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采用交互式?jīng)Q策方法的含風(fēng)電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)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(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年02月22日
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采用交互式?jīng)Q策方法的含風(fēng)電
系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度
肖國駿 周任軍 吳素平 劉陽升 潘 志
(智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(長沙理工大學(xué))，長沙410004)
研究與開發(fā)
摘要 針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)容量的增加會(huì)影響系統(tǒng)可靠性的問題，引入風(fēng)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(fēng)電環(huán)境成本的含風(fēng)電電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。
針對(duì)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(gè)目標(biāo)函數(shù)的參考隸
屬度值，再利用參考隸屬度值與目標(biāo)計(jì)算隸屬度值的差的絕對(duì)值最大最小化，將多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化
為單目標(biāo)問題。通過交互式方法不斷對(duì)每個(gè)目標(biāo)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(diǎn)系統(tǒng)作為算例進(jìn)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(yàn)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(jì)調(diào)度；風(fēng)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(fēng)能的利用成為解決世界范圍內(nèi)日益嚴(yán)峻的環(huán)
境和能源問題的主要方法之一[”。風(fēng)能發(fā)電可以為
電力系統(tǒng)節(jié)省燃料成本，但是由于風(fēng)電的隨機(jī)性、
不可調(diào)度性又使電力系統(tǒng)的運(yùn)行不確定因素增加，
對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度提出了新的挑戰(zhàn) 4]。
國家自然科學(xué)基金資助(51277016)
湖南省高校創(chuàng)新平臺(tái)開放基金項(xiàng)目(12K074)
湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)(CX201 1B359)
風(fēng)速的隨機(jī)性使得風(fēng)電機(jī)組出力的精確預(yù)測較
難實(shí)現(xiàn)。隨著風(fēng)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(dòng)和閃變等，將導(dǎo)致系
統(tǒng)的可靠性下降，風(fēng)電穿透功率極限以及風(fēng)網(wǎng)后系
統(tǒng)運(yùn)行安全問題應(yīng)被準(zhǔn)確描述 ”。目前含風(fēng)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(jì)調(diào)度極少考慮用風(fēng)電穿透功率描述系統(tǒng)
的安全水平。文獻(xiàn)[5】建立了基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的含
風(fēng)電場電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。文獻(xiàn)[6]建立了包含
風(fēng)電場電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的模糊模型。文獻(xiàn)[7】
在考慮了風(fēng)電輸出的隨機(jī)分布模型對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影
響和各機(jī)組、各種能源的環(huán)境成本基礎(chǔ)上建立了含
風(fēng)電電力系統(tǒng)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。文獻(xiàn)[8】以電網(wǎng)
安全條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值作為電網(wǎng)安全指標(biāo)，引入條件風(fēng)
險(xiǎn)方法，構(gòu)建了含風(fēng)電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，但
是模型中沒有考慮各機(jī)組、各種能源的環(huán)境成本。
本文引入風(fēng)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(shí)考慮各機(jī)組和各種能源的環(huán)境
成本，建立了含風(fēng)電電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)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(fēng)電電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度建模
1．1 風(fēng)電成本
風(fēng)電成本應(yīng)該真實(shí)反映風(fēng)電自身的價(jià)值，風(fēng)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(fēng)電總成本應(yīng)包括運(yùn)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(fēng)電總成本；Ⅳw為系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電場數(shù)；
(尸 『)為風(fēng)電運(yùn)行成本函數(shù)；fe (P f)為環(huán)境成本函
數(shù)；尸w，為第，個(gè)風(fēng)電場實(shí)際出力。
1)風(fēng)電運(yùn)行成本函數(shù) (P 風(fēng)電運(yùn)行不需要
消耗燃料，所以風(fēng)電運(yùn)行成本主要包括投資成本和
維護(hù)成本。風(fēng)電運(yùn)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(gè)風(fēng)電場運(yùn)行成本系數(shù)，萬元／pu。
2)環(huán)境成本函數(shù) (尸叫)。風(fēng)力發(fā)電不消耗任何
燃料，不會(huì)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(jī)組數(shù)； ( f)
為第i臺(tái)火電機(jī)組的發(fā)電成本函數(shù)； ( )為第i
臺(tái)火電機(jī)組的環(huán)境成本函數(shù)；PG 為第i臺(tái)火電機(jī)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(jī)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(jī)組環(huán)境成
本可用火力發(fā)電機(jī)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(jī)組的排污特性系數(shù)。
1．3 系統(tǒng)增加的備用容量補(bǔ)償成本
由于風(fēng)電出力的隨機(jī)性，為了保證風(fēng)電并網(wǎng)后
系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須增加備用
容量， 因此系統(tǒng)增加的備用容量補(bǔ)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(yùn)行增加的備用容量補(bǔ)償成本； 。
為風(fēng)電備用容量補(bǔ)償系數(shù)，萬元／pu。當(dāng)Pw ，尸w 時(shí)， 。為一個(gè)與具體提供
備用容量的火電機(jī)組相關(guān)的系數(shù)。尸 。，為第，個(gè)風(fēng)電
場的計(jì)劃發(fā)電量。
1．4 電力系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)
大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶來了
新的問題，文獻(xiàn)I11介紹了風(fēng)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(duì)不同容量風(fēng)電場接入系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)安全
性產(chǎn)生的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，形成安全性評(píng)價(jià)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(fēng)電場當(dāng)前的發(fā)電量；P 和尸wmin分
別為系統(tǒng)在當(dāng)前時(shí)段負(fù)荷下穿透功率的上限和下
限，是與當(dāng)前時(shí)段系統(tǒng)總負(fù)荷有關(guān)的值，可設(shè)定為
當(dāng)前時(shí)段系統(tǒng)總負(fù)荷的20％和10％【Jj。
1．5 多目標(biāo)函數(shù)及約束條件
1)目標(biāo)函數(shù)
基于風(fēng)電成本、火電成本、系統(tǒng)增加的備用容
量補(bǔ)償成本以及電力系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)，含風(fēng)電電力
系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)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(fèi)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(fù)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(fù)荷； 為風(fēng)電總出力； PG
j=l i=1
為火電總出力。
火電機(jī)組功率約束
≤ f≤ (12)
式中， 、礎(chǔ) 分別為火電機(jī)組i有功出力的最大
最小值。
風(fēng)電出力約束為
，d≤ ，≤ 尸w『u (13)
式中，Pw，、P州、 分別為第 個(gè)風(fēng)電場的實(shí)際出
力及其可能出力的下限和上限，風(fēng)電出力需在可能
出力范圍內(nèi)波動(dòng)。
2 基于模糊滿意度的交互式多目標(biāo)決策方法
多目標(biāo)問題一般不存在絕對(duì)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(shí)用性較強(qiáng)的多目標(biāo)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(diǎn)， 因此將目標(biāo)函數(shù)模
糊化處理， 目標(biāo)的計(jì)算隸屬度值越高，證明決策者
對(duì)于方案越滿意。
本文的目標(biāo)函數(shù)式(9)為費(fèi)用函數(shù)，即越小越
優(yōu)型目標(biāo)，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(xué)表達(dá)式如式(14)所示。
(刪
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圖1 目標(biāo)隸屬度函數(shù)
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