長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納量化決策平臺(tái)研究與應(yīng)用獲突破

我國(guó)政府高度重視開(kāi)發(fā)利用清潔能源，將“加快新能源開(kāi)發(fā)”和“加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)”明確列入了《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》，將清潔能源發(fā)電和大范圍清潔能源優(yōu)化配置提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。以風(fēng)電為代表的大規(guī)模清潔能源開(kāi)發(fā)利用成為改善能源結(jié)構(gòu)、建設(shè)低碳型社會(huì)、保持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措。由于大規(guī)模清潔能源多遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，受地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷水平和電源結(jié)構(gòu)的限制，調(diào)度運(yùn)行和清潔能源消納壓力巨大。從普遍經(jīng)驗(yàn)看，“長(zhǎng)周期、大范圍”協(xié)調(diào)消納，能發(fā)揮我國(guó)電網(wǎng)、電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，是提升清潔能源消納的有效手段。一方面，我國(guó)電網(wǎng)覆蓋地域廣，電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷峰谷特性具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，跨區(qū)交易和大范圍消納，可顯著提升清潔能源消納水平;另一方面，風(fēng)電、光伏等新能源具有日波動(dòng)、季節(jié)變化的特點(diǎn)，而火電等常規(guī)能源在月度、年度等長(zhǎng)周期時(shí)間尺度具有優(yōu)化調(diào)節(jié)能力，從長(zhǎng)時(shí)間尺度進(jìn)行多種類(lèi)型電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，更能有效發(fā)揮不同電源的時(shí)間互補(bǔ)效益，但長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納能力如何分析，國(guó)家政策對(duì)清潔能源接納的影響如何量化，如何決策，一直缺乏有效的技術(shù)手段。

為解決上述問(wèn)題，從2012年開(kāi)始，中國(guó)電力科學(xué)研究院開(kāi)展了“長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納量化決策平臺(tái)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目的研究。研發(fā)了清潔能源消納的量化決策軟件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了計(jì)及電網(wǎng)安全、物理運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)等約束的大規(guī)模高性能優(yōu)化算法，并投入實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模電網(wǎng)清潔能源消納的精準(zhǔn)量化分析，為長(zhǎng)周期大范圍清潔能源優(yōu)化決策提供了技術(shù)支撐。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

項(xiàng)目屬于電力市場(chǎng)交易運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域。通過(guò)自主創(chuàng)新，形成了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性成果。項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊爭(zhēng)林，在項(xiàng)目策劃、技術(shù)研發(fā)以及成果應(yīng)用等項(xiàng)目實(shí)施各個(gè)階段，帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在考慮水、火、風(fēng)、光的多元發(fā)電、發(fā)輸電協(xié)調(diào)的長(zhǎng)周期電力電量聯(lián)合優(yōu)化模型，計(jì)及電網(wǎng)安全、物理運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)等約束的大規(guī)模高性能優(yōu)化算法方面取得突破。依托項(xiàng)目研究，共發(fā)表論文6篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)、獲“適應(yīng)大規(guī)模清潔能源發(fā)電消納的大范圍跨區(qū)交易決策軟件”等軟著2項(xiàng)，形成軟件產(chǎn)品2項(xiàng)。

該項(xiàng)目以精確量化決策長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納能力為目標(biāo)，研發(fā)了清潔能源接納的量化決策軟件平臺(tái)，并在國(guó)家電網(wǎng)電力交易中心、西北分中心等單位得到應(yīng)用。2015年1月，由中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)的“長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納量化決策平臺(tái)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目通過(guò)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為，項(xiàng)目成果整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在兼顧多種運(yùn)營(yíng)模式的多目標(biāo)序列優(yōu)化技術(shù)、長(zhǎng)周期電力電量聯(lián)合優(yōu)化模型與決策算法方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目在多目標(biāo)優(yōu)化算法、長(zhǎng)周期電力電量聯(lián)合優(yōu)化模型、清潔能源消納量化決策算法等方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破與創(chuàng)新：

(1)提出兼顧發(fā)電煤耗、三公偏差、系統(tǒng)運(yùn)行成本的多目標(biāo)清潔能源消納的序列優(yōu)化方法，解決節(jié)能、三公均衡、發(fā)電成本等不同運(yùn)營(yíng)模式下清潔能源消納協(xié)調(diào)優(yōu)化問(wèn)題。提出了序列多目標(biāo)優(yōu)化方法，避免了加權(quán)法權(quán)值難以確定、量綱難以歸一等缺點(diǎn)。

(2)建立考慮水、火、風(fēng)、光的多元發(fā)電、發(fā)輸電協(xié)調(diào)的長(zhǎng)周期電力電量聯(lián)合優(yōu)化模型，解決了電網(wǎng)安全約束建模、時(shí)段耦合等長(zhǎng)周期運(yùn)營(yíng)優(yōu)化建模難題。通過(guò)典型周、電力電量平衡等3種技術(shù)路線比對(duì)研究，提出和建立了全周期建模技術(shù)，能以小時(shí)級(jí)粒度準(zhǔn)確分析月度、年度清潔能源消納量，并給出常規(guī)機(jī)組的出力計(jì)劃和啟停安排。

(3)研發(fā)計(jì)及電網(wǎng)安全、物理運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)等約束的大規(guī)模高性能優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中清潔能源消納的準(zhǔn)確量化計(jì)算。長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納量化決策算法需要考慮包括輸送線路安全約束、負(fù)荷平衡、機(jī)組啟停、機(jī)組檢修、機(jī)組成本、年度計(jì)劃電量等諸多約束，既包括物理運(yùn)行約束，又包括長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)約束，是一個(gè)離散、非凸的超大規(guī)模復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題。項(xiàng)目研制形成的算法軟件，有效解決了算法效率問(wèn)題，達(dá)到企業(yè)級(jí)求解性能要求。

(4)研發(fā)清潔能源消納量化決策軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)簽化存儲(chǔ)和多場(chǎng)景消納方案多維比對(duì)，為長(zhǎng)周期大范圍清潔能源優(yōu)化決策提供了技術(shù)支撐。

成果應(yīng)用及效益

該項(xiàng)目研發(fā)的長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納量化決策平臺(tái)投入運(yùn)行以來(lái)，各功能運(yùn)行穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期大范圍清潔能源消納能力評(píng)估由經(jīng)驗(yàn)型向智能決策型轉(zhuǎn)變，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目成果的應(yīng)用促進(jìn)了電力行業(yè)的綠色低碳可持續(xù)發(fā)展。隨著特高壓骨干網(wǎng)架的建設(shè)和電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)，清潔能源長(zhǎng)周期大范圍優(yōu)化消納具有更加重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐意義，項(xiàng)目研究成果具有更為廣闊的推廣應(yīng)用前景。(鄭亞先高飛)

相關(guān)鏈接

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊爭(zhēng)林，博士、研究員級(jí)高級(jí)工程師、中國(guó)電力科學(xué)研究院電力自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng)、電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)電力市場(chǎng)工作組(SAC/TC82/WG5)副組長(zhǎng)。長(zhǎng)期從事電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域的理論技術(shù)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。曾主持省級(jí)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等多個(gè)電力市場(chǎng)領(lǐng)域的重大科技項(xiàng)目研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)在多個(gè)電網(wǎng)公司投入應(yīng)用。負(fù)責(zé)系列節(jié)能發(fā)電調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究，在適應(yīng)電力市場(chǎng)、節(jié)能發(fā)電調(diào)度等多種調(diào)度模式的安全約束機(jī)組組合、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度等核心算法方面取得突出成果并投入應(yīng)用。