提升风电消纳区间的鲁棒机组组合
上海交通大学电气工程系、中国电力科学研究院的研究人员吴巍、汪可友、李国杰等，在2018年第3期《电工技术学报》上撰文，基于日前风电功率点预测的传统调度方法没有充分地考虑风电不确定性，难以有效挖掘电热联合系统的风电消纳能力。
该文提出提升风电消纳区间的鲁棒机组组合优化方法。基于可用风电功率区间，构建有效的风电功率允许出力区间。基于仿射策略，考虑供热机组电热耦合等约束，建立鲁棒机组组合模型，优化风电消纳区间，对于风电消纳区间内任意可能的风电波动，该模型均能保障调度策略的可行性。
所建模型可转换为混合整数线性规划进行求解。最后，在修改的IEEE 39节点系统上进行测试，并与传统调度方法对比，验证了所提方法的有效性。
国家能源局发布的《2015年度全国可再生能源电力发展监测评价的通报》[1]中提出，我国发生弃风的省份大多在“三北”地区，其中，吉林省弃风率高达32%，在冬季供暖期时弃风尤为严重，安全运行前提下的并网消纳已成为我国风电发展的瓶颈[2]。
目前，日前风电功率点预测仍有较大误差，如果直接加以使用，难以保障系统的安全运行以及最优的风电消纳能力。因而，需要充分考虑风电的不确定性，挖掘电热联合系统的调节能力，安全合理地安排机组启停计划以尽可能消纳风电[3-6]。
文献[7]考虑抽凝式和背压式供热机组出力特性，建立了电热联合系统滚动调度模型。文献[8]配置储热以解耦供热机组的“以热定电”约束，提高供热机组调峰能力，并考虑碳捕集电厂调峰深度和调峰响应速度的优势，实现了风电消纳、煤耗成本和碳排放量的多目标优化。
文献[9]考虑区域供热管网的储热特性和时滞性，解除了供热出力和热负荷之间的瞬时平衡约束，增加了供热机组热电联产运行的灵活性。对于含供热机组的电热联合系统，现有文献多集中于确定性的优化[7-9]，鲜有文献进行不确定环境下的鲁棒优化。
对于不含供热机组的鲁棒机组组合问题，文献[10]通过缩小风电多面体不确定集合实现弃风措施，并保障模型有解。
文献[11]在文献[10]的基础上，考虑了集合外可能存在的弃风和切负荷导致的运行损失，以此度量风险。模型中限定了风险阈值，调整不确定集合，以最小化运行成本。其中，风险阈值决定了模型是否有解，如何确定该阈值是一个关键点。此外，模型求解时，对偶转换引入的双线性项导致模型求解极为耗时。
文献[12]采用区间不确定集合描述了可用风电功率，考虑弃风作为调节手段，以日内再调度时无切负荷为前提，对第一阶段基准场景下的运行成本进行了优化。
综上，文献[10-12]把弃风作为保障模型有解、提升系统运行经济性的措施，重点在于运行的经济性，未对风电消纳区间进行优化。
考虑到国家能源局的清洁能源优先上网政策要求[13]，本文着重对风电消纳区间进行优化，以尽可能地消纳风电。基于模型求解速度的考虑，使用仿射可调鲁棒优化（AffinelyAdjustable Robust Optimization, AARO）方法[14]开展相关研究工作。
文献[15]优化供热机组供热和发电计划以满足供热需求，并最大化供热电厂收益，没有考虑全网的电热协调优化。文献[16]依据风电预测值进行确定性优化得到机组状态，然后不断延拓获得风电消纳区间。其未对机组启停计划和风电消纳区间进行联合优化，难以保障最优的风电消纳区间。
文献[17]提出AARO区间经济调度以使风电允许出力区间最大。其预先设定了仿射策略中的调节系数，且没有给出设定的依据，调节灵活性受限。不预设调节系数，可以实现更高的调节灵活性[18]。但不同于实时调度的单时段问题[18]，机组组合为多时段问题，且含机组启停整数变量。此方法直接应用于日前发电计划中，会引入大量非凸的双线性项，所建模型难以求解。
针对上述问题，本文提出了提升风电消纳区间的电热联合系统鲁棒机组组合优化方法。首先，基于可用风电功率区间，构建风电消纳区间，即风电允许出力区间。然后，充分考虑热电联产机组的调峰能力，即热电联产（Combined Heatand Power, CHP）机组在电热耦合约束下的输出功率调节能力，基于仿射策略，构建电热联合系统的鲁棒机组组合模型。该模型优化机组启停计划以最大化风电消纳区间，并保障对于风电允许出力区间内的任意风电功率波动，再调度策略的可行性。最后，所建模型转换为混合整数线性优化模型进行求解。
图1 CHP机组运行可行域
结论
本文提出了提升风电消纳区间的鲁棒机组组合优化方法。该方法基于可用风电功率区间，构建有效的风电功率允许出力区间。基于仿射策略，考虑供热机组的电热耦合等约束，构建电热联合系统的鲁棒机组组合模型，以最大化风电消纳区间。所建模型最终转换为混合整数线性规划模型求解。
仿真算例表明：
1）当热负荷较重时，在再调度中调整供热机组供热功率，能够提升风电消纳，但提升有限。
2）相比于传统的确定性优化方法，所提方法考虑了风电不确定信息，充分挖掘了机组的调节能力，可以有效提升风电消纳区间上限8.5%。
3）依据最小技术出力得到的风电消纳区间偏乐观，且部分区间无效。