華中科技大學電氣與電子工程學院、嘉興供電公司、中國電力科學研究院的研究人員羅毅、邵周策、張磊等，在2018年第11期《電工技術學報》上撰文指出，在我國北方地區(qū)冬季供熱期，大量供熱機組“以熱定電”運行，火電機組調(diào)節(jié)和備用能力不足，造成大量棄風。利用燃氣輪機組的快速調(diào)節(jié)能力，可以促進風電消納。

針對在氣電聯(lián)合調(diào)度研究中未考慮氣網(wǎng)運行約束，可能造成調(diào)度計算結(jié)果不可行的問題，提出了考慮風電不確定性和氣網(wǎng)運行約束的魯棒經(jīng)濟調(diào)度及備用配置模型，將燃氣輪機組的備用范圍轉(zhuǎn)換為進氣范圍，并將其視為氣網(wǎng)的不確定負荷。

利用C&CG算法將氣電聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化問題分解成考慮風電不確定性的魯棒經(jīng)濟調(diào)度和備用配置主問題以及氣網(wǎng)約束子問題，再通過benders分解法將主問題進一步分解成經(jīng)濟調(diào)度和備用配置主問題以及風電不確定性校驗子問題，從而簡化求解算法。算例結(jié)果驗證了所提模型及求解方法的有效性和正確性。

考慮風電不確定性和氣網(wǎng)運行約束的魯棒經(jīng)濟調(diào)度和備用配置

我國可再生能源電力建設穩(wěn)步加快，多項指標位居世界首位

[1]。“三北”地區(qū)風力資源豐富，逐漸成為我國風電并網(wǎng)的主要地區(qū)

[2]。但是在冬季供熱期間，將出現(xiàn)“風熱沖突”問題

[3]，造成了大量棄風的現(xiàn)象。供熱期間大量供熱機組在“以熱定電”方式下運行

[4]，限制了電出力的調(diào)節(jié)能力

[5]，而傳統(tǒng)火電機組調(diào)節(jié)速率較慢，不能提供足夠的調(diào)節(jié)能力和備用能力以滿足系統(tǒng)和風電波動的調(diào)節(jié)需求。

風電出力具有不確定性

[6]（現(xiàn)商業(yè)風電預測軟件平均誤差為14%~20%

[7]），而且具有“晝低夜高”的反調(diào)峰特性，進一步增加了風電的消納難度。利用燃氣輪機組對風電等可再生能源波動的快速響應和調(diào)節(jié)能力

[8]，可以有效彌補供熱期間調(diào)節(jié)能力不足的問題，提高風電消納水平。

但是，在未來風電等可再生能源高比例接入的情況下，風電功率波動和預測誤差不可避免，傳統(tǒng)的確定性調(diào)度方法難以滿足風電的不確定性和波動性要求，而燃氣輪機組的加入使得電網(wǎng)與氣網(wǎng)相互耦合，對各機組的調(diào)度出力和備用安排也提出了新的問題。

在進行電網(wǎng)調(diào)度時，若不考慮天然氣網(wǎng)側(cè)的相關約束（如天然氣管道約束、傳輸容量約束及其他天然氣用戶的負荷等），則優(yōu)化調(diào)度結(jié)果將可能是次優(yōu)甚至是不可行的

[9]。與此同時，為了增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力而考慮燃氣輪機組時，不僅要解決燃氣輪機組調(diào)度運行值可不可行的問題，還需要考慮燃氣輪機組是否有像火電機組一樣可以上、下調(diào)節(jié)的備用能力，以及備用能力大小的確定、備用容量的合理分配等。

因此，在對天然氣網(wǎng)和電網(wǎng)相互耦合的系統(tǒng)進行優(yōu)化經(jīng)濟調(diào)度時，必須聯(lián)合考慮兩方的模型和約束以及兩個系統(tǒng)之間的相互影響、各自特性，才能在整體全局的角度給出一個經(jīng)濟可行的優(yōu)化解，天然氣網(wǎng)側(cè)相關條件以及運行狀況將是電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行不可忽視的因素

[10]。關于天然氣網(wǎng)和含風電電力系統(tǒng)兩個耦合系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度問題，國內(nèi)外已有相關研究。文獻[11]在傳統(tǒng)計及安全約束的機組組合模型的基礎上，加入了包括小時級、日級的天然氣網(wǎng)約束，研究了電網(wǎng)和氣網(wǎng)之間的相互影響和關聯(lián)。文獻[12]將天然氣管網(wǎng)約束線性化，并考慮了電力系統(tǒng)需求側(cè)響應所帶來的影響。文獻[13]比較了含風電的氣電聯(lián)合調(diào)度確定性模型、雙層以及多層隨機優(yōu)化模型。

文獻[14]采用區(qū)間優(yōu)化的方法對含風電的氣電綜合能源系統(tǒng)的調(diào)度問題進行了優(yōu)化求解，同時也考慮了可調(diào)節(jié)負荷的作用。不同于其他研究，文獻[15]沒有使用天然氣潮流的簡化穩(wěn)態(tài)模型，而是使用了微分方程模型，并以供氣費用、管道管理費用、初期費用、發(fā)電機費用和切負荷費用之和為目標函數(shù)進行求解，但是其對電力系統(tǒng)方面考慮的過于簡單，沒有考慮系統(tǒng)備用約束。

文獻[16]在含風電的氣—電聯(lián)合系統(tǒng)的隨機機組組合模型中，不僅加入了對天然氣管網(wǎng)約束的考慮，還計及了發(fā)電排放物的約束，對含風電系統(tǒng)的日前調(diào)度進行了仿真模擬。文獻[17]在文獻[16]基礎上加入了一種改進的自適應粒子群優(yōu)化算法，將基本粒子群算法與云處理相結(jié)合，考慮了風電的預測隨機誤差，以適應風電的隨機性，加快了尋優(yōu)的能力和速度。

文獻[18]則討論了天然氣氣源供應的影響。由于船運、儲罐等條件的改變將影響到天然氣的運輸，從而導致天然氣供應風險，而氣電聯(lián)合系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度方案也將受到相應的影響，所以該文獻對天然氣的氣源供應風險進行了建模分析并驗證了其有效性。

雖然以上研究對天然氣網(wǎng)和電網(wǎng)兩個系統(tǒng)的綜合調(diào)度問題進行了建模和優(yōu)化求解，但均沒有考慮氣網(wǎng)約束對燃氣輪機組備用能力的影響。將電力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)聯(lián)合建模誠然解決了燃氣輪機組調(diào)度出力值滿足天然氣系統(tǒng)運行約束的可行性問題，但是缺少對燃氣輪機組備用能力的建模，即沒有考慮在天然氣系統(tǒng)運行約束下，燃氣輪機組所配置的備用的可行性問題。

因此，針對現(xiàn)有的氣-電系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)度模型中沒有充分考慮燃氣輪機備用能力大小和備用可行性的問題，本文提出了考慮風電不確定和氣網(wǎng)運行約束的魯棒經(jīng)濟調(diào)度和備用配置模型，將燃氣輪機組的備用范圍轉(zhuǎn)換為進氣范圍，從氣網(wǎng)調(diào)度運行的角度可以將其視為氣網(wǎng)的不確定負荷，從而對其可行性進行校驗，并對電網(wǎng)調(diào)度和備用結(jié)果進行修正，以此將燃氣輪機組出力和備用的可行性考慮到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度模型中。同時采用魯棒優(yōu)化的方法，應對風電不確定性，避免備用配置過多導致不經(jīng)濟的問題或備用配置過少導致的系統(tǒng)運行安全問題。

圖1 模型求解流程

結(jié)論

本文針對燃氣輪機組調(diào)度時，不僅需要考慮到其調(diào)度出力值是否可行，還必須考慮其承擔的備用在氣網(wǎng)側(cè)的約束下是否可以實現(xiàn)的問題。為了在對燃氣輪機組調(diào)度時，充分考慮電網(wǎng)和氣網(wǎng)兩方面的運行約束，檢驗其調(diào)度出力值和所配置的備用容量是否可行，本文提出了考慮風電不確定性和氣網(wǎng)運行約束的魯棒經(jīng)濟調(diào)度及備用配置模型。

該模型不是典型的雙層魯棒優(yōu)化問題，通過不確定集的轉(zhuǎn)換，管道流量方程和發(fā)電機成本函數(shù)的線性化，將原問題轉(zhuǎn)換成可以通過現(xiàn)有benders算法和C&CG算法求解的魯棒優(yōu)化問題，算例仿真結(jié)果表明：

1）氣網(wǎng)運行約束不僅會限制燃氣輪機組的出力值，還會影響其備用出力范圍，在備用配置時需要充分考慮氣網(wǎng)運行狀態(tài)和約束的影響，避免安排不可行備用，影響系統(tǒng)安全。

2）通過魯棒優(yōu)化能有效避免確定性調(diào)度模型通過按風電功率比例增加系統(tǒng)備用時，對風電不確定性高估導致的備用分配過多問題和對風電不確定性估計不足導致備用分配過少問題。使系統(tǒng)整體的費用得到了降低，備用量減小，機組備用費用也得到了降低。

3）天然氣網(wǎng)負荷波動將會改變電網(wǎng)側(cè)機組的調(diào)度出力結(jié)果，重新分配機組備用，使得系統(tǒng)不能在最經(jīng)濟的方案下運行，嚴重時甚至需要進行切負荷來保證系統(tǒng)安全。