中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開(kāi)，來(lái)自中、美、英、德、澳、日、韓等國(guó)家的1400余位嘉賓到場(chǎng)參會(huì)。大會(huì)共邀請(qǐng)140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，上海交通大學(xué)教授程浩忠，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場(chǎng)”，以《大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群接入輸電系統(tǒng)規(guī)劃》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
上海交通大學(xué)教授程浩忠
程浩忠：大家好，下面我向大家匯報(bào)一下我們?cè)趪?guó)家自然科學(xué)基金的重點(diǎn)項(xiàng)目當(dāng)中做的關(guān)于大規(guī)模風(fēng)電產(chǎn)權(quán)接入的輸電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃的方法和理論上面的一些研究的內(nèi)容。這個(gè)項(xiàng)目是在2014年到2018年，現(xiàn)在還在進(jìn)行當(dāng)中，自然科學(xué)基金主要是國(guó)家的基礎(chǔ)理論的研究，所以我在這里只是涉及到方法和理論，并沒(méi)有涉及到具體的數(shù)值和數(shù)據(jù)。
我從背景、意義、內(nèi)容、思路、技術(shù)方案和科學(xué)問(wèn)題幾個(gè)方面給大家做一個(gè)簡(jiǎn)要的匯報(bào)。關(guān)于背景和意義上，大家實(shí)際上都知道我們國(guó)家目前已經(jīng)規(guī)劃和建設(shè)的有9到10個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)電基地，由于這些風(fēng)電基地的大規(guī)模投入，它的裝機(jī)容量都在1千萬(wàn)到2千萬(wàn)的規(guī)模，風(fēng)電的間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性會(huì)引起整個(gè)風(fēng)電出力的不確定性，而且風(fēng)電場(chǎng)的這個(gè)功率出力很難預(yù)測(cè)，以及它的發(fā)電有效利用小時(shí)數(shù)都是比較低的（跟火電相比）。這樣大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)群接入之后就給我們電網(wǎng)的安全帶來(lái)的很多這方面的挑戰(zhàn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題我們可以總兩種途徑上解決，第一個(gè)就是我們從風(fēng)電場(chǎng)本身的控制措施來(lái)著手，通過(guò)一些技術(shù)手段怎么樣盡可能降低這個(gè)風(fēng)電的波動(dòng)性，這是一個(gè)途徑，也是我們目前更多的采取的途徑。第二個(gè)方面是要從電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的角度，通過(guò)電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和改造來(lái)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行方式，合理的更加靈活的來(lái)適應(yīng)風(fēng)電帶來(lái)的這個(gè)不確定性。當(dāng)然這方面可能對(duì)電網(wǎng)公司的投資有更高的要求，對(duì)我們電網(wǎng)的規(guī)劃有更高的要求。我們現(xiàn)在可能有很多棄風(fēng)等等問(wèn)題是由于這個(gè)問(wèn)題引起的，所以我們想在規(guī)劃的層面上來(lái)研究這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群接入之后我們輸電系統(tǒng)這個(gè)規(guī)劃的一些相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)的問(wèn)題，來(lái)解決這個(gè)規(guī)劃電網(wǎng)的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。
在這個(gè)地方我們說(shuō)從四個(gè)方面來(lái)考慮，第一個(gè)是風(fēng)電功率接入下的網(wǎng)源的協(xié)調(diào)規(guī)劃，這方面我們從電源結(jié)構(gòu)和容量上，以及我們風(fēng)電的開(kāi)發(fā)與電網(wǎng)發(fā)展的協(xié)調(diào)方面，以及我們?cè)趺礃訉で笤谝?guī)劃過(guò)程當(dāng)中預(yù)先風(fēng)電場(chǎng)群和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃做出一些優(yōu)化的方案。第二個(gè)是風(fēng)電場(chǎng)群輸電系統(tǒng)的自愈規(guī)劃，也就是說(shuō)我們的電網(wǎng)怎么樣能夠自愈。我們規(guī)劃了自愈的目的，在這方面的目的是應(yīng)對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的大停電的事件，以及這些事件怎么來(lái)防止。我們這個(gè)自愈需要有兩個(gè)支撐，一個(gè)是要網(wǎng)架的支撐，我有電網(wǎng)。第二個(gè)還需要有儲(chǔ)能的支撐，這方面我們就要從電源出發(fā)結(jié)合我們風(fēng)電的特性、結(jié)合電網(wǎng)的特性共同來(lái)研究。我們想綜合利用儲(chǔ)能以及自愈技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)我們電網(wǎng)的優(yōu)化、自愈和恢復(fù)。第三個(gè)是輸電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃，這里面面臨著很多風(fēng)險(xiǎn)，包括怎么樣在可行性和最優(yōu)性方面進(jìn)行選擇，我們存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也存在有經(jīng)濟(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)投資的問(wèn)題怎么回報(bào)，這些都屬于不確定性規(guī)劃的范疇。所以我們想結(jié)合多場(chǎng)景的技術(shù)和不確定性信息的數(shù)學(xué)描述方法來(lái)建立電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃模型。第四塊是經(jīng)濟(jì)上的，就是我們用全生命周期成本的輸電系統(tǒng)價(jià)值規(guī)劃，用全生命周期成本的技術(shù)來(lái)支撐我們著眼于長(zhǎng)期時(shí)間段內(nèi)怎么樣成本最小、利潤(rùn)最大，克服目前相對(duì)來(lái)說(shuō)有一些短期的行為，從生命周期的角度來(lái)完善我們電網(wǎng)規(guī)劃的思路。所以在這方面我們想從價(jià)值規(guī)劃的角度來(lái)提出有關(guān)于未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展的一些經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，這是一個(gè)背景。
我們的研究?jī)?nèi)容主要是分為這四方面，第一個(gè)是網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃問(wèn)題。這方面我們要考慮它的隨機(jī)特性和聚合效應(yīng)，研究不同條件下面風(fēng)電的消納能力。第二塊要研究我們風(fēng)電接入之后我們電力系統(tǒng)的隨機(jī)生產(chǎn)模擬技術(shù)和機(jī)組組合的優(yōu)化模型。第三塊要評(píng)估我們棄風(fēng)對(duì)全網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行的影響，得出全網(wǎng)當(dāng)中或者地區(qū)在特定時(shí)段內(nèi)我們的優(yōu)化功率的調(diào)節(jié)方式，然后再考慮我們各種功率調(diào)節(jié)方式下跟電網(wǎng)和電源的耦合來(lái)研究網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃的模型。在自愈規(guī)劃上面要研究網(wǎng)絡(luò)的自愈以及儲(chǔ)能配制方面對(duì)滿足自愈性能方面的影響，然后輸電系統(tǒng)是自愈性能的指標(biāo)，比如說(shuō)從它的輸電能力、蓄電能力以及自恢復(fù)能力的這些指標(biāo)，包含自愈網(wǎng)架的輸電和蓄電的以及自恢復(fù)能力的輸電網(wǎng)多目標(biāo)的自愈規(guī)劃的模型。在風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃上面要考慮發(fā)電場(chǎng)群出力的不確定性模型以及它的風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)劃模型。在全生命周期成本的價(jià)值規(guī)劃上面，我們要用規(guī)劃理論以及大規(guī)模風(fēng)電產(chǎn)權(quán)接入的輸電系統(tǒng)的整體的一個(gè)全生命周期的模型。然后再用成本效益的評(píng)估模型以及得出它的價(jià)值指標(biāo)和建立多目標(biāo)的價(jià)值規(guī)劃模型。這個(gè)的研究思路就從網(wǎng)源協(xié)調(diào)、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃、自愈規(guī)劃到價(jià)值規(guī)劃。這個(gè)技術(shù)方案上面，從性能上我們有自愈的規(guī)劃，從風(fēng)險(xiǎn)控制上有風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)劃，在經(jīng)濟(jì)性層面上有一個(gè)價(jià)值的規(guī)劃，在協(xié)調(diào)運(yùn)行層面上有網(wǎng)源的協(xié)調(diào)規(guī)劃，從規(guī)劃的四個(gè)層面來(lái)考慮我們的技術(shù)路線。
第一塊，從網(wǎng)源的協(xié)調(diào)規(guī)劃上面，我們從風(fēng)電產(chǎn)權(quán)的隨機(jī)特性、理論建模、出力仿真到棄風(fēng)生產(chǎn)模擬機(jī)組組合，到網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃模型里面的運(yùn)行場(chǎng)景的構(gòu)造方法、功率調(diào)節(jié)的優(yōu)化方法以及電源規(guī)劃同機(jī)組組合的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，還有協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的分解簡(jiǎn)化得出不同功率條件方式下網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃模型。這里面對(duì)風(fēng)電功率的調(diào)節(jié)方式涉及到增加風(fēng)電的主動(dòng)功率的調(diào)節(jié)以及還要引入天然氣這些快速響應(yīng)的電源的輔助，以及依靠我們大規(guī)模儲(chǔ)能裝置。這里面就要通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)的聯(lián)合調(diào)節(jié)以及它的可調(diào)可控性，包括一些抽蓄和超級(jí)電容器來(lái)擴(kuò)展我們的網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)功率交換的能力。這方面通過(guò)電網(wǎng)當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)的加強(qiáng)，區(qū)域間的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域間的功率交換，提高調(diào)峰和調(diào)頻的能力。
比如說(shuō)我們的模型當(dāng)中有這個(gè)機(jī)組運(yùn)行的成本，包括它的運(yùn)行費(fèi)用，包括它的起動(dòng)費(fèi)用，有線路投資的成本。在我們的約束條件當(dāng)中包括了功率的平衡方程、線路的傳輸功率、常規(guī)機(jī)組的出力以及風(fēng)電機(jī)組的出力、機(jī)組的最佳開(kāi)停機(jī)的時(shí)間約束以及調(diào)頻調(diào)峰的能力，來(lái)建立這樣一個(gè)模型。這是第一塊，網(wǎng)源協(xié)調(diào)的規(guī)劃。
第二塊，在自愈的規(guī)劃上面我們從元件層和系統(tǒng)層建立，電網(wǎng)自愈的技術(shù)配制從儲(chǔ)能的要求、自愈的策略，約束條件涉及到網(wǎng)架的運(yùn)行、設(shè)備的運(yùn)行以及我們電網(wǎng)自愈能力的指標(biāo)。這里面包括了輸蓄的能力指標(biāo)以及自恢復(fù)的能力指標(biāo)，然后我們建立這樣一個(gè)多目標(biāo)的規(guī)劃模型進(jìn)行求解，得出網(wǎng)架的規(guī)劃和儲(chǔ)能的設(shè)計(jì)。這里的目標(biāo)涉及到輸蓄電的能力最大和自恢復(fù)的能力最大。比如說(shuō)這個(gè)方案當(dāng)中我們涉及到多儲(chǔ)能輸蓄電的能力指標(biāo)模型以及故障的自恢復(fù)能力指標(biāo)模型和儲(chǔ)能最優(yōu)的這個(gè)配制模型，這些都是模型的一些數(shù)學(xué)描述，我介紹的可能理論的東西比較多可能數(shù)值就很少。儲(chǔ)能的充放電模型以及網(wǎng)架設(shè)備的這些模型，我們把充電放電這些都挪進(jìn)去，建立這樣一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，然后又有儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行效益和這個(gè)N-1故障下的這個(gè)作業(yè)能力，建立這樣一個(gè)自愈規(guī)劃的模型。
第三塊就是風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃的研究上面，涉及到了不確定性的數(shù)學(xué)的建模，這里面我們把大規(guī)模風(fēng)電產(chǎn)權(quán)的出力、線路的故障和檢修、電源的裝機(jī)容量、負(fù)荷的增長(zhǎng)，這些我們跟隨機(jī)的理論、風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估理論相結(jié)合進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，得出風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。這些評(píng)價(jià)指標(biāo)涉及到了概率的可用、傳輸能力、切負(fù)荷費(fèi)用的悲觀值以及線路的過(guò)窄概念。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)上面涉及到了它的投資收益和阻塞的能源。期望值再加上我們的控制策略和隨機(jī)規(guī)劃的理論來(lái)建立這個(gè)輸電系統(tǒng)的多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃的模型。這方面就涉及到這樣的一些風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，包括概率的可用傳輸能力、切負(fù)荷費(fèi)用的悲觀值，以及線路過(guò)窄的概念，由于時(shí)間關(guān)系我就不一一展開(kāi)介紹這個(gè)內(nèi)容了。
比如說(shuō)我們?cè)诜桨干厦妫@是我們對(duì)投資收益的風(fēng)險(xiǎn)建立的描述，總體這些我們建立這個(gè)最小切負(fù)荷悲觀值概率可用值的這個(gè)傳輸能力。總體這些我們建立這一個(gè)最小切負(fù)荷悲觀值概率可用值的傳輸能力?？傮w就是說(shuō)我們建立有投資成本最小、有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)這些最好的以及相應(yīng)的約束條件，約束條件也是一個(gè)概率的約束，這樣的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃的模型。
第四塊是價(jià)值規(guī)劃的研究，價(jià)值規(guī)劃當(dāng)中我們是基于全生命周期的考慮大規(guī)模風(fēng)電產(chǎn)權(quán)介入的輸電系統(tǒng)的成本，這個(gè)成本當(dāng)中有設(shè)備級(jí)的、系統(tǒng)級(jí)的，比如說(shuō)涉及到投資、運(yùn)行、故障、維護(hù)乃至廢棄的成本，還有環(huán)境的成本，我們建立成本效應(yīng)的模型，基于它的這些指標(biāo)，包括改進(jìn)的財(cái)務(wù)指標(biāo)、效能指標(biāo)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)，得出它的價(jià)值指標(biāo)最優(yōu)，用不確定性規(guī)劃理論和價(jià)值規(guī)劃理論來(lái)建立這樣一個(gè)價(jià)值規(guī)劃的模型。這個(gè)模型當(dāng)中我們涉及到了全命周期成本、費(fèi)用、結(jié)構(gòu)分解以及研究參數(shù)的選擇，最后我們?cè)趺礃幽繕?biāo)是比較全面正確的測(cè)算我們的電網(wǎng)成本，包括這是我們所做的典型的全生命周期成本的一些計(jì)算模型，涉及到它的投資、運(yùn)行、維護(hù)和故障的成本，從系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)進(jìn)行了描述。
比如說(shuō)我們一塊是用經(jīng)濟(jì)的凈現(xiàn)值，一塊是用內(nèi)部的收益率來(lái)構(gòu)建我們這樣的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。有可靠性的目標(biāo)，有風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)形成了一個(gè)多目標(biāo)的描述。這里面主要涉及到科學(xué)問(wèn)題有四個(gè)，由于時(shí)間關(guān)系我再簡(jiǎn)要描述一下。一個(gè)是實(shí)現(xiàn)輸電系統(tǒng)和風(fēng)電產(chǎn)權(quán)的協(xié)調(diào)規(guī)劃，這個(gè)從考慮運(yùn)行和規(guī)劃的兩個(gè)層面。這里面的主要問(wèn)題是一個(gè)機(jī)組組合的優(yōu)化模型和網(wǎng)源協(xié)調(diào)的優(yōu)化模型。第二個(gè)是我們要用穩(wěn)定性理論和自愈理論相結(jié)合的來(lái)考慮輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和輸電性能的結(jié)構(gòu)，來(lái)提高輸電系統(tǒng)的自愈能力。第三個(gè)是我們的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和不確定性因素的分析，然后來(lái)建立這個(gè)多目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃模型，提高輸電系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)、抗不確定性的能力。第四個(gè)就是我們用價(jià)值指標(biāo)和綜合效益來(lái)建立全生命周期的模型，從全生命周期的角度來(lái)更好的提高輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
以上是我的簡(jiǎn)要匯報(bào)，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核）
