新能源電力系統(tǒng)的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法研究

吳 卓

（國網(wǎng)澄城縣供電公司，陜西 渭南）

引言

近年來，新能源受到社會廣泛應(yīng)用，相關(guān)行業(yè)快速發(fā)展，取得了相對較好的效果。新能源發(fā)電便是其中十分重要且關(guān)鍵的一個代表。當(dāng)前的新能源電力系統(tǒng)覆蓋調(diào)度的范圍均是有限的，隨機波動大，預(yù)測誤差也較難控制，這種情況便極容易導(dǎo)致有功調(diào)度形成誤區(qū)，給電網(wǎng)發(fā)電調(diào)度工作的執(zhí)行帶來極大挑戰(zhàn)。為解決以上問題，相關(guān)人員設(shè)計了新能源電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度方法，參考文獻[1]和文獻[2]，設(shè)定傳統(tǒng)預(yù)測控制有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法、傳統(tǒng)深度強化學(xué)習(xí)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法，這一類控制方式雖然可以完成基礎(chǔ)的有功調(diào)度任務(wù)及目標(biāo)，但是缺乏針對性與穩(wěn)定性，對于調(diào)度位置的鎖定以及識別也并不精準(zhǔn)，再加上外部環(huán)境及特定因素的影響，導(dǎo)致最終得出的動態(tài)調(diào)度結(jié)果無法打動預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)[3]。為此提出對新能源電力系統(tǒng)的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法的設(shè)計與驗證研究。結(jié)合實際的電力調(diào)度背景，從多個角度設(shè)置對應(yīng)的調(diào)度目標(biāo)，擴大實際的調(diào)度范圍。構(gòu)建靈活、多變的調(diào)度結(jié)構(gòu)，針對新能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)和執(zhí)行情況，制定最佳的調(diào)度方案，強化系統(tǒng)的實踐應(yīng)用效果，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新奠定堅實基礎(chǔ)[4]。

1 設(shè)計電力系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法

1.1 目標(biāo)函數(shù)測算及多階調(diào)度矩陣設(shè)計

新能源電力系統(tǒng)日常的調(diào)度任務(wù)及目標(biāo)較為繁雜，對應(yīng)的針對性也會更大一些，需要設(shè)定約束條件及多階調(diào)度矩陣進行輔助限制[5]。首先，基于當(dāng)前的調(diào)度要求，分階段計算出單元調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，具體如公式（1）所示：

公式（1）中：K 表示單元調(diào)度目標(biāo)函數(shù)，l 表示單元調(diào)度值，o 表示調(diào)度頻次，β 表示轉(zhuǎn)換約束比，β 表示新能源電力系統(tǒng)覆蓋范圍，結(jié)合當(dāng)前的計算，針對目標(biāo)函數(shù)，設(shè)置對應(yīng)的調(diào)度基準(zhǔn)，隨即設(shè)計多階的目標(biāo)性有功調(diào)度矩陣，一般來說，傳統(tǒng)的調(diào)度矩陣多為單向，調(diào)度的效率較低，導(dǎo)致最終得出的調(diào)度結(jié)果出現(xiàn)誤差[6]。因此，需要先設(shè)計對等的矩陣調(diào)度流程，見圖1。

圖1 對等多階調(diào)度矩陣流程結(jié)構(gòu)圖示

根據(jù)圖1，完成對對等多階調(diào)度矩陣流程結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究分析。通過對等多階的調(diào)度矩陣，依照順序進行調(diào)度目標(biāo)的分類，預(yù)處理矩陣中輸入的調(diào)度數(shù)據(jù)以及信息，以待后續(xù)的執(zhí)行處理。

1.2 構(gòu)建自適應(yīng)交叉電力系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度模型

結(jié)合自適應(yīng)交叉原理，針對電力系統(tǒng)，設(shè)計一個多目標(biāo)的有功動態(tài)調(diào)度模型。通常情況下，計及柔性資源的協(xié)調(diào)調(diào)度需要與DEED 模型進行融合，并指定對應(yīng)的約束條件。由于調(diào)度形式有功功率平衡約束的需要，先計算出動態(tài)慣性權(quán)重，一般控制在3.21～4.55 之間為最佳[7]。

接下來，結(jié)合自適應(yīng)交叉結(jié)構(gòu)，測定出此時的調(diào)度變異率，控制在50%才能夠確保后續(xù)有功多目標(biāo)調(diào)度的穩(wěn)定與安全。隨著新能源電力系統(tǒng)隨機變量的波動，此時，構(gòu)建動態(tài)調(diào)度模型的結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖2 自適應(yīng)交叉動態(tài)調(diào)度模型原理結(jié)構(gòu)圖示

根據(jù)圖2，完成對動態(tài)調(diào)度模型原理結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實踐應(yīng)用。隨即利用構(gòu)建的多目標(biāo)調(diào)度矩陣，測定出此時的調(diào)度范圍，并通過模型將各個階層的調(diào)度目標(biāo)進行分類處理，結(jié)合當(dāng)前新能源電力系統(tǒng)的有功處理要求，執(zhí)行模型中的單元動態(tài)調(diào)度目標(biāo)。需要注意的是，在自適應(yīng)交叉結(jié)構(gòu)的輔助下，模型設(shè)計的調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)可隨時替換調(diào)整，具有較強的針對性與可靠性，一定程度上可以強化模型自身的調(diào)度能力，擴大調(diào)度范圍。

1.3 Pareto 前沿處理實現(xiàn)動態(tài)調(diào)度

利用設(shè)計的模型在當(dāng)前的有功調(diào)度范圍之內(nèi)設(shè)置控制節(jié)點，在烏托邦面的三角形內(nèi)部標(biāo)點，此時得到完整的Pareto 前沿范圍。將模型的調(diào)度位置劃分為S1、S2、S3 三個區(qū)域，對應(yīng)三角形的三個角，制定烏托邦面目標(biāo)函數(shù)，劃定對應(yīng)的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度空間。這部分的主要作用是將新能源電力系統(tǒng)中采集的日常調(diào)度目標(biāo)導(dǎo)入S1、S2、S3 三個區(qū)域之中，形成獨立的調(diào)度單元，原理見圖3。

圖3 Pareto 前沿調(diào)度處理結(jié)構(gòu)圖示

根據(jù)圖3，完成對Pareto 前沿調(diào)度處理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以初始的調(diào)度區(qū)域為引導(dǎo)，明確標(biāo)定出Pareto 前沿調(diào)度范圍，采用多目標(biāo)協(xié)同調(diào)度模型，對輸出的基礎(chǔ)調(diào)度結(jié)果做出修正處理，以此來保證最終調(diào)度的真實可靠。

2 方法測試

此次主要是對新能源電力系統(tǒng)的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法的實際應(yīng)用效果進行分析與驗證研究，考慮到最終測試結(jié)果的真實性與可靠性，采用對比的方式展開分析，選定H 新能源電力系統(tǒng)作為測試的主要目標(biāo)對象，參考文獻設(shè)定傳統(tǒng)預(yù)測控制有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組、傳統(tǒng)深度強化學(xué)習(xí)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組以及此次所設(shè)計的新能源系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組，根據(jù)實際的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對最終得出的測試結(jié)果比照研究，接下來，進行基礎(chǔ)測試環(huán)境的搭建。

2.1 測試準(zhǔn)備

結(jié)合實際的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對H 新能源電力系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法測試環(huán)境進行搭建分析。當(dāng)前先明確電力系統(tǒng)的實際覆蓋范圍，并將動態(tài)調(diào)度的區(qū)域劃分為5 個模塊，每一個模塊需要設(shè)置一定數(shù)量的監(jiān)測節(jié)點，節(jié)點之間互相搭接，形成循環(huán)性的調(diào)度監(jiān)測環(huán)境。隨即，調(diào)整調(diào)度的周期為24 個時段，共設(shè)置6 個周期。在可控的范圍之內(nèi)，計算出此時的調(diào)度權(quán)重值，并進行基礎(chǔ)測試指標(biāo)參數(shù)的設(shè)置，見表1。

表1 電力系統(tǒng)有功動態(tài)調(diào)度指標(biāo)參數(shù)設(shè)置表

根據(jù)表1，完成對電力系統(tǒng)有功動態(tài)調(diào)度指標(biāo)參數(shù)的設(shè)置與實踐分析。接下來，由于新能源電力系統(tǒng)，要求對應(yīng)的調(diào)度結(jié)構(gòu)更加完整，所以，在此基礎(chǔ)之上，可以使用采用Matlab 語言編程仿真，綜合當(dāng)前的測試情況，計算出區(qū)域多目標(biāo)調(diào)度變異率，具體如公式（2）所示：

公式（2）中：D 表示區(qū)域多目標(biāo)調(diào)度變異率，m 表示有功常數(shù)值，n 表示日負(fù)荷值，e 表示可控調(diào)度頻次，? 表示迭代最優(yōu)解。將上述計算得出的區(qū)域多目標(biāo)調(diào)度變異率轉(zhuǎn)換設(shè)定為基礎(chǔ)的動態(tài)調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)，作用于后續(xù)的調(diào)度限制與約束處理。至此完成對基礎(chǔ)測試環(huán)境的搭建，接下來，進行具體的測試驗證。

2.2 測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合當(dāng)前的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對H 新能源電力系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法作出多維測試研究。由于新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性較強，不同運行的時段用電量也是不同的，所以在此環(huán)境下，將具體的測定時段作出劃分，如下所示：6：30～10:00、11：00～12:00、12：30～14:00、14：30～20:00、20：30～24:00。基于當(dāng)前電力系統(tǒng)的日常執(zhí)行任務(wù)，結(jié)合選定5 個區(qū)域的供應(yīng)要求，進行任務(wù)分配處理。構(gòu)建當(dāng)前的測試流程，具體見圖4。

圖4 基礎(chǔ)測試流程結(jié)構(gòu)圖示

結(jié)合圖4，完成對測試流程的設(shè)計。基于此，通過對新能源電力系統(tǒng)的調(diào)控，初始調(diào)度的效果保持平衡、穩(wěn)定。完成多目標(biāo)調(diào)度處理之后，依據(jù)得出的測試數(shù)值，計算出調(diào)度交叉率，具體如公式（3）所示：

公式（3）中：A 調(diào)度交叉率，v 表示單元調(diào)度值，u 表示調(diào)度頻次，w 表示轉(zhuǎn)換調(diào)度差，w 表示系統(tǒng)調(diào)度延時，η 表示平衡差值。結(jié)合當(dāng)前的測定需求及標(biāo)準(zhǔn)，對最終得出的測試結(jié)果比照研究，接下來，進行具體的測定分析，見圖5。

圖5 測試結(jié)果對比分析圖示

根據(jù)圖5，完成對測試結(jié)果的分析：對比于傳統(tǒng)預(yù)測控制有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組、傳統(tǒng)深度強化學(xué)習(xí)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組，此次所設(shè)計的新能源系統(tǒng)有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度測試組最終得出的調(diào)度交叉率均可以達(dá)到60%以上，說明此次所設(shè)計的多目標(biāo)動態(tài)有功調(diào)度方法的針對性與穩(wěn)定性較高，調(diào)度誤差可控，具有實際的應(yīng)用價值。

結(jié)束語

總而言之，以上便是對新能源電力系統(tǒng)的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度方法的設(shè)計與驗證研究，與初始的有功多目標(biāo)動態(tài)調(diào)度形式相并對，此次所設(shè)計的調(diào)度結(jié)構(gòu)更為靈活、多變，自身具有較強的針對性，在不同的新能源電力系統(tǒng)控制環(huán)境下，能夠快速、精準(zhǔn)地鎖定調(diào)度目標(biāo)，最大程度降低調(diào)度預(yù)測誤差，完善優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)處理結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)實際的調(diào)度有效性，推動相關(guān)技術(shù)邁入一個新的發(fā)展臺階。