1绪论
1. 1研究背景
1.1.1 “三北”地区风电发展现状
风力发电目前已成为世界上公认的开发成本最低、技术最成熟且发展前景最好的可再生能源。加大以风电为主的绿色能源的发展是我国重大战略决策，也是我国坚持走环保低碳发展道路的客观要求，自2005年以来，我国风电装机容量呈现井喷式增长。“三北”地区是我国风电发展的主要地区，包括了国家规划的6个以陆地风电为主的千力‘千瓦级风电基地。如图1.1所示，截至2011年底，“三北”地区的风电装机容量达到3952万千瓦，而全国为4505万千瓦，由此可见，该地区风电装机量所占比例达到了87.7%。在“三北”地区风电的快速发展下，2012年底，我国风电装机容量跃居世界第一，达到6083万千瓦，同年风电发电量为1004亿千瓦时，超过核电发电量的982亿千瓦时，风电已成为了我国继火屯和水电后第三大主力电源。按照我国风电发展规划，2015年风电规模将达到1亿千瓦、2020年达到2亿千瓦⑴，其中80%以上集中在“三北”地区。虽然我国风电装机迅速，但近些年來我国弃风限电的情况愈加严重，表1.1就是2011年我国“三北”地区的弃风情况统计表，由表可以得出，2011年，“三北”地区总弃风电量超过了 100亿度，弃风比例接近16%，这些电量折合的电费损失约60亿元，折合火电机组煤耗384万吨，也等同于760万吨C02排放量。由表U可看到我国东北、华北和西北电网弃风比例都达到很高比例。而2012年，我国的风电弃风量同比翻番，风电设备利用小时数全国平均为1890小时，较2011年下降30小时，对此国家能源局在2013年3月下发了《关于做好2013年风电并网和消纳相关工作的通知》并指出：“2012年部分地区弃风限电现象严重，全国弃风电量约200亿千瓦时，直接经济损失在100亿元以上，其中仅东北地区限电量就达到100亿千瓦时，约占全国总量的一半”。由此可见“三北”区域弃风现象呈愈演愈烈的趋势。
1.1.2 “三北”地区电网消纳风电存在的问题
(1) 电源结构不合理
由图1.2所示，2011年全国发电总量为47217亿千瓦时，其中火电为38975亿千瓦时，占全国发电量的82.54%;水电为6626亿千瓦时，占总发电量14.03%;核电、风电分别为874亿千瓦时和732亿千瓦时，分别占1.85%和1.55%。由此可见我国的电源结构以燃煤发电为主，而在我国“三北”地区这一现象更为严重，这主要因为我国水利资源在地域分布上极不平衡，西部多，东部少，相对集中于西南，这造成了 “三北”地区水电所占比例低于全国平均比例。而2009年底我国东部地区水电基本开发完毕，中部地区幵发程度达到73%，只有西部地区开发程度较低。不仅如此“三北”地区火电机组中供热机组占据了很大的比例，例如蒙西火屯机组中的57.4%为供热机组，古林电网为72%，冬季供暖期问，其以热定电的运行模式严重影响了电网的调峰能力。
(2) 风电自身特性加剧屯网消纳难度，同吋外送能力不足
我国风电功率呈现明显的季节波动特征，相关文献对国内蒙西、蒙东、河北、江苏、酒衆、哈密6个大型风电基地的大范围风屯功率波动状况进行了评估。图1.3为这6个风电基地2009年风电总出力曲线，由图可以看到风电出力总体呈现冬、春季大，夏、秋季小的特征而我国“三北”地区11月至来年4月是集中供暖期，电网的调峰能力极为有限，这造成了我国“三北”地区冬季弃风现象最为严重。
2风电集中供热及热电机组参与电网优化调度分析
2.1风电集中供热分析集中供热
为我国节能减排做出了巨大贡献，同时它也成为了我国的一项基本政策。随着我国居民生活水平的日益提高及城镇化的快速发展，未来居民采暖能力需求将保持快速增长趋势，而我国“三北”地区当前面临着令人遞她的局面：一方面由于城市建设的迅速发展，集中供热能源十分紧缺；另一方面大量的风电能源在电网调峰的压力下并不了网，得不到有效的利用途径。在具有丰富风能资源的“三北”地区，如果能够将风力发出的部分电量用于城市的集中供热，那么就会在很大程度上减轻热电机组的供热伍力，电网消纳风电的能力得以提高。为此本文提出风电集中供热方案，将电加热设备集中布局在热电厂中，调度部门利用能量管理系统采集风电出力信息，并通过远程控制系统控制电加热设备，根据风电出力的波动实时调整电加热设备的供热量。本节首先分析此方案对热网及电力系统的影响，其次对风电集中供热进行了可行性分析。
3含风电集中供热的电力系统优化......... 20
3.1 目标函数......... 20
3.2 常规火电机组约束条件......... 22
3.3 热电机组约束条件......... 22
3.4风电机组约束条件......... 24
3.5系统约束条件......... 26
3.6本章小结......... 27
4含风电集中供热的电力系统优化......... 28
4.1机组组合应用算法......... 28
4.2负荷分配应用算法......... 36
4.3算法改进策略......... 43
4.4算法优化流程.........49
4.5本章小结......... 50
5仿真实例及分析......... 50
5.1 IEEE-10机标准测试系统计算分析......... 51
5.2含风电集中供热的电力系统......... 55
5.3 本章小结......... 61
结论
“三北”地区弃风严重，为此本文提出了风电集中供热方案以提高系统消纳风电的能力。在此基础上，构建了含风电集中供热的电力系统优化调度模型，并针对此模型设计了求解算法。在研究过程中完成的工作任务和成果主要包括以下几点：
(1)结合电网风电的经验及我国发电调度机制提出了风电集中供热方案，通过理论分析表明此方案可以增强系统消纳风电的能力。
(2)在传统的电力系统优化调度模型的基础上，通过添加热负荷平衡约束模型、热电机组热电出力约束模型、风电出力波动约束模型及风电集中供热约束模型，建立了含风电集中供热的电力系统优化调度模型。
(3)为了求解上述模型，设计了免疫遗传-拉格朗日松弛混合算法。
参考文献
[1]张运洲，胡泊.“三北”地区风电开发、输送及消纳研究[J].中国电力，2012，45(9) :1-6.
[2]于大洋，韩学山，梁军，等.基于NASA地球观测数据库的区域风电功率波动特性分析[J].电力系统自动化，2011,35(5) :77-81.
[3]王承熙，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2003.
[4] CHI Y N， ZHANG M, WANG Y F， et al. Study http://sblunwen.com/dlxtzdhlw/ on capability of Liaoning power grid toaccommodate wind power[R]. Beijing, China: China Electric Power Research Institute,2009.
[5]张宁，周天睿，等.大规模风电场接入对电力系统调峰的影响[J].电网技术,2010，32(1)：153-158.
[6] U.S. Department of Energy. 2009 Renewable energy data book[EB/0L].
[7] Sharman H. Why wind power works for Demark[J]. Civil Engineering, 2005，158(2) :66-72.
[8]程路，白建华，等.国外风电并网特点及对我国的启示[J].中外能源，2011，16(6) :30-34.
[9] Jorgensen P.丹麦风电的未来[J].能源技术经济，2011, 23(3) :6-10.
[10] Lund H, Mathiesen B. V. Energy system analysis of 100% renewable energy systems-Thecase of Denmark in years 2030 and 2050[J]. Energy, 2009, 34(5):524-531.