中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，上海交通大學(xué)教授程浩忠，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場”，以《大規(guī)模風(fēng)電場群接入輸電系統(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，下面我向大家匯報一下我們在國家自然科學(xué)基金的重點項目當中做的關(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。這個項目是在2014年到2018年，現(xiàn)在還在進行當中，自然科學(xué)基金主要是國家的基礎(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)問題幾個方面給大家做一個簡要的匯報。關(guān)于背景和意義上，大家實際上都知道我們國家目前已經(jīng)規(guī)劃和建設(shè)的有9到10個千萬千瓦級的風(fēng)電基地，由于這些風(fēng)電基地的大規(guī)模投入，它的裝機容量都在1千萬到2千萬的規(guī)模，風(fēng)電的間歇性、隨機性、波動性會引起整個風(fēng)電出力的不確定性，而且風(fēng)電場的這個功率出力很難預(yù)測，以及它的發(fā)電有效利用小時數(shù)都是比較低的（跟火電相比）。這樣大規(guī)模風(fēng)電場群接入之后就給我們電網(wǎng)的安全帶來的很多這方面的挑戰(zhàn)。針對這個問題我們可以總兩種途徑上解決，第一個就是我們從風(fēng)電場本身的控制措施來著手，通過一些技術(shù)手段怎么樣盡可能降低這個風(fēng)電的波動性，這是一個途徑，也是我們目前更多的采取的途徑。第二個方面是要從電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的角度，通過電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和改造來調(diào)整機組的運行方式，合理的更加靈活的來適應(yīng)風(fēng)電帶來的這個不確定性。當然這方面可能對電網(wǎng)公司的投資有更高的要求，對我們電網(wǎng)的規(guī)劃有更高的要求。我們現(xiàn)在可能有很多棄風(fēng)等等問題是由于這個問題引起的，所以我們想在規(guī)劃的層面上來研究這個風(fēng)電場群接入之后我們輸電系統(tǒng)這個規(guī)劃的一些相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)的問題，來解決這個規(guī)劃電網(wǎng)的適應(yīng)性和經(jīng)濟性的問題。
在這個地方我們說從四個方面來考慮，第一個是風(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)電的開發(fā)與電網(wǎng)發(fā)展的協(xié)調(diào)方面，以及我們怎么樣尋求在規(guī)劃過程當中預(yù)先風(fēng)電場群和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃做出一些優(yōu)化的方案。第二個是風(fēng)電場群輸電系統(tǒng)的自愈規(guī)劃，也就是說我們的電網(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)對系統(tǒng)發(fā)生的大停電的事件，以及這些事件怎么來防止。我們這個自愈需要有兩個支撐，一個是要網(wǎng)架的支撐，我有電網(wǎng)。第二個還需要有儲能的支撐，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)的特性共同來研究。我們想綜合利用儲能以及自愈技術(shù)來實現(xiàn)我們電網(wǎng)的優(yōu)化、自愈和恢復(fù)。第三個是輸電系統(tǒng)的風(fēng)險規(guī)劃，這里面面臨著很多風(fēng)險，包括怎么樣在可行性和最優(yōu)性方面進行選擇，我們存在技術(shù)風(fēng)險也存在有經(jīng)濟的風(fēng)險，這個投資的問題怎么回報，這些都屬于不確定性規(guī)劃的范疇。所以我們想結(jié)合多場景的技術(shù)和不確定性信息的數(shù)學(xué)描述方法來建立電網(wǎng)的風(fēng)險規(guī)劃模型。第四塊是經(jīng)濟上的，就是我們用全生命周期成本的輸電系統(tǒng)價值規(guī)劃，用全生命周期成本的技術(shù)來支撐我們著眼于長期時間段內(nèi)怎么樣成本最小、利潤最大，克服目前相對來說有一些短期的行為，從生命周期的角度來完善我們電網(wǎng)規(guī)劃的思路。所以在這方面我們想從價值規(guī)劃的角度來提出有關(guān)于未來智能電網(wǎng)發(fā)展的一些經(jīng)濟性的問題，這是一個背景。
我們的研究內(nèi)容主要是分為這四方面，第一個是網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃問題。這方面我們要考慮它的隨機特性和聚合效應(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)的隨機生產(chǎn)模擬技術(shù)和機組組合的優(yōu)化模型。第三塊要評估我們棄風(fēng)對全網(wǎng)機組運行的影響，得出全網(wǎng)當中或者地區(qū)在特定時段內(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)的自愈以及儲能配制方面對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，比如說從它的輸電能力、蓄電能力以及自恢復(fù)能力的這些指標，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)多目標的自愈規(guī)劃的模型。在風(fēng)險規(guī)劃上面要考慮發(fā)電場群出力的不確定性模型以及它的風(fēng)險的評價指標和風(fēng)險的規(guī)劃模型。在全生命周期成本的價值規(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)的整體的一個全生命周期的模型。然后再用成本效益的評估模型以及得出它的價值指標和建立多目標的價值規(guī)劃模型。這個的研究思路就從網(wǎng)源協(xié)調(diào)、風(fēng)險規(guī)劃、自愈規(guī)劃到價值規(guī)劃。這個技術(shù)方案上面，從性能上我們有自愈的規(guī)劃，從風(fēng)險控制上有風(fēng)險的規(guī)劃，在經(jīng)濟性層面上有一個價值的規(guī)劃，在協(xié)調(diào)運行層面上有網(wǎng)源的協(xié)調(diào)規(guī)劃，從規(guī)劃的四個層面來考慮我們的技術(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)的隨機特性、理論建模、出力仿真到棄風(fēng)生產(chǎn)模擬機組組合，到網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃模型里面的運行場景的構(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。這里面對風(fēng)電功率的調(diào)節(jié)方式涉及到增加風(fēng)電的主動功率的調(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)模儲能裝置。這里面就要通過儲能系統(tǒng)和風(fēng)電場的聯(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電容器來擴展我們的網(wǎng)絡(luò)，加強功率交換的能力。這方面通過電網(wǎng)當中網(wǎng)絡(luò)的加強，區(qū)域間的能力來實現(xiàn)不同區(qū)域間的功率交換，提高調(diào)峰和調(diào)頻的能力。
比如說我們的模型當中有這個機組運行的成本，包括它的運行費用，包括它的起動費用，有線路投資的成本。在我們的約束條件當中包括了功率的平衡方程、線路的傳輸功率、常規(guī)機組的出力以及風(fēng)電機組的出力、機組的最佳開停機的時間約束以及調(diào)頻調(diào)峰的能力，來建立這樣一個模型。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)配制從儲能的要求、自愈的策略，約束條件涉及到網(wǎng)架的運行、設(shè)備的運行以及我們電網(wǎng)自愈能力的指標。這里面包括了輸蓄的能力指標以及自恢復(fù)的能力指標，然后我們建立這樣一個多目標的規(guī)劃模型進行求解，得出網(wǎng)架的規(guī)劃和儲能的設(shè)計。這里的目標涉及到輸蓄電的能力最大和自恢復(fù)的能力最大。比如說這個方案當中我們涉及到多儲能輸蓄電的能力指標模型以及故障的自恢復(fù)能力指標模型和儲能最優(yōu)的這個配制模型，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去，建立這樣一個目標函數(shù)，然后又有儲能設(shè)備的運行效益和這個N-1故障下的這個作業(yè)能力，建立這樣一個自愈規(guī)劃的模型。
第三塊就是風(fēng)險規(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、電源的裝機容量、負荷的增長，這些我們跟隨機的理論、風(fēng)險的評估理論相結(jié)合進行風(fēng)險的評價指標，得出風(fēng)險的評價指標。這些評價指標涉及到了概率的可用、傳輸能力、切負荷費用的悲觀值以及線路的過窄概念。經(jīng)濟性指標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規(guī)劃的理論來建立這個輸電系統(tǒng)的多目標風(fēng)險規(guī)劃的模型。這方面就涉及到這樣的一些風(fēng)險指標，包括概率的可用傳輸能力、切負荷費用的悲觀值，以及線路過窄的概念，由于時間關(guān)系我就不一一展開介紹這個內(nèi)容了。
比如說我們在方案上面，這是我們對投資收益的風(fēng)險建立的描述，總體這些我們建立這個最小切負荷悲觀值概率可用值的這個傳輸能力?？傮w這些我們建立這一個最小切負荷悲觀值概率可用值的傳輸能力?？傮w就是說我們建立有投資成本最小、有風(fēng)險評估指標這些最好的以及相應(yīng)的約束條件，約束條件也是一個概率的約束，這樣的一個風(fēng)險規(guī)劃的模型。
第四塊是價值規(guī)劃的研究，價值規(guī)劃當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，這個成本當中有設(shè)備級的、系統(tǒng)級的，比如說涉及到投資、運行、故障、維護乃至廢棄的成本，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，包括改進的財務(wù)指標、效能指標以及風(fēng)險評估的指標，得出它的價值指標最優(yōu)，用不確定性規(guī)劃理論和價值規(guī)劃理論來建立這樣一個價值規(guī)劃的模型。這個模型當中我們涉及到了全命周期成本、費用、結(jié)構(gòu)分解以及研究參數(shù)的選擇，最后我們怎么樣目標是比較全面正確的測算我們的電網(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算模型，涉及到它的投資、運行、維護和故障的成本，從系統(tǒng)級、設(shè)備級進行了描述。
比如說我們一塊是用經(jīng)濟的凈現(xiàn)值，一塊是用內(nèi)部的收益率來構(gòu)建我們這樣的一個目標函數(shù)。有可靠性的目標，有風(fēng)險的目標形成了一個多目標的描述。這里面主要涉及到科學(xué)問題有四個，由于時間關(guān)系我再簡要描述一下。一個是實現(xiàn)輸電系統(tǒng)和風(fēng)電產(chǎn)權(quán)的協(xié)調(diào)規(guī)劃，這個從考慮運行和規(guī)劃的兩個層面。這里面的主要問題是一個機組組合的優(yōu)化模型和網(wǎng)源協(xié)調(diào)的優(yōu)化模型。第二個是我們要用穩(wěn)定性理論和自愈理論相結(jié)合的來考慮輸電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和輸電性能的結(jié)構(gòu)，來提高輸電系統(tǒng)的自愈能力。第三個是我們的風(fēng)險指標和不確定性因素的分析，然后來建立這個多目標的風(fēng)險規(guī)劃模型，提高輸電系統(tǒng)的抗風(fēng)險、抗不確定性的能力。第四個就是我們用價值指標和綜合效益來建立全生命周期的模型，從全生命周期的角度來更好的提高輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
以上是我的簡要匯報，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
