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1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文含风电场的电力系统节能发电调度动态建模与智能算法研究姓名：郑晓申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：郭创新20100301浙江大学硕士学位论文摘要为提高电力工业能源使用效率，节能减排，促进能源和电力结构调整，确保电力系统安全、高效运行，实现电力工业可持续发展，四部委联合制定了节能发电调度办法(试行)(以下简称办法)。办法指出，节能发电调度必须在保障电力可靠供应的前提下，按照节能、经济的原则，优先调度可再生发电资源。尽管可再生能源发电具有环境保护等优点，但其存在持续性和可靠性问题。风电作为发展最迅速的可再生能源发电技术之，受到了广泛关注。含风电场的电
2、力系统的研究大多集中在风电接入电网后给电网安全、稳定运行带来的影响，针对节能发电调度方面的研究还很少。而节能发电调度又是国家极力倡导的一项重要工作，因此，本文的研究工作意义重大。风电预测是本文研究工作的基础，其精确度将直接影响到含风电场的电力系统节能发电调度。因此，本文对风电场出力预测方法做了总结和比较，以期最大限度地消除风电随机性和间歇性对节能发电调度的影响。在电力系统调度层面上，传统的优化调度问题分为静态和动态两种。动态优化调度考虑了不同时间断面的耦合性，虽然计算过程比静态优化调度复杂，但计算结果更符合实际要求。因此，考虑到风速随时间的随机变化性质，本文采用动态分析方法对含风电场的电力系统
3、节能发电调度进行建模。建立的动态模型有望较好地解决由于风电场输出功率难以准确预测而给节能发电调度带来的困难。同时，为适应新形势下节能发电调度的实施环境和要求，本文对兼顾经济、环境和网损的多目标优化调度决策算法进行了深入研究，提出了改进算法，算例结果证明改进后的算法能够适应新形势下的节能发电调度。最后，为了使算法实用化，本文初步研究开发了基于I D A 8 0 0 平台的节能发电调度模块，实现了用户交互等功能，可以为节能发电调度的实施提供软件平台。关键词：节能发电调度，风电预测，动态建模，多目标粒子群优化，I D A 8 0 0浙江大学硕士学位论文A b s t r a c tA se n e
4、增yc o n s u m p t i o ng r o w sr a p i d l y 舳de n e I I g ys a V i n gi so n eo fm a j o ri s s u e sc o n c e m e d、V o r l d w i d e，m a n yc o 啪t r i e sh a V ep r 0 V i d e ds i g n i f i c a n ts u p p o r tt 0s a v ee n e 啦7 锄di I n p r 0 V ei t su s a g e E s p e c i a l l yi nC h i n a，t l
5、 l eS t 乏舱C o u n c i lp a n i c u l a r l yp r o m u l g a t e dt l l e E n e 唧一s a V i n gP 0 w e rG e n e r a t i o nD i s p a t c hA p p r o a c h w i mt h er e q u i r e m e n t st h a tr e n e w a b l ee n e F g yp o w e rd i s p a t c h i n gm u S tb eap o r i t)，a n dc o a l f i r e dg e n e
6、 r a t 0 体m u s tb es e l e c t e dt 0o p e r a t ca c c o r d i n gt 0t h e i r 础i n go fe 硒c i e n c y 粕de m i s s i 鲫l e V e l A l t h o u 曲t l l er e n e w a b l ee n e r g yp o w e rg e n e r a t i o I l sh a v e m a n ya d V a n t a g e si ne n v i r o r 蚰e n t a lp r o t e c t i o n，t h e yp
7、o s s e s sp r o p e r t i e so fs t o c h a s t i c 卸di n t e m l i t t e n t W i n dp o w e r t h ef 瓠t e S td e V e l o p i n g 锄o n ga l lt h er e n e w a b l ep)v 代rg e n e 船t i o nt e c l l I l o I o g i e s，h a sb e c o m eah o ti s s u e P r e V i o u sS t u d i e so nt l l ep o w e rS y s t
8、 e m sw i t I lw i n df a 咖se m b e d d e da m a i n l ya b o u tm ei m p a c t0 fo p e r a t i o ns e c u r 时锄ds 协b i l 时c a u s e db yw i n dp o w e rp e n e 似i o n H o w e V e r，t h e r ei st o ol i t t l er c s e a r c ho nt h ee n e 曜y 一鼢V i l l gg e n e r a t i o nd i s p a t c hi np o w e rs
9、y s t e m sw i n lw i n df a r m se m b e d d e d F u m l e 咖o r c，协ee n e 曜y s a V i n gg e n e r a t i o nd i s p a t c hi ss t l 0 n g l ya d V 0 c a t e db ym eg o V e m m e n t 嬲锄i m p o 咖tt a s k T h e r e f o r e，t l l i sr e s e a r c hw o r ki so fg r e a ts i g n i f i c a n c e W i n dp o
10、 w e rf o r e c a S ti st h eb a s i so ft I l i sr e s e 躺hw o r ki t sa c c u r a c yw i l lh a v ead i r e c ti m p a c to nm ee n e 略y-s a v i n gg e n e r a t i o nd i s p a t c h T h e r e f 0 聆，廿l i sp a p e rs 啪m a r i e s 锄dc o m p a r e sd i f f-e r e n tm e t h o d sb yw h i c ht l l eo u
11、 t p u to fw i n df 跏l sa r cp r e d i c t e di I lo r d e rt 0m a x i m i z c 廿l ee l i m i n a t i o no fe f f I e c t Sc a u s e db ym en a t u r cp m p e r t i e so fw i n ds t o c h a s t i ca n di I l t c 册i t l e n t A sf o rt l l ep o w e rs y s t e l：I ld i S p a t c h，t l l e 仃a d i t i o
12、腿lo p t i m i z a t i o np r o b l e mi sa n a l y z e db yu s i n gs t a t i co rd y n 锄i cm e t h o d s B e c a u S ed y n 锄i cm e t I l o dc o n s i d e 娼t l l ec o u p l i n go fd i 行e r e n tt i m es e c t i o n s，t l l ec a l c u l a t i o ni sm o r ec o m p l e xm a nt h eS t a t i co n e，b u
13、 tt h er e s u l ti sm u c hm o r cp r a l c t i c a l T h e r e f o r c，t a l(i n gi n _ t 0a c c o u n tt h es t o c h a S t i cc h a n g e so fm ew i n ds p e e da st i m eg o e sb y，d y n a m i ca n a l y s i sm e m o di s-I 浙江大学硕士学位论文u s e di I lt h i sp a p e rt 0b u i l dad y n a m i cm o d e
14、 lo fe n e F g y-s a v m gg e n e r a t i o nd i s p a t c hw i t hw i n df a 咖se m b e d d e d T h ed y n 锄i cm o d e li se x p e c t e dt 0s u r m o u n tt h ed i s p a t c hd i f f i c u l t i e sc a u s e db yt h ei n a c c u r a t ep r e d i c t i o no fw i n df a r mo u t p u t F u n h e 咖o r
15、e，i l lo r d e rt 0a d a p tt 0t I l ei m p l e m e n t a _ t i o no fe n e 曜y-s a v i n gg e n e r a t i o nd i s p a t c hu n d e rt h en e wd e V e l 叩i n gc i r c u m s t 锄c e，t l l i sp a p e rp r o p o s e s 锄i m p r o v e dm u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nd i s p a t c ha l g
16、 o r i t h m，t a k i n gi l T t 0a c c o u n tm ee c o n o m i cc o s t s，e n V i r o n m e n t a le m i s s i o n 锄dn e t、0 r kl o s s e s 雒m u l t i-o b j e c t i V e s S i m u l a t i o nr c s u l t sp r 0 V e 协a tt h ei m p r 0 V e da l g o r i t h n li se f 危c t i V et 0m e c tt h er e q u i r
17、c m e n t so fe n e r g y s a v i n gg e n e r a t i o nd i s p a t c hu n d e rn l en e wd e v e l o p i n gc i r c u m s t a n c e F i n a l l y，i 1 1o r d e rt 0m a k e 廿伧a l g o r i t h mp r a c t i c a l，t h i sp a p e rp r e l i m i n 撕l yr e s e a r c h e s 彻dd e V e l o p sas o 脚a r em o d u
18、 l ef o re n e 玛y-s a V i n gg e n e 阳t i o nd i s p a t c hb a s e do nt l l eI n t e l l i g e n tD i s p a t c hA u t o m a t i o ns y s t e mP l a 哟蚰(I D A-8 0 0 氨D rS l n)U s e r sa r e 丘i e n d l ya n o w e dt 0u m i ss o 亿V a r et 0i m p l e m e n tm ee n e r g y s a v i n gg e n e 阳t i o nd
19、i s p a t c h K e y w o r d s：E n e r g y S a V i n gG e n e r a t i o nD i s p a t c h，W i n dP o w e rP r e d i c t i o n，D y n a m i cM o d e H n g，M o P S o，I D A 一8 0 0浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得滥鎏盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与
20、我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解迸姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鋈盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日浙江大学硕士学位论文致谢本文凝结了许多人的付出和劳动，谨向所有给过我悉心指导和热心帮助的老师、同学和亲人致以崇高的敬意和衷心的感谢!
21、本文是在导师郭创新教授的不吝诲授和耐心指导下完成的。两年多的研究生历程中，郭老师对我学习上循循善诱、科研上谆谆教导、生活上热心关怀，使我获益匪浅。导师深厚的学术造诣、渊博的科学知识、严谨的治学态度、勇于创新、锐意进取、孜孜不倦的敬业精神、为人师表、平易近人的高尚风范以及宽广坦荡的胸怀，极大地激励着我不断追求和探索，并将成为我立业、树人、律己的标准永记在心。值此论文完成之际，谨向导师郭创新教授致以最崇高的敬意和衷心的感谢!此外，我还要感谢我的本科导师曹一家教授。他在百忙之中仍不忘来指导我的学习和科研，他无私的学者风范和严谨的治学态度，一直让人感念，我至今仍常得到他的指导和教诲；他对我的人生长期发
22、展乃至个人生活的建议和关心更是让人难以忘怀。在此要特别感谢实验室的马韬韬、刘毅、曹晋彰、李英、周恒俊、王扬等几位博士师兄。和众师兄在一起是一种快乐，师兄们给我在学术研究、个人生活各方面的关怀和帮助从来这里到即将离去一直伴我左右，这甚至让我忧心，今后是否还能有这样纯洁、坦诚的交流对象。藉此机会，还要感谢同在实验室的张铭泽、黄志光、陈济、朱少华、彭明伟、王波、赵伟、张颖、赵健、江涵、郭磊等同学，还有胡长洪、卫俊杰等同舍好友，一起的时光非常难忘，在这里我更加明白学专业知识不是我的全部。祝愿他们都能在学业和工作上有新的突破。最后，感谢我的父母，他们一直默默地支持我、激励我，是我坚持学业、不断进取的不竭
23、动力，这里向他们表示我内心的感激：感谢外公、外婆、舅舅、阿姨、叔叔、姑妈等亲人对我求学的理解、支持以及经济上的资助。再次对所有关心、支持和帮助过我的人，表达我由衷的感谢!郑晓2 0 l o 年3 月于浙江大学浙江大学硕士学位论文1 1 课题意义第一章绪论由于风电具有很强的随机性，风电场接入电网后，在向电网提供清洁能源的同时，也会给电网的运行带来一些负面影响。风力发电会降低电网负荷预测精度，从而影响电网的调度和运行方式；影响电网的频率控制；影响电网的电压调整；影响电网的潮流分布；影响电网的电能质量；影响电网的故障水平和稳定性等。由于风力发电固有的间歇性和波动性，电网的可靠性可能降低，电网的运行成
24、本也可能增加。随着风力发电的迅猛发展，风电场装机容量不断增加，以及风电装机在某个地区电网中所占比例相应增加，这些负面影响就可能成为风电并网的制约因素。对风速和风电场出力进行比较准确的预测，可以有效的减轻或避免风电场对电力系统的不利影响，同时提高风电场在电力市场中的竞争力。但是目前还不能对风速和风电场出力进行比较准确的预测，对包含风电场的电力系统节能发电调度的研究也不多，还不能有效地解决风电场并网运行后对电力系统节能发电调度带来的困难。正是从这一点出发，本文将对含有风电场的电力系统节能发电调度进行动态建模，并对其算法做深入研究，以期较好地解决由于风电场输出功率难以准确预测而给新形势下机组节能发电
25、调度带来的困难。同时，依据节能发电调度的基本原则，对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序，在确保电力系统安全稳定运行和连续供电的前提下，兼顾经济、环境和网损等指标，实现电力系统调度的节能性、经济性和环保性。1 2 风电发展现状【l J我国发展并网风力发电始于1 9 9 0 年，到2 0 0 4 年年底，全国的风力发电装机容量约有7 6 4 万千瓦；2 0 0 5 年2 月可再生能源法颁布之后，当年风力发电新增装机容量超过6 0，总容量达到了1 2 6 万千瓦；2 0 0 6 年当年新增装机容量超过1 0 0，累计装机容量超过2 5 9 7 万千瓦；2 0 0 7 年又新增装机容量3 4 0万
26、千瓦，累计装机容量达到6 0 4 万千瓦，超过丹麦，成为世界第五风电大国，1 浙江大学硕士学位论文当年装机仅次于美国和西班牙，超过德国和印度，成为世界上最主要的风电市场之一。世界风电制造商和开发商均认为中国是世界上最具有发展前景的风电市场。其原因主要是，中国经济持续增长，能源需求特别是电力需求将持续增长。欧洲是在其风电装机缓慢增加的情况下实现风电发展的，新增风电取代或替代了某些发电技术的发展，如核电、煤电和油电等。中国近期风电的发展不会对其他发电技术的发展和增长造成实质性的影响，更不会像欧洲一些国家，例如德国和西班牙引发煤电等其他电源的关闭，增长的速度应该更快一些，我国目前风电发展的水平与欧盟
27、在1 9 9 7 年的情况相同，按照欧盟的经验，我国风电装机容量在2 0 l O 和2 0 2 0 年分别达到2 0 0 0 万千瓦和8 0 0 0 万千瓦是完全有技术和市场保证的。如果政策落实，2 0 2 0 年完成超过l 亿千瓦(比如1 2 亿1 5 亿千瓦)也是有希望的。1 3 研究现状1 3 1 风电场出力预测研究现状利用风能来发电，不仅能减少环境污染，还能减小电力系统的燃料成本，带来可观的经济效益。大型风电场并网发电已成为世界风能利用的主要形式【2】。但是风能具有一定的随机性与间歇性，风电机组的有功出力因风速的随机变化而具有不确定性，是一种不稳定的能源，因而大型风电场的并网发电给电力
28、系统的运行带来了一些负面影响，如启停小型同步发电机时的稳态电压幅值和平衡的波动，风速波动造成输入频率的波动，从而引起电压闪变问题【3 1，注入谐波电流后引起公共节点电压发生波形畸变【4】等。随着可再生能源发电的迅猛发展，在电力系统中不断涌现出大容量的新型风电场【5】这无疑对电力系统的节能发电调度提出了新的挑战。要研究大容量新型风电场对电力系统优化运行的影响，首先应开展风电场风力资源特性与风电场风速预测的研究。其中，风速统计模型的研究早在上世纪5 0 年代就已开展，用于拟合风速概率分布的模型很多，有W b i b u l l 分布、R a y J e i g h 分布、C h i-2 分布、L
29、o 印。咖a 1 分布等，其中两参数W b i b u l l 分布模型-2-浙江大学硕士学位论文应用最为广泛。文献【6】在风速概率分布统计模型基础上，用计算图表法估算风力发电机组在最优效率运行点附近运行时的风力发电量。文献【7】用W e i b u l l 分布分析如东沿海地区风速数据，并计算风力发电量。风能具有随机性和不可调度性，风电场风速预测对于风电场的规划设计、运行调度都具有重要的意义。对风能以及风电场的风速预测研究也逐渐受到人们的重视，特别是欧美国家在这方面做了大量的研究。风电场风速预测有短期预测和中长期预测两大类。文献【8】依据风力发电量主要受风速和风向的影响这理论，采用神经网络技
30、术直接预测风力发电量，并将其用于发电系统的管理和判断机组是否需要维修。文献【9】用一个站点短期测量风速数据，结合附近站点长期测量数据，用人工神经网络技术来预测这个站点的风力资源潜力，但其结果的准确性依赖于这两站点风速之间的相关性，这种方法的适用性不强。文献【1 0】应用数值天气预报模型预测风速，进而估算出风电输出功率。到目前为止，预测风电场的发电出力还比较困难，虽然国外已经开展了如前所述的这方面的研究工作，但总的来说风电出力预测误差还较大。1 3 2 节能发电调度研究现状针对我国能源消费增长快、能耗高、能效低等问题，为提高电力工业能源使用效率，节约能源，减少环境污染，促进能源和电力结构调整，确
31、保电力系统安全、高效运行，实现电力工业的可持续发展，国务院特别颁布了节能发电调度办法(试行)【1 1 1，要求各发电机组按照发电煤耗、污染物排放等指标从小到大的顺序发电，以体现节能降耗。新形势下的节能调度涉及发电侧、辅助服务、网损及环保等多个方面，实质上已形成一个多目标优化调度问题。如何协调好各项目标的优化，对搞好节能和提高电力企业经济效益具有非常重要的意义。1 3 2 1 概念的提出2 0 0 7 年8 月2 日，国务院办公厅以国办发【2 0 0 7)5 3 号文件印发关于转-3-浙江大学硕士学位论文发发展改革委等部门节能发电调度办法(试行)的通知，指出改革现行发电调度方式，开展节能发电调度
32、，对于减少能源消耗和污染物排放，推动国民经济又好又快发展，具有重要意义。发展改革委要会同有关部门认真组织试点，并做好与电力市场建设的衔接，积极推进电价改革，逐步建立销售电价与上网电价联动机制。试点省(区、市)人民政府及其有关部门要认真落实节能发电调度的各项措施，妥善解决小机组减发后的相关问题。未开展试点的地区，要全面推行差别电量计划，做好实施节能发电调度的准备工作。节能发电调度办法(试行)(以下简称办法)由国家发展改革委、环保总局、电监会、能源办依据中华人民共和国电力法、电网调度管理条例和电力监管条例联合制定，旨在提高电力工业能源使用效率，节约能源，减少环境污染，促进能源和电力结构调整，确保电
33、力系统安全、高效运行，实现电力工业的可持续发展。该办法包括基本原则和适用范围，机组发电序位表的编制，机组发电组合方案的制订，机组负荷分配与安全校核，机组检修、调峰、调频及备用容量安排，信息公开与监管六方面内容。1 3 2 2 原则办法指出，节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下，按照节能、经济的原则，优先调度可再生发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次调用化石类发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。节能发电调度的基本原则是：以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提，以节能、环保为目标，通过对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序，以分省排序、区域内优化、区域
34、间协调的方式，实施优化调度，并与电力市场建设工作相结合，充分发挥电力市场的作用，努力做到单位电能生产中能耗和污染物排放最少。办法的适用范围是：适用于所有并网运行的发电机组，上网电价暂按国家现行管理办法执行。对符合国家有关规定的外商直接投资企业的发电机组，可继续执行现有购电合同，合同期满后，执行本办法。4-浙江大学硕士学位论文办法规定，机组发电排序的序位表(以下简称排序表)是节能发电调度的主要依据。各省(区、市)的排序表由省级人民政府责成其发展改革委(经贸委)组织编制，并根据机组投产和实际运行情况及时调整。排序表的编制应公开、公平、公正，并对电力企业和社会公开，对存在重大分歧的可进行听证。1 3
35、 2 3 研究现状文献【1 2】结合中国国情，针对实施节能发电调度的5 种主要手段(行政命令手段、以计划调控手段为主并兼顾部分市场手段、计划调控与市场相结合手段、以市场手段为主并兼顾部分计划调控手段、完全市场手段)，提出实施节能发电调度的7 种主要模式，并对其进行比较研究，这7 种模式依次逐渐增加了市场机制选择，逐步减少了行政命令手段；同时设计了节能发电调度在过渡期内的4 种经济补偿机制及结算模式。文献【1 3】详细分析了办法与电力市场的结合问题，论证了办法在我国当前电力市场环境下的可行性。但是，这里却出现了几个问题：利用率低的机组的成本费用如何补偿。按照办法中用排队和等微增率法进行调度的思路
36、，发电机组上网电量排序的改变将加大电网企业的收购成本，这部分成本由谁来分摊。目前的节能发电调度办法仍是计划给定电量和执行批复价格的方式，不利于市场价格信号的形成。从上述问题出发，研究如何将节能发电调度与电力市场机制相协调，发挥市场在电力工业长效节能机制中的作用显得尤为重要【1 4】。文献 1 5】正是针对上述问题提出了一种与市场机制相协调的节能调度的新方法，基于两部制电价将机组发电成本分为固定成本和变动成本，以机组上报的变动成本为依据确定调度侧的上网发电顺序，如果变动成本报价相同，则再以机组污染物排放为依据确定调度侧的上网发电顺序；采用事先签订容量合同以及在交易中心开展合同交易来给予高能耗机组
37、回收成本，使低能耗机组获得更大利润。调度与交易分离，通过市场规则使发电商自主地实现节能减排，同时减少发电侧电价的波动。从节能发电调度自身的技术层面上来看，现目前的研究大多停滞于其静态-5-浙江大学硕士学位论文的研究，而传统的电力系统优化调度问题分为静态和动态两种。静态优化调度只对电力系统某个时间断面求取目标最优，没有考虑不同时间断面之间的内在联系；而动态优化调度考虑了不同时间断面的耦合性，如发电机爬坡速率的限制，因而计算过程比静态优化调度复杂，但计算结果更符合实际要求。由于风速是随机变化的，在时间层面上需要不同断面的耦合，所以含有风电场的电力系统节能发电调度更适合采用动态模型。1 4 难点和目
38、前的主要问题目前，风电场发电出力的预测还比较困难，误差还较大。考虑到风电预测的研究的涉及面很广，本文无法将所有预测方法都研究透彻，只能就人工神经网络、自组织G M D H 神经网络和嵌入维的支持向量回归等这三种方法进行深入分析。由于风电场数据的保密性，研究过程中很难获得第一手实际数据，只能根据风电出力的特性进行相应的仿真，比较各种算法的优缺点，然后确定较为有效的算法，以应用于本文的研究工作。根据办法的规定，机组必须按照一定的排序进行调度。实际调度过程中，往往要求同时达到节能、经济、环保、安全等目标。如果强制执行办法的规定，势必造成各个目标之间的冲突，无法满足所有目标。因此，找到一个既符合 O
39、用来控制对超出误差s 的样本的惩罚程度。对上述问题做对偶，得到对偶问题，即在约束条件r 月 善(口，一彳)=of：l，2，撑(2 7)【o q，彳c下，对拉格朗日因子q，西最大化目标函数：矽(q，西)=一占(口l+西)+只(西一口f)一去(西一口)(a I q)(毛o)(2 8)f-II=l二f=l从而得到回归函数(模型)为：厂(x)=(w x)+6=(才一珥)(而D+6(2 9)括l上式中，q，才只有小部分不为o，它们对应的样本就是支持向量，一般是在函数变化较为频繁的位置上的样本；这里只涉及内积运算，因此只要用核函数圈，功替代式(2-8)、式(2-9)中的内积运算就可以实现非线性函数拟合，如
40、下式：-1 8-搿一v，(砷=一x)+6：主(茸一q)K(，曲十6(2 1 0)f ds V M 主要有四类核函数：线性(L 加e 盯)核函数K(，_)=“一)；多项式(P o 峥)核函数圈，一)=驴()+矿r，d=l，2，得到的是d 阶多项式分类器，其中po；高斯径向基函数(R B F)核函数置(而，)=舻 一，k 一 2 ，其中，O：s i 鲫o i d 核函数置(，)=乜n h 口(-)十盯I，其中，0。同样地，对基于支持向量机回归的预测方法进行仿真分析，所采用的样本数据与第23 1、2 3 2 节中的仿真数据相同。仿真中，核函数采用高斯径向基函数(R B F)核函数K“，一)=哪，f
41、一，h 一n，设置控制惩罚的c 参数为1 0 0 r 为Oo o l，F 为o0 0 5。预测得到结果，均方差M s 脚0 0 0 2 0 6 1 1 预测曲线与实际测量I l|线见图2 6。2 4 本章小结图2-6 支持向量回归预测结果本章对常规的风电场出力预涮方法进行了总结着重分析比较了基于B P1 9-浙江大学硕士学位论文人工神经网络、自组织G M D H 网络和支持向量机回归的预测方法，采用同一数据样本对这三种预测方法进行仿真比较，结果表明基于支持向量机回归的预测方法精度最高。-2 0-浙江大学硕士学位论文第三章含风电场的电力系统节能发电调度动态建模3 1 引言优化调度问题通常分为静态
42、优化【3 1】和动态优化【3 2】。由于动态优化考虑了不同时间断面的耦合性，如发电机爬坡速率的限制，因而计算过程比静态优化复杂，但计算结果更能符合实际要求，故本文采用动态优化方法对节能发电调度进行建模，也即动态建模。为贯彻办法的文件精神，在建模过程中，充分考虑了用以反映火电厂能耗情况的经济指标、反映电力系统运行状况的网损指标以及反映环境污染程度的排污指标，使得建立的模型能够很好的适应新形势下的节能发电调度要求。3 2 含有不确定性因素的调度问题建模方法3 2 1 基于模糊理论的建模方法1 3 3 1在处理与风电场出力预测类似的不确定性问题中，模糊理论取得了较好结果【3 舢3 7 1。文献【3
43、3】将模糊理论引入所研究的问题中，采用梯形模糊数来表示每个优化时段的风电场出力，建立了包含风电场电力系统动态经济调度的模糊模型。由于风电场不需要消耗燃料，电力公司首先调度的应该是全部风电，含风电场电力系统动态经济调度的目标是使传统发电机组的发电成本最小，目标函数可写成：rm i nF=m i n 五(最)(3 1)，譬l，=l式中，F 为系统总发电费用，丁为研究周期内的小时数，为系统内常规发电机的总数，局为第f 台发电机在时段f 的输出有功功率，五(最)为其对应的耗量成本，一般用下面的多项式表示：Z(只)=q E 2+勿C+c，(3-2)其中，q，岛，q 为成本函数的系数。约束条件包括功率平衡
44、约束、运行约束、发电机爬坡速率约束，如下所示：2 l-浙江大学硕士学位论文1)功率平衡约束只+彤一口=o，r=l，2，丁(3 3)f _ l 户l式中，虬是系统中风电场总数，彤是第个风电场在时段f 输出的有功功率，p 是时段f 的负荷值。2)机组最大最小出力约束只血乞只一，f=l，2，f=l，2 r(3-4)式中，己血，只蛳分别是第f 台常规机组在时段f 输出有功功率的上下限。3)机组爬坡速率约束一孝蜘。一只(，1)毒印，f=l，2，(3 5)式中，。和气分别为第f 台常规机组有功出力下降速率和上升速率，单位为枷7 矗。基于模糊理论的方法考虑的不确定性因素主要是各时段风电场的有功出力，即把各时
45、段风电场有功出力看作模糊数，由式(3 3)知常规发电机组出力也是模糊数，所以目标函数也是模糊数。模糊建模的关键在于确定模糊变量的隶属函数，隶属函数的确定目前还没有一套成熟有效的方法，基本上是根据试验或者经验来确定。梯形隶属函数与人们研究不确定性问题的思考方式相近，很多文献都采用这种类型的函数来考虑负荷的随机性【婚3 9 1。3 2 2 基于机会约束规划的建模方法机会约束规划是一种用来解决包含不确定性因素问题的随机优化方法，近年来在电力系统相关领域有所应用【4 H 3 1。该方法在随机变量的实现之前，考虑有不确定因素的作用，为避免优化方案过于保守，允许其在一定程度上不满足约束条件，一般模型如下：
46、-2 2-浙江大学硕士学位论文m i n 豇P r 厂(五孝)7)口(3 6)P r 邑孝)o，=1，2，p)式中：x 表示一个疗维决策向量：f 表示一个随机向量；P r 。表示)中事件成立的概率：口、分别表示事先给定的目标函数厂O，善)和随机约束条件岛O，孝)O，=l，2，p 的置信水平；表示目标值。特别的，针对梯级水电站短期优化调度方面，考虑到电力市场环境下的梯级水电站短期优化调度具有不确定性，在制定调度方案时很难获取确切的信息，因此在数学上，该问题可表示为目标函数和约束条件中含有随机变量，且必须在观测到随机变量的实现之前做出调度决策的机会约束规划问题。文献【4 4】针对这一问题，以一定时
47、期内可能实现的目标利润最大为目标，并允许在一定的置信水平的前提下存在风险，构造了基于机会约束的梯级水电站短期优化调度的数学模型，具体模型可表示为：一2 3 浙江大学硕士学位论文m a x 厂h 善r=艺o 0 0 9 8l 磁，。仉，。鳞，。研c。磁=三(乏+彳1)一z；=(联)2+玩叼+乏，d：，d(研+釜啦。珐，。)：+玩。d(+芝玩，。或。)+q，d七等I量=I暇“：畔+玩+兰以砧磁盈+踞一芝以，。鳞，。砖I I l七=l豇P(厂7)狁只(妒卿弘胪b、七=l，P r(矿叼酽)屐 血o 0 0 9 多l 以，I 巩，I 磁，I 研 一(3 7)(3-8)(3 9)(3-1 0)(3 一1
48、1)(3 1 2)(3 1 3)(3-1 4)(3 _ 1 5)(3-1 6)式中，厂表示联合发电后梯级水电站的目标利润；表示梯级水电站中的水库总数；仇，g 表示水库I l l 中的发电机总数；螂表示水库厅的上游水库的发电机总数；丁表示时段总数；巩。表示水库 中机组后的出力系数；鳞，。表示水库乃中机组后在时段f 的发电流量：磁表示水库厅的机组在时段f 的平均发电净水头；表示时段f 的市场出清电价；乏表示水库I l，在时段f 的前池水位：乏d 表示水库J l l 在时段f 的放水路水位；、巩、表示水库 的前池水位的基本特征系数；，d、以，d、。d 表示水库矗的放水路水位的基本特征系数；暇表示水库
49、 在时段f 的蓄水量；研表示水库厅在时段f 的弃水量；表示水库 的上游水库的泄水到达水库 的时间；蹭表示水库的上游水库在时段(f 一吃)的弃水-2 4-浙江大学硕士学位论文量：玩表示水库厅在时段f 的入库径流量：磷苏表示水库办的上游水库中机组七在时段(卜吒)的发电流量；以。表示水库办的上游水库中机组后在时段f 的运行状况；口表示目标利润约束的置信水平；届、屐分别表示水库办泄水量和蓄水量约束的置信水平；酽、矿分别表示水库厅的最小泄水量和最大泄水量：形产、乃严分别表示水库办的最小蓄水量和最大蓄水量；M 曲、M 一分别表示水库办中机组J i 的最小出力和最大出力。式(3 7)表示目标利润最大化；式(
50、3 8)表示梯级水电站短期优化调度的目标函数；式(3 9)表示平均发电净水头与水位的关系；式(3 一l O)表示水库蓄水量与水库前池水位的关系；式(3-1 1)表示水库泄水量与放水路水位的关系；式(3 1 2)表示水量平衡约束条件；式(3 1 3)表示目标利润的机会约束条件；式(3 1 4)表示水库泄水量的机会约束条件；式(3 一1 5)表示水库蓄水量的机会约束条件；式(3-1 6)表示机组发电功率的约束条件。从模型来看，通过构造带概率约束条件的机会约束优化问题，描述目标利润实现和各种约束条件的概率，能够更直观地反映方案的风险，帮助决策者制定最佳调度方案。与现有的梯级水电站短期优化调度的其他方