數(shù)以及電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素也會(huì)對(duì)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。如果風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)距離電網(wǎng)的負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，輸電線路的電阻和電抗較大，那么在風(fēng)電出力變化時(shí)，電壓波動(dòng)會(huì)更加明顯，電壓穩(wěn)定性問(wèn)題也會(huì)更加突出。在頻率穩(wěn)定性方面，電力系統(tǒng)的頻率主要取決于有功功率的平衡。風(fēng)電場(chǎng)出力的不確定性使得系統(tǒng)的有功功率平衡難以維持，從而對(duì)頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。當(dāng)風(fēng)電出力突然下降時(shí)，系統(tǒng)的有功功率缺額增加，如果其他電源不能及時(shí)增加出力來(lái)彌補(bǔ)缺額，系統(tǒng)頻率就會(huì)下降；反之，當(dāng)風(fēng)電出力突然增加時(shí)，系統(tǒng)的有功功率過(guò)剩，如果不能及時(shí)調(diào)整其他電源的出力或增加負(fù)荷需求，系統(tǒng)頻率就會(huì)上升。頻率的大幅波動(dòng)會(huì)影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行，如電機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、變壓器的損耗增加等，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電力系統(tǒng)的解列和停電事故。例如，在某地區(qū)的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電出力的隨機(jī)性較大，在一次風(fēng)速驟降的情況下，風(fēng)電場(chǎng)出力急劇下降，而其他電源的響應(yīng)速度較慢，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率迅速下降，超出了正常允許范圍，為了避免系統(tǒng)崩潰，不得不采取切負(fù)荷的措施，造成了部分用戶停電。此外，風(fēng)電的反調(diào)峰特性也會(huì)加劇系統(tǒng)的頻率波動(dòng)。在負(fù)荷高峰時(shí)段，風(fēng)電出力往往較小，系統(tǒng)需要依靠其他電源滿足負(fù)荷需求，此時(shí)如果風(fēng)電出力進(jìn)一步下降，會(huì)增加其他電源的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致頻率下降的風(fēng)險(xiǎn)增大；而在負(fù)荷低谷時(shí)段，風(fēng)電出力可能較大，系統(tǒng)需要調(diào)整其他電源的出力來(lái)平衡功率，此時(shí)如果風(fēng)電出力突然增加，會(huì)導(dǎo)致頻率上升的風(fēng)險(xiǎn)增大。為了提高電力系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定性，需要采取一系列措施。在電壓穩(wěn)定性方面，可以通過(guò)合理配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，如靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）、靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）等，來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無(wú)功功率，維持電壓穩(wěn)定。同時(shí)，優(yōu)化電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)和改造，提高輸電線路的輸電能力和電壓調(diào)節(jié)能力，也有助于改善電壓穩(wěn)定性。在頻率穩(wěn)定性方面，一方面要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握風(fēng)電出力的變化情況，以便調(diào)度部門(mén)能夠提前調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，維持系統(tǒng)的有功功率平衡；另一方面，要提高電力系統(tǒng)中其他電源的調(diào)節(jié)能力，如增加調(diào)峰電源的配置、提高火電機(jī)組的調(diào)節(jié)速度等，以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電出力變化的適應(yīng)能力。此外，還可以通過(guò)建立有效的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置，如自動(dòng)低頻減載裝置、自動(dòng)低壓減載裝置等，在系統(tǒng)頻率和電壓出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)采取措施，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三、魯棒優(yōu)化理論基礎(chǔ)3.1魯棒優(yōu)化的基本概念在實(shí)際的優(yōu)化問(wèn)題中，不確定性因素廣泛存在，這些因素可能導(dǎo)致傳統(tǒng)確定性優(yōu)化方法得到的解在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法滿足要求，甚至不可行。魯棒優(yōu)化作為一種專門(mén)處理不確定性優(yōu)化問(wèn)題的方法，其核心思想是在考慮不確定性因素的情況下，尋找一個(gè)最優(yōu)解，使得系統(tǒng)在各種可能的情況下都能保持較好的性能。魯棒優(yōu)化通過(guò)構(gòu)建不確定集合來(lái)描述不確定性因素的可能取值范圍。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，不確定集合可以用來(lái)描述風(fēng)電出力的不確定性。例如，假設(shè)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)值為\hat{P}_w，由于風(fēng)速的隨機(jī)性，實(shí)際風(fēng)電出力P_w可能在預(yù)測(cè)值的一定范圍內(nèi)波動(dòng)，即P_w\in[\hat{P}_w-\DeltaP_w,\hat{P}_w+\DeltaP_w]，其中[\hat{P}_w-\DeltaP_w,\hat{P}_w+\DeltaP_w]就是一個(gè)簡(jiǎn)單的不確定集合，表示了風(fēng)電出力的可能取值范圍。通過(guò)這種方式，魯棒優(yōu)化將不確定性因素納入到優(yōu)化模型中，使得優(yōu)化結(jié)果能夠在不確定因素的所有可能取值下都滿足約束條件。魯棒優(yōu)化的目標(biāo)是在不確定因素的影響下，找到一個(gè)最優(yōu)解，使得目標(biāo)函數(shù)在最壞情況下的取值達(dá)到最優(yōu)。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，目標(biāo)函數(shù)通常是發(fā)電成本最小化。在考慮風(fēng)電出力不確定性的情況下，魯棒優(yōu)化的目標(biāo)就是找到一種機(jī)組出力安排和電網(wǎng)運(yùn)行方式，使得在風(fēng)電出力處于不確定集合中的任何取值時(shí)，發(fā)電成本都能盡可能低，同時(shí)滿足電力系統(tǒng)的各種安全約束，如功率平衡約束、潮流約束、電壓約束等。這種在最壞情況下仍能保證系統(tǒng)性能的特性，使得魯棒優(yōu)化得到的解具有較強(qiáng)的魯棒性，能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化方法相比，魯棒優(yōu)化具有明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)確定性優(yōu)化方法通?；谪?fù)荷和風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)值進(jìn)行調(diào)度決策，沒(méi)有充分考慮到風(fēng)電出力的不確定性。當(dāng)實(shí)際風(fēng)電出力與預(yù)測(cè)值偏差較大時(shí)，基于確定性優(yōu)化方法得到的調(diào)度方案可能無(wú)法滿足系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求，導(dǎo)致功率缺額、電壓越限等問(wèn)題的出現(xiàn)，同時(shí)也可能造成發(fā)電成本的增加。而魯棒優(yōu)化方法通過(guò)考慮不確定性因素，能夠提供更加可靠的調(diào)度方案，即使在風(fēng)電出力出現(xiàn)較大波動(dòng)的情況下，也能保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。魯棒優(yōu)化解的魯棒性和保守性是其兩個(gè)重要特點(diǎn)。魯棒性是指解在不確定性因素的各種可能取值下都能保持較好的性能，能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，確保電力系統(tǒng)在不同的風(fēng)電出力情況下都能安全穩(wěn)定運(yùn)行。保守性則是指由于考慮了最壞情況，魯棒優(yōu)化的解通常會(huì)比確定性優(yōu)化的解更加保守。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，保守性可能表現(xiàn)為預(yù)留更多的備用容量、限制機(jī)組的出力范圍等，以應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性。雖然保守性可以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，但也可能導(dǎo)致發(fā)電成本的增加，因?yàn)轭A(yù)留備用容量和限制機(jī)組出力可能會(huì)使系統(tǒng)無(wú)法充分利用發(fā)電資源，降低了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要在魯棒性和保守性之間進(jìn)行權(quán)衡，找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。例如，可以通過(guò)調(diào)整不確定集合的大小和形狀，或者引入一些松弛變量來(lái)控制魯棒優(yōu)化解的保守程度，在保證系統(tǒng)魯棒性的前提下，盡量降低發(fā)電成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。3.2魯棒優(yōu)化的建模方法3.2.1不確定性集合的構(gòu)造在魯棒優(yōu)化中，不確定性集合的構(gòu)造是關(guān)鍵步驟之一，它直接影響到優(yōu)化結(jié)果的魯棒性和保守性。常見(jiàn)的不確定性集合包括盒式集合、多面體集合和橢球集合，它們各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。盒式集合是一種最為簡(jiǎn)單直觀的不確定性集合。它假設(shè)不確定參數(shù)在其取值范圍內(nèi)均勻分布，數(shù)學(xué)表達(dá)式為\Xi=\{\xi|\xi_i\in[\xi_i^-,\xi_i^+]\}，其中\(zhòng)xi_i^-和\xi_i^+分別為不確定參數(shù)\xi_i的下限和上限。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，若將風(fēng)電出力視為不確定參數(shù)，盒式集合可以表示為風(fēng)電出力在預(yù)測(cè)值的一定區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，如P_w\in[\hat{P}_w-\DeltaP_w,\hat{P}_w+\DeltaP_w]。盒式集合的優(yōu)點(diǎn)是易于理解和構(gòu)建，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程。然而，它的缺點(diǎn)是過(guò)于保守，因?yàn)樗僭O(shè)不確定參數(shù)在整個(gè)區(qū)間內(nèi)都可能取到邊界值，而實(shí)際情況中，所有不確定參數(shù)同時(shí)達(dá)到最惡劣情況的概率往往較低。這可能導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果過(guò)于保守，在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性，例如在電力系統(tǒng)調(diào)度中，為了應(yīng)對(duì)盒式集合所描述的最壞情況，可能會(huì)預(yù)留過(guò)多的備用容量，從而增加發(fā)電成本。多面體集合是一種更為靈活的不確定性集合，它可以通過(guò)多個(gè)頂點(diǎn)來(lái)描述不確定參數(shù)的取值范圍。在考慮風(fēng)電出力不確定性時(shí)，多面體集合可以綜合考慮風(fēng)速的變化范圍、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)之間的相關(guān)性等因素，通過(guò)多個(gè)頂點(diǎn)來(lái)界定風(fēng)電出力的可能取值范圍。多面體集合的優(yōu)勢(shì)在于它是線性模型，便于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和求解，并且可以通過(guò)調(diào)整頂點(diǎn)的數(shù)量和位置來(lái)靈活控制保守度。通過(guò)合理選擇頂點(diǎn)，可以更準(zhǔn)確地反映不確定參數(shù)的實(shí)際變化情況，避免像盒式集合那樣過(guò)于保守。例如，在實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)中，不同位置的風(fēng)機(jī)由于地形、氣象等因素的影響，其出力之間存在一定的相關(guān)性，多面體集合可以通過(guò)考慮這些相關(guān)性來(lái)更精確地描述風(fēng)電出力的不確定性。然而，多面體集合的構(gòu)建相對(duì)復(fù)雜，需要更多的信息和計(jì)算來(lái)確定頂點(diǎn)的位置和數(shù)量，對(duì)數(shù)據(jù)的要求較高。橢球集合則是利用橢球的形狀來(lái)描述不確定參數(shù)的取值范圍，它涉及到二階錐，數(shù)學(xué)表達(dá)式較為復(fù)雜。在電力系統(tǒng)中，若考慮風(fēng)電出力的不確定性以及其他相關(guān)因素（如負(fù)荷的不確定性、電網(wǎng)參數(shù)的不確定性等）之間的相關(guān)性，橢球集合可以通過(guò)一個(gè)高維橢球來(lái)綜合描述這些不確定因素的聯(lián)合變化范圍。橢球集合能夠較好地描述不確定參數(shù)之間的相關(guān)性，在某些情況下可以得到相對(duì)較優(yōu)的解。例如，當(dāng)風(fēng)電出力與負(fù)荷需求之間存在一定的相關(guān)性時(shí)，橢球集合可以通過(guò)其形狀和參數(shù)來(lái)反映這種相關(guān)性，從而在優(yōu)化過(guò)程中更全面地考慮不確定性因素的影響。但是，橢球集合的求解困難，需要較高深的數(shù)學(xué)知識(shí)和復(fù)雜的計(jì)算方法，目前在工程上應(yīng)用相對(duì)較少，主要原因是其計(jì)算復(fù)雜度較高，對(duì)計(jì)算資源的要求也較高，限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體問(wèn)題的特點(diǎn)和需求來(lái)選擇合適的不確定性集合。如果對(duì)計(jì)算效率要求較高，且不確定參數(shù)的變化相對(duì)簡(jiǎn)單，盒式集合可能是一個(gè)合適的選擇；如果希望在保證一定計(jì)算效率的同時(shí)，更靈活地控制保守度，并且能夠獲取足夠的數(shù)據(jù)來(lái)確定頂點(diǎn)信息，多面體集合則更為適用；而當(dāng)不確定參數(shù)之間的相關(guān)性對(duì)問(wèn)題的影響較大，且具備較強(qiáng)的計(jì)算能力和數(shù)學(xué)處理能力時(shí)，橢球集合可能會(huì)帶來(lái)更好的優(yōu)化效果。3.2.2魯棒優(yōu)化模型的構(gòu)建將確定性優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為魯棒優(yōu)化模型是應(yīng)對(duì)含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度中不確定性問(wèn)題的關(guān)鍵步驟。在傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化模型中，通常假設(shè)負(fù)荷和風(fēng)電功率等參數(shù)是已知且固定的，然而在實(shí)際運(yùn)行中，風(fēng)電出力具有顯著的不確定性，這就需要對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)行改進(jìn)，引入不確定性集合，以構(gòu)建魯棒優(yōu)化模型。以含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度為例，傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化模型通常以發(fā)電成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)滿足功率平衡約束、機(jī)組出力約束、潮流約束等。假設(shè)系統(tǒng)中有n臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)的出力為P_w，負(fù)荷需求為P_D，則確定性優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)可以表示為：\min\sum_{i=1}^{n}C_i(P_{gi})其中，C_i(P_{gi})表示第i臺(tái)機(jī)組的發(fā)電成本，是機(jī)組出力P_{gi}的函數(shù)。功率平衡約束為：\sum_{i=1}^{n}P_{gi}+P_w=P_D機(jī)組出力約束為：P_{gi}^{\min}\leqP_{gi}\leqP_{gi}^{\max}其中，P_{gi}^{\min}和P_{gi}^{\max}分別為第i臺(tái)機(jī)組出力的下限和上限。然而，由于風(fēng)電出力P_w的不確定性，上述確定性模型在實(shí)際應(yīng)用中可能無(wú)法保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了構(gòu)建魯棒優(yōu)化模型，需要引入不確定性集合來(lái)描述風(fēng)電出力的不確定性。假設(shè)采用盒式不確定集合來(lái)描述風(fēng)電出力的不確定性，即P_w\in[\hat{P}_w-\DeltaP_w,\hat{P}_w+\DeltaP_w]，其中\(zhòng)hat{P}_w為風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)值，\DeltaP_w為風(fēng)電出力的波動(dòng)范圍。此時(shí)，魯棒優(yōu)化模型的目標(biāo)是在風(fēng)電出力處于不確定集合內(nèi)的所有可能取值下，都能使發(fā)電成本最小化，同時(shí)滿足所有約束條件。將功率平衡約束改寫(xiě)為魯棒約束形式：\sum_{i=1}^{n}P_{gi}+P_w\geqP_D,\quad\forallP_w\in[\hat{P}_w-\DeltaP_w,\hat{P}_w+\DeltaP_w]這意味著在風(fēng)電出力的所有可能取值下，系統(tǒng)的發(fā)電功率都要能夠滿足負(fù)荷需求。為了求解這個(gè)魯棒優(yōu)化模型，可以利用魯棒對(duì)偶理論將其轉(zhuǎn)化為可求解的確定性優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于上述功率平衡的魯棒約束，通過(guò)對(duì)偶變換，可以將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)等價(jià)的確定性約束。具體來(lái)說(shuō)，引入對(duì)偶變量\lambda，根據(jù)魯棒對(duì)偶理論，原魯棒約束等價(jià)于：\sum_{i=1}^{n}P_{gi}+\hat{P}_w-\DeltaP_w\lambda-(\hat{P}_w+\DeltaP_w)(1-\lambda)\geqP_D其中，\lambda\in[0,1]。通過(guò)這種方式，將包含不確定性的約束轉(zhuǎn)化為了確定性約束，從而可以利用傳統(tǒng)的優(yōu)化算法進(jìn)行求解。在構(gòu)建魯棒優(yōu)化模型時(shí)，還需要考慮其他約束條件在不確定性下的處理。例如，潮流約束、電壓約束等也會(huì)受到風(fēng)電出力不確定性的影響，需要類似地將這些約束轉(zhuǎn)化為魯棒約束形式，并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理。潮流約束中的線路傳輸功率限制，在考慮風(fēng)電出力不確定性時(shí)，需要保證在風(fēng)電出力的所有可能取值下，線路傳輸功率都不超過(guò)其限額。可以通過(guò)類似的方式，將潮流約束改寫(xiě)為魯棒約束，并利用相關(guān)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化和求解。通過(guò)合理引入不確定性集合，并對(duì)約束條件進(jìn)行魯棒化處理，將確定性優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為魯棒優(yōu)化模型，能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，為含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)提供更加安全經(jīng)濟(jì)的調(diào)度方案。3.3魯棒優(yōu)化與其他不確定性優(yōu)化方法的比較在處理含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度中的不確定性問(wèn)題時(shí)，除了魯棒優(yōu)化方法外，隨機(jī)規(guī)劃和模糊優(yōu)化也是常用的方法。這些方法在原理、適用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)等方面存在一定的差異。隨機(jī)規(guī)劃是一種利用概率分布來(lái)描述不確定性參數(shù)隨機(jī)性的優(yōu)化方法。它通過(guò)引入隨機(jī)變量和概率約束，將原始問(wèn)題轉(zhuǎn)化為隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題，然后利用隨機(jī)模擬、蒙特卡洛方法等技術(shù)進(jìn)行求解。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，隨機(jī)規(guī)劃方法假設(shè)風(fēng)電出力的不確定性可以用概率分布來(lái)準(zhǔn)確描述。通過(guò)大量的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)電出力的概率分布進(jìn)行估計(jì)，如正態(tài)分布、Weibull分布等。在建立優(yōu)化模型時(shí)，以期望成本或風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最小化為目標(biāo)，考慮風(fēng)電出力在不同概率下的取值情況，制定電力系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行策略。例如，在一個(gè)考慮風(fēng)電不確定性的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中，隨機(jī)規(guī)劃方法會(huì)計(jì)算不同風(fēng)電出力場(chǎng)景下的發(fā)電成本，并根據(jù)各場(chǎng)景發(fā)生的概率，計(jì)算期望發(fā)電成本，以期望發(fā)電成本最小化為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化求解。隨機(jī)規(guī)劃方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠更準(zhǔn)確地描述不確定性因素的隨機(jī)性，充分利用概率信息，得到的結(jié)果在平均意義上是最優(yōu)的，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。在風(fēng)電出力的不確定性能夠通過(guò)歷史數(shù)據(jù)準(zhǔn)確建模的情況下，隨機(jī)規(guī)劃可以根據(jù)不同風(fēng)電出力場(chǎng)景的概率，合理安排機(jī)組出力，使得系統(tǒng)的運(yùn)行成本在長(zhǎng)期平均情況下達(dá)到最低。然而，隨機(jī)規(guī)劃方法也存在一些局限性。它需要大量的歷史數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確估計(jì)不確定性的概率分布，對(duì)數(shù)據(jù)的依賴程度較高。在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)電出力受到多種復(fù)雜因素的影響，其概率分布可能難以準(zhǔn)確獲取，數(shù)據(jù)的不完整性或誤差可能導(dǎo)致概率估計(jì)不準(zhǔn)確，從而影響優(yōu)化結(jié)果的可靠性。隨機(jī)規(guī)劃方法的計(jì)算復(fù)雜度通常較高，特別是當(dāng)考慮的不確定性因素較多或場(chǎng)景數(shù)量較大時(shí)，計(jì)算量會(huì)顯著增加，對(duì)計(jì)算資源的要求較高，可能導(dǎo)致求解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，難以滿足實(shí)際電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度的需求。模糊優(yōu)化則是利用模糊集合來(lái)描述不確定參數(shù)的模糊性。它通過(guò)引入模糊變量和模糊約束，將原始問(wèn)題轉(zhuǎn)化為模糊優(yōu)化問(wèn)題，然后利用模糊數(shù)學(xué)的理論和方法進(jìn)行求解。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，模糊優(yōu)化方法將風(fēng)電出力等不確定性參數(shù)視為模糊變量，用模糊隸屬函數(shù)來(lái)描述其取值的不確定性程度。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶋H運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定風(fēng)電出力的模糊隸屬函數(shù)，例如三角形模糊數(shù)、梯形模糊數(shù)等，以表示風(fēng)電出力在一定范圍內(nèi)的模糊取值。在建立優(yōu)化模型時(shí)，將模糊約束轉(zhuǎn)化為確定性約束，通過(guò)模糊滿意度函數(shù)來(lái)衡量決策變量對(duì)模糊約束的滿足程度，以最大化模糊滿意度為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化求解。模糊優(yōu)化方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠處理具有模糊性的不確定因素，不需要精確的概率信息，對(duì)不確定性的描述更加靈活，能夠充分考慮決策者的主觀偏好和經(jīng)驗(yàn)。在風(fēng)電出力的不確定性難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述，或者決策者對(duì)不確定性有一定的主觀判斷時(shí)，模糊優(yōu)化可以通過(guò)模糊隸屬函數(shù)和模糊滿意度函數(shù)，將決策者的主觀信息融入到優(yōu)化模型中，得到更符合實(shí)際需求的調(diào)度方案。然而，模糊優(yōu)化方法也存在一些缺點(diǎn)。模糊隸屬函數(shù)的確定具有一定的主觀性，不同的決策者可能根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和判斷給出不同的模糊隸屬函數(shù)，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果的一致性和可比性較差。模糊優(yōu)化方法在處理復(fù)雜的電力系統(tǒng)約束條件時(shí)，可能會(huì)面臨一定的困難，需要進(jìn)行復(fù)雜的模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算，計(jì)算過(guò)程相對(duì)繁瑣，且結(jié)果的解釋性相對(duì)較弱。與隨機(jī)規(guī)劃和模糊優(yōu)化相比，魯棒優(yōu)化具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。魯棒優(yōu)化不依賴于不確定性參數(shù)的概率分布信息，只需確定其取值范圍，通過(guò)構(gòu)建不確定集合來(lái)描述不確定性，對(duì)數(shù)據(jù)的要求較低，更適用于風(fēng)電出力這種難以準(zhǔn)確獲取概率分布的不確定性問(wèn)題。魯棒優(yōu)化以最壞情況為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，保證優(yōu)化解在不確定參數(shù)的所有可能取值下都能滿足約束條件，具有較強(qiáng)的魯棒性和可靠性，能夠有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。然而，魯棒優(yōu)化也存在一定的保守性，由于考慮了最壞情況，其解可能會(huì)相對(duì)保守，在某些情況下可能會(huì)犧牲一定的經(jīng)濟(jì)性，例如為了應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性，可能會(huì)預(yù)留過(guò)多的備用容量，導(dǎo)致發(fā)電成本增加。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題的特點(diǎn)和需求選擇合適的不確定性優(yōu)化方法。若風(fēng)電出力的不確定性能夠通過(guò)歷史數(shù)據(jù)準(zhǔn)確建模，且對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求較高，計(jì)算資源充足，隨機(jī)規(guī)劃方法可能是一個(gè)較好的選擇；若不確定性因素具有模糊性，且決策者的主觀偏好和經(jīng)驗(yàn)對(duì)決策結(jié)果影響較大，模糊優(yōu)化方法可能更合適；若對(duì)決策結(jié)果的穩(wěn)定性和安全性要求較高，且難以獲取不確定性參數(shù)的概率分布信息，魯棒優(yōu)化方法則更具優(yōu)勢(shì)。在一些復(fù)雜的電力系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題中，也可以考慮將多種不確定性優(yōu)化方法結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到更好的優(yōu)化效果。四、基于魯棒優(yōu)化的含風(fēng)電場(chǎng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型4.1模型的目標(biāo)函數(shù)4.1.1發(fā)電成本最小化發(fā)電成本最小化是電力系統(tǒng)調(diào)度的重要目標(biāo)之一。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，發(fā)電成本主要由常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本構(gòu)成。常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本通常與機(jī)組的出力相關(guān)，可表示為二次函數(shù)形式：C_g=\sum_{i=1}^{N}\left(a_iP_{gi}^2+b_iP_{gi}+c_i\right)其中，C_g為常規(guī)機(jī)組的發(fā)電總成本，N為常規(guī)機(jī)組的數(shù)量，P_{gi}為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組的出力，a_i、b_i、c_i分別為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本函數(shù)的二次項(xiàng)系數(shù)、一次項(xiàng)系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)。這些系數(shù)反映了機(jī)組的能耗特性、運(yùn)行效率以及燃料成本等因素。對(duì)于不同類型的常規(guī)機(jī)組，如燃煤機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組等，其成本系數(shù)會(huì)有所不同。一般來(lái)說(shuō)，燃煤機(jī)組的發(fā)電成本相對(duì)較低，但對(duì)環(huán)境的影響較大；燃?xì)鈾C(jī)組的發(fā)電成本相對(duì)較高，但具有啟停迅速、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中，除了考慮機(jī)組的燃料成本外，還需要考慮閾點(diǎn)效應(yīng)能耗成本。閾點(diǎn)效應(yīng)是指當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)氣閥突然開(kāi)啟時(shí)，在機(jī)組耗量曲線上會(huì)疊加一個(gè)脈動(dòng)效應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)組的能耗增加?？紤]閾點(diǎn)效應(yīng)能耗成本后，發(fā)電成本函數(shù)可表示為：C_g=\sum_{i=1}^{N}\left(a_iP_{gi}^2+b_iP_{gi}+c_i+e_i\sin\left(f_i\left(P_{gi}^{\min}-P_{gi}\right)\right)\right)其中，e_i和f_i為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組的閾點(diǎn)效應(yīng)系數(shù)，P_{gi}^{\min}為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組的最小出力。閾點(diǎn)效應(yīng)能耗成本的引入，使得發(fā)電成本函數(shù)更加準(zhǔn)確地反映了機(jī)組的實(shí)際能耗情況。在某些情況下，當(dāng)機(jī)組出力接近最小出力時(shí)，閾點(diǎn)效應(yīng)能耗成本可能會(huì)顯著增加，這就要求在調(diào)度決策中更加合理地安排機(jī)組的出力，以避免不必要的能耗浪費(fèi)。發(fā)電成本最小化的目標(biāo)是在滿足電力系統(tǒng)各種約束條件的前提下，通過(guò)合理安排常規(guī)機(jī)組的出力，使發(fā)電總成本達(dá)到最低。這不僅有助于降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還能促進(jìn)能源的合理利用，減少資源浪費(fèi)。在實(shí)際調(diào)度中，發(fā)電成本最小化需要綜合考慮多種因素，如負(fù)荷需求、風(fēng)電出力的不確定性、機(jī)組的運(yùn)行約束等。由于風(fēng)電出力的不確定性，調(diào)度部門(mén)需要在制定發(fā)電計(jì)劃時(shí)預(yù)留一定的備用容量，以應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的波動(dòng)。這可能會(huì)導(dǎo)致部分常規(guī)機(jī)組在低出力狀態(tài)下運(yùn)行，從而增加發(fā)電成本。因此，在追求發(fā)電成本最小化的過(guò)程中，需要在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度策略，盡量減少備用容量的需求，降低發(fā)電成本。4.1.2棄風(fēng)成本最小化棄風(fēng)成本最小化是提高風(fēng)電利用率和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要目標(biāo)。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電出力的不確定性和間歇性，以及電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的限制，可能會(huì)出現(xiàn)棄風(fēng)現(xiàn)象。棄風(fēng)是指在風(fēng)電場(chǎng)有發(fā)電能力的情況下，由于電網(wǎng)無(wú)法接納或其他原因，不得不限制風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電出力，導(dǎo)致部分風(fēng)能資源被浪費(fèi)。棄風(fēng)不僅造成了清潔能源的浪費(fèi)，降低了風(fēng)電的利用效率，還會(huì)增加電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，因?yàn)樵跅夛L(fēng)的同時(shí)，可能還需要依靠其他高成本的能源來(lái)滿足負(fù)荷需求。棄風(fēng)成本可以通過(guò)多種方式來(lái)衡量。一種常見(jiàn)的方法是將棄風(fēng)電量乘以單位電量的機(jī)會(huì)成本來(lái)計(jì)算棄風(fēng)成本。單位電量的機(jī)會(huì)成本可以理解為如果不棄風(fēng)，這些電量能夠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，例如節(jié)省的燃料成本、減少的環(huán)境污染成本等。假設(shè)棄風(fēng)電量為P_{w,curtailed}，單位電量的機(jī)會(huì)成本為c_{wind}，則棄風(fēng)成本C_{wind}可表示為：C_{wind}=c_{wind}P_{w,curtailed}為了減少棄風(fēng)成本，需要采取一系列措施來(lái)提高風(fēng)電的消納能力。一方面，可以通過(guò)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，提高電網(wǎng)的輸電能力和靈活性，減少因輸電瓶頸導(dǎo)致的棄風(fēng)。例如，建設(shè)特高壓輸電線路，將風(fēng)電從資源豐富的地區(qū)輸送到負(fù)荷中心，實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置；采用柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）和分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS），提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力和調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電出力的有效控制和管理。另一方面，可以優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)度策略，充分利用火電、水電等常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和釋放功能，來(lái)平衡風(fēng)電出力的波動(dòng)，減少棄風(fēng)。例如，通過(guò)火電-風(fēng)電聯(lián)合調(diào)度，根據(jù)風(fēng)電出力的預(yù)測(cè)情況，合理安排火電的出力，在風(fēng)電出力較大時(shí)，降低火電出力，優(yōu)先利用風(fēng)電；在風(fēng)電出力較小時(shí)，增加火電出力，以滿足負(fù)荷需求。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電出力過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)存電能，在風(fēng)電出力不足時(shí)釋放電能，起到調(diào)節(jié)風(fēng)電出力的作用，有效平抑風(fēng)電出力的間歇性，提高風(fēng)電的消納能力。減少棄風(fēng)成本對(duì)于提高風(fēng)電利用率和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。通過(guò)降低棄風(fēng)成本，可以充分發(fā)揮風(fēng)電的清潔能源優(yōu)勢(shì)，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放，保護(hù)環(huán)境。減少棄風(fēng)成本還可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，降低電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮各種因素，制定合理的棄風(fēng)成本最小化策略，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的可持續(xù)發(fā)展和電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。4.1.3綜合目標(biāo)函數(shù)在實(shí)際的含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)調(diào)度中，發(fā)電成本和棄風(fēng)成本往往相互關(guān)聯(lián)且相互制約。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體優(yōu)化，需要構(gòu)建綜合目標(biāo)函數(shù)，將發(fā)電成本和棄風(fēng)成本進(jìn)行綜合考慮。綜合目標(biāo)函數(shù)可以表示為發(fā)電成本和棄風(fēng)成本的加權(quán)和，即：C=\alphaC_g+(1-\alpha)C_{wind}其中，C為綜合目標(biāo)函數(shù)值，\alpha為權(quán)重系數(shù)，取值范圍為[0,1]。權(quán)重系數(shù)\alpha的大小反映了對(duì)發(fā)電成本和棄風(fēng)成本的重視程度。當(dāng)\alpha取值較大時(shí)，表明更注重發(fā)電成本的最小化，可能會(huì)導(dǎo)致一定程度的棄風(fēng)增加；當(dāng)\alpha取值較小時(shí)，則更強(qiáng)調(diào)棄風(fēng)成本的最小化，可能會(huì)使發(fā)電成本有所上升。因此，合理確定權(quán)重系數(shù)\alpha是平衡發(fā)電成本和棄風(fēng)成本的關(guān)鍵。權(quán)重系數(shù)\alpha的確定需要綜合考慮多種因素。電力市場(chǎng)的價(jià)格機(jī)制是一個(gè)重要因素。如果電力市場(chǎng)中風(fēng)電的價(jià)格相對(duì)較高，或者對(duì)清潔能源的補(bǔ)貼力度較大，那么為了充分利用風(fēng)電資源，減少棄風(fēng)，\alpha可以適當(dāng)取較小的值；反之，如果風(fēng)電價(jià)格較低，而常規(guī)能源的發(fā)電成本相對(duì)較低，為了降低發(fā)電成本，\alpha可以適當(dāng)取較大的值。能源政策導(dǎo)向也會(huì)對(duì)權(quán)重系數(shù)的確定產(chǎn)生影響。在國(guó)家大力推行清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵(lì)提高風(fēng)電消納比例的背景下，為了實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，可能會(huì)傾向于降低棄風(fēng)成本，此時(shí)\alpha應(yīng)取較小的值，以促進(jìn)風(fēng)電的充分利用。還需要考慮電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，如風(fēng)電裝機(jī)容量、負(fù)荷需求、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。在風(fēng)電裝機(jī)容量較大、負(fù)荷需求相對(duì)穩(wěn)定、電網(wǎng)調(diào)峰能力較強(qiáng)的情況下，可以適當(dāng)降低\alpha的值，以提高風(fēng)電的消納能力；而在風(fēng)電裝機(jī)容量較小、負(fù)荷波動(dòng)較大、電網(wǎng)調(diào)峰能力有限的情況下，為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，可能需要適當(dāng)提高\(yùn)alpha的值，優(yōu)先考慮發(fā)電成本的控制。確定權(quán)重系數(shù)\alpha的方法有多種。一種常見(jiàn)的方法是通過(guò)靈敏度分析來(lái)確定。通過(guò)改變\alpha的值，計(jì)算不同\alpha下的綜合目標(biāo)函數(shù)值以及相關(guān)的性能指標(biāo)，如發(fā)電成本、棄風(fēng)電量、系統(tǒng)可靠性等，然后分析這些指標(biāo)隨\alpha的變化趨勢(shì)，找到一個(gè)合適的\alpha值，使得綜合目標(biāo)函數(shù)在滿足一定系統(tǒng)性能要求的前提下達(dá)到最優(yōu)。也可以采用多目標(biāo)優(yōu)化算法來(lái)求解綜合目標(biāo)函數(shù)。多目標(biāo)優(yōu)化算法可以同時(shí)考慮發(fā)電成本和棄風(fēng)成本兩個(gè)目標(biāo)，通過(guò)對(duì)不同目標(biāo)之間的權(quán)衡和協(xié)調(diào)，找到一組Pareto最優(yōu)解，決策者可以根據(jù)實(shí)際需求從Pareto最優(yōu)解中選擇最合適的方案，從而確定權(quán)重系數(shù)\alpha的值。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)權(quán)重系數(shù)\alpha進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以適應(yīng)不同的電力系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景和需求。4.2模型的約束條件4.2.1功率平衡約束在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，功率平衡約束是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。其基本原理是系統(tǒng)中所有發(fā)電設(shè)備發(fā)出的總功率必須等于負(fù)荷需求與網(wǎng)絡(luò)損耗之和，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：\sum_{i=1}^{N_g}P_{gi}+\sum_{j=1}^{N_w}P_{wj}=P_D+P_{loss}其中，\sum_{i=1}^{N_g}P_{gi}表示常規(guī)機(jī)組的總發(fā)電功率，N_g為常規(guī)機(jī)組的數(shù)量，P_{gi}為第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組的出力；\sum_{j=1}^{N_w}P_{wj}表示風(fēng)電場(chǎng)的總發(fā)電功率，N_w為風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)量，P_{wj}為第j個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的出力；P_D為系統(tǒng)的負(fù)荷需求；P_{loss}為網(wǎng)絡(luò)損耗。網(wǎng)絡(luò)損耗P_{loss}可通過(guò)潮流計(jì)算得出，其與輸電線路的電阻、電流以及線路兩端的電壓等因素有關(guān)。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，由于線路電阻的存在，電流通過(guò)輸電線路時(shí)會(huì)產(chǎn)生功率損耗，其計(jì)算公式通常基于歐姆定律和功率公式推導(dǎo)而來(lái)。例如，對(duì)于一條電阻為R、電流為I的輸電線路，其功率損耗P_{loss}可表示為P_{loss}=I^{2}R。在復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)中，需要綜合考慮多條輸電線路以及它們之間的相互影響，通過(guò)潮流計(jì)算軟件（如PowerWorld、PSASP等）來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗。這些軟件利用牛頓-拉夫遜法、快速解耦法等算法，根據(jù)電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線路參數(shù)和節(jié)點(diǎn)電壓等信息，迭代求解出各條線路的電流和功率分布，進(jìn)而計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)損耗。功率平衡約束的重要性不言而喻。在實(shí)際運(yùn)行中，如果發(fā)電功率大于負(fù)荷需求與網(wǎng)絡(luò)損耗之和，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)功率過(guò)剩，可能導(dǎo)致頻率升高，影響電力設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至損壞設(shè)備；反之，如果發(fā)電功率小于負(fù)荷需求與網(wǎng)絡(luò)損耗之和，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)功率缺額，導(dǎo)致頻率下降，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)崩潰。因此，在制定電力系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃時(shí)，必須嚴(yán)格滿足功率平衡約束，確保系統(tǒng)在各種運(yùn)行情況下都能保持穩(wěn)定。4.2.2機(jī)組出力約束機(jī)組出力約束包括常規(guī)機(jī)組和風(fēng)機(jī)的出力上下限約束，這是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。對(duì)于常規(guī)機(jī)組，其出力必須在最小出力P_{gi}^{\min}和最大出力P_{gi}^{\max}之間，即：P_{gi}^{\min}\leqP_{gi}\leqP_{gi}^{\max}常規(guī)機(jī)組的最小出力是保證機(jī)組正常運(yùn)行的最低發(fā)電功率，低于這個(gè)值，機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行的情況，如燃燒不充分、設(shè)備磨損加劇等。不同類型的常規(guī)機(jī)組，其最小出力和最大出力的限制因素有所不同。例如，燃煤機(jī)組的最小出力通常受到鍋爐穩(wěn)燃的限制，而最大出力則受到鍋爐蒸發(fā)量、汽輪機(jī)進(jìn)汽量等因素的限制；燃?xì)鈾C(jī)組的出力限制則主要與燃?xì)廨啓C(jī)的性能、燃料供應(yīng)等有關(guān)。風(fēng)機(jī)的出力也存在上下限約束。風(fēng)機(jī)的最大出力通常為其額定出力P_{wj}^{\text{rated}}，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)達(dá)到額定出力；而當(dāng)風(fēng)速超過(guò)切出風(fēng)速時(shí)，為保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備安全，風(fēng)機(jī)將停止運(yùn)行，出力降為0，即：0\leqP_{wj}\leqP_{wj}^{\text{rated}}風(fēng)機(jī)的出力還受到風(fēng)速的影響，其出力與風(fēng)速之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，通常用風(fēng)機(jī)的功率曲線來(lái)描述。當(dāng)風(fēng)速低于切入風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)發(fā)電；在切入風(fēng)速和額定風(fēng)速之間，風(fēng)機(jī)出力隨風(fēng)速的增加而增大，且增長(zhǎng)趨勢(shì)與風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性、葉片設(shè)計(jì)等因素有關(guān)；當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)葉片角度等方式保持額定出力，以防止設(shè)備過(guò)載。機(jī)組出力約束對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行有著重要影響。如果不考慮機(jī)組出力約束，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組過(guò)載運(yùn)行，縮短機(jī)組使用壽命，甚至引發(fā)設(shè)備故障，影響電力系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，不合理的機(jī)組出力安排也可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行成本增加。在實(shí)際調(diào)度中，需要根據(jù)負(fù)荷需求、風(fēng)電出力預(yù)測(cè)以及機(jī)組的出力約束，合理安排機(jī)組出力，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。4.2.3爬坡速率約束機(jī)組爬坡速率約束是指機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)出力的變化量不能超過(guò)一定的限制，包括向上爬坡速率r_{gi}^u和向下爬坡速率r_{gi}^d。這一約束對(duì)于電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)電波動(dòng)具有重要意義。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：\begin{cases}P_{gi}(t)-P_{gi}(t-1)\leqr_{gi}^u\Deltat\\P_{gi}(t-1)-P_{gi}(t)\leqr_{gi}^d\Deltat\end{cases}其中，P_{gi}(t)和P_{gi}(t-1)分別為第i臺(tái)機(jī)組在t時(shí)刻和t-1時(shí)刻的出力，\Deltat為時(shí)間間隔。不同類型機(jī)組的爬坡速率有所不同。常規(guī)火電機(jī)組由于其設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理的限制，爬坡速率相對(duì)較慢。例如，大型燃煤機(jī)組的向上爬坡速率一般在每分鐘1%-3%額定出力左右，向下爬坡速率也大致在相同范圍；而燃?xì)鈾C(jī)組由于其啟動(dòng)和調(diào)節(jié)速度較快，爬坡速率相對(duì)較高，每分鐘可達(dá)5%-10%額定出力甚至更高。風(fēng)電機(jī)組的爬坡速率則主要取決于風(fēng)速的變化速率以及風(fēng)機(jī)的控制策略。在風(fēng)速變化較為平穩(wěn)的情況下，風(fēng)電機(jī)組的出力變化相對(duì)較緩，但當(dāng)風(fēng)速發(fā)生突變時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的出力也可能會(huì)快速變化，但這種變化也受到風(fēng)機(jī)自身調(diào)節(jié)能力的限制。機(jī)組爬坡速率對(duì)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)電波動(dòng)的能力有著顯著影響。由于風(fēng)電出力具有隨機(jī)性和間歇性，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生大幅變化。當(dāng)風(fēng)電出力突然增加時(shí)，為了維持系統(tǒng)的功率平衡，常規(guī)機(jī)組需要快速降低出力；而當(dāng)風(fēng)電出力突然減少時(shí)，常規(guī)機(jī)組則需要快速增加出力。如果機(jī)組的爬坡速率過(guò)慢，就無(wú)法及時(shí)響應(yīng)風(fēng)電出力的變化，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額或過(guò)剩，進(jìn)而影響系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。在實(shí)際運(yùn)行中，若風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電出力在短時(shí)間內(nèi)大幅下降，而常規(guī)機(jī)組由于爬坡速率限制無(wú)法及時(shí)增加出力，系統(tǒng)頻率就會(huì)下降，可能引發(fā)一系列安全問(wèn)題。因此，在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，必須充分考慮機(jī)組的爬坡速率約束，合理安排機(jī)組的出力調(diào)整計(jì)劃，以提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)電波動(dòng)的能力，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.2.4備用約束旋轉(zhuǎn)備用容量約束是保障電力系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素之一。旋轉(zhuǎn)備用是指系統(tǒng)中處于運(yùn)行狀態(tài)且可隨時(shí)增加出力的發(fā)電機(jī)組所具備的備用容量，其目的是在系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)功率缺額時(shí)，能夠迅速響應(yīng)并補(bǔ)充功率，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)備用容量的約束條件可表示為：\sum_{i\in\Omega_{on}}r_{gi}^u\geqR_{res}其中，\Omega_{on}表示處于運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)組集合，r_{gi}^u為第i臺(tái)機(jī)組的向上爬坡速率，R_{res}為系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量。系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量R_{res}的確定通?；诙喾N因素。一般會(huì)考慮系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，由于負(fù)荷需求受到多種因素的影響，如天氣變化、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、節(jié)假日等，負(fù)荷預(yù)測(cè)往往存在一定的誤差，為了應(yīng)對(duì)這種誤差可能導(dǎo)致的功率缺額，需要預(yù)留相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用容量。風(fēng)電出力的不確定性也是確定旋轉(zhuǎn)備用容量的重要因素。由于風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性，風(fēng)電出力難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)電出力突然下降的情況，因此需要足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量來(lái)彌補(bǔ)風(fēng)電出力的不足。系統(tǒng)的可靠性要求也對(duì)旋轉(zhuǎn)備用容量的確定產(chǎn)生影響。對(duì)于可靠性要求較高的電力系統(tǒng)，需要預(yù)留更多的旋轉(zhuǎn)備用容量，以降低系統(tǒng)停電的風(fēng)險(xiǎn)。在一些重要的工業(yè)用戶或?qū)╇娍煽啃砸髽O高的地區(qū)，為了確保電力供應(yīng)的連續(xù)性，會(huì)相應(yīng)提高旋轉(zhuǎn)備用容量的配置標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中，旋轉(zhuǎn)備用容量起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或風(fēng)電出力突然下降時(shí)，旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組能夠迅速增加出力，避免系統(tǒng)頻率下降和電壓波動(dòng)，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在一次強(qiáng)風(fēng)天氣過(guò)后，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電出力突然大幅下降，由于系統(tǒng)配置了足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，備用機(jī)組迅速啟動(dòng)并增加出力，及時(shí)彌補(bǔ)了風(fēng)電出力的缺額，使得系統(tǒng)頻率和電壓保持在正常范圍內(nèi)，避免了停電事故的發(fā)生。因此，合理配置旋轉(zhuǎn)備用容量是提高電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的重要措施，在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)調(diào)度中，必須充分考慮旋轉(zhuǎn)備用容量約束，確保系統(tǒng)在各種運(yùn)行情況下都能可靠運(yùn)行。4.2.5網(wǎng)絡(luò)安全約束網(wǎng)絡(luò)安全約束主要包括線路傳輸功率限制等，這些約束對(duì)于保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。線路傳輸功率限制約束是為了防止輸電線路過(guò)載，確保線路的安全運(yùn)行。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：-P_{l}^{\max}\leqP_{l}\leqP_{l}^{\max}其中，P_{l}為線路l的傳輸功率，P_{l}^{\max}為線路l的最大傳輸功率。線路的最大傳輸功率受到多種因素的限制，如線路的額定容量、導(dǎo)線的熱穩(wěn)定極限、線路的電抗以及兩端節(jié)點(diǎn)的電壓等。當(dāng)線路傳輸功率超過(guò)其最大傳輸功率時(shí)，線路會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，導(dǎo)致導(dǎo)線溫度升高，絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)線路故障，甚至造成電網(wǎng)大面積停電事故。在高溫天氣或負(fù)荷高峰期，由于電力需求增加，輸電線路的傳輸功率可能接近或超過(guò)其最大傳輸功率，此時(shí)如果不采取有效的控制措施，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。除了線路傳輸功率限制，網(wǎng)絡(luò)安全約束還包括節(jié)點(diǎn)電壓約束等。節(jié)點(diǎn)電壓約束要求系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓必須在允許的范圍內(nèi)，以保證電力設(shè)備的正常運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生不利影響，過(guò)高的電壓可能會(huì)損壞設(shè)備的絕緣，而過(guò)低的電壓則可能導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，通過(guò)合理調(diào)整發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力、投切無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以及優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行方式等措施，來(lái)滿足節(jié)點(diǎn)電壓約束，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)安全約束對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。它能夠有效避免輸電線路過(guò)載和節(jié)點(diǎn)電壓異常等問(wèn)題，保障電力系統(tǒng)在各種運(yùn)行情況下都能可靠供電。在含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)中，由于風(fēng)電出力的不確定性，可能會(huì)導(dǎo)致電力潮流的分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響線路的傳輸功率和節(jié)點(diǎn)電壓。因此，在進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度時(shí)，必須嚴(yán)格考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度策略，合理分配電力潮流，確保輸