基于模拟植物生长算法的风电并网容量优化研究

０ 引 言
风能是一种清洁 的可再 生能 源 ， 能够带 来显著 它 的环境效益和社会经济效益 。近年来 我国的风力
发 电事 业 发 展 迅 速 ， 关 的风 电 并 网 研 究 工 作 也 相 继 相
发展也在一些 电网中超过 了现有模 型所 能计算 的最大 并 网容量。本文在风 电并 网环境 的不确 定性 基础上 ， 利用 模拟植 物生长算法 ， 建模计算 出了风 电并 网容量 。
２ 容 量优化 建模
２ １ 不 确 定 环 境 的 建模 分 析 ．
通过从数学的角度对植 物生长的向光性特点进行
风 电并 网容量的 主要 不确 定 因素 是风速 和负荷 。 风 电场 的功率会受到风 速波动 、 系统 电压和其他 机组 出力的影响。一般 不考虑 电压 和潮流 因风 电波动而越 限， 这构成了风电并 网容量计 算 的电网安全 约束 。由 于受风能随机性和间 隙性 的影 响 ， 电出力 的调 度能 风 力不 同于火 电 、 电等 电厂 出力 ， 水 因而 国外有人提出 了 根据电网运 行安全 对风 电场 出力进 行 限制 ， 即在相 关
安全运行约束计算 时 ， 电场运行 引入 了各种 控制措 风 施， 这对提高并 网容量有重要作用 。同时 ， 电的快速 风
甘 肃省 自然科 学 计划基 金 资助项 目（ 编号 ：０ ７ Ｓ ３ ） ２０ Ｇ Ｉ ４ 。 Ｍ８
修 改稿 收到ห้องสมุดไป่ตู้日期 ：０ ０— ８— ６ ２１ ０ ０ 。
第一作 者张 明光 ， １７ 年 生 ，０２年 毕业 于甘 肃工 业 大学 电 气 自 男，９ １ ２０ 动化 专业 ， 获硕 士 学位 ， 教授 ； 要 从 事控 制理 论 、 主 电力 系统 自动 化 和 变
分析 ， 文献 ［ ］ ６ 建立 了植 物 向光性 的概率 生长模 型。
其主要思想是假 设一棵 树有树干 和树枝 ｍ， 上有
ｋ个 比树根环境条件好 的生长 点 ｓ Ｊ … ， ｓ
条件好 的生长点 Ｓ 浓度为 ：
其对
应 的形态素浓度为 Ｐ Ｐ …， 帆； ， Ｐ ｍ上有 ｑ 比树根 个 …， ， 其对应 的形态素 浓度
ｌｒ ｅ ｓａｅ ｎ ｏ ｒｃ ｐ ｃｔ ａｇ —ｃ ｌｄ ｗｉｄ ｐ ｗｅ ａ ａ ｉ ｙ，ｕ ｄ ｒｔｅｐｒｓ ｐ ｏ ｉｉｎ ｏ ｎ ｕ ｉｇ ｔｅ ｓ ｆｔ ｐ ｒｔｏ ｆｔｅ ｓ ｓｅ ， ｔｅ ｏ ｔ ｌａ ａｙ ｉ ｄ ｌｏ ｎ ｎ ｅ ｈ ｅ ｕ ｐ ｓｔ ｆｅ ｓ ｒｎ ａｅｙ ｏ ｅａｉｎ ｏ ｈ ｙ ｔｍ ｏ ｈ ｈ ｐｉ ｎ ｌｓｓ ｍｏ ｅ ｆｗｉｄ ｍａ
表 １ 风 电并 网 容 量优 化 建 模
Ｔ ｂ １ Ｏｐ ｉ ｄ ａｉ ｎ ｍｏ ｅｉ ｇ ｆｒ ｗｉｄ ｐ ｗｅ ｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ａ ． ｔ ｚ ｔ ｄ ｌ ｏ ｎ ｏ ｒｇ ｉ －ｏ ｎ ｃｅ ｎ ｏ ｎ
其取值越小则表示对应点 的环境条件越好 ， 有利于长 出
电 随 机性 和 间 隙性 对 系 统 的 影 响 ， 者 能 够 适 用 于 不 后 确定 环境 下 的建 模 分 析 ， 算 法 有 约 束 条 件 。 当 电 网 且
树枝 ， 生长 出新 的树枝 ； ③如果仍存在形态素浓度大 于 零的树枝 ， 则转 向② ， 复进行 这种 分枝 行为 ； 整个 反 ④ 植 物最终 由许 多相 似 的枝节 组 成 ， 物进 入 成 熟期 。 植 当植物有一个 以上 的节时 ， 体哪 个节能 生长 出新枝 具 取 决于其 形态素浓度 ， 态素 浓度较 高 的生长 点将具 形 有 较大的优先生长机 会 。生 物学试 验 已证 明 ， 定植 决 物枝 芽生长的形态素浓度并非是预先 已全部赋予给生 长点 的 ， 而是 生长点从其 环境 中接收到它 的位置信息 ， 植 物依据 这种信 息 ， 现 出明显 的向光性 特 点。当后 表
中图 分类号 ：Ｔ １ Ｍ６４
文献标 志码 ：Ａ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｉ ｃ ｏｄ ｎ ｅｗｉｈ ｔｅ ｆａｕ ｅ ｆｗｉ ｄ ｅ ｅｇ ｔａ ｔ ｎ ａ ｃ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｅ ｔｒ ｓｏ ｎ ｎ ｒｙ，ｉ ｅ．，ｒｎ ｏ ａ ｄ ｉｔｒ ｔ ｎ ，ｔｅ ｉｆ ｎ ｅ ｏ ｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｏ ａｇ ａ ａ ｉ ． ａ ｄ ｍ ｎ ｎ ｅｍｉｅ ｔ ｈ ｎ ｕｅ ｃ ｆｇ ｉ ｏ ｎ ｃｉ ｆｌｒ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｔ ｌ ｏ ｙ ｗｉｄ ｐ ｗｅ ｎ ｇ ｄ ｏ ｅａｉｎ ｉ ｎ ｌｚ ｄ．Ａｉ ｎ ｔｔｅｐ ｏ ｌｍ ｆｌｗ ｃ ｎ ｄ ｎ ｅｏ ｅ ｃ ｐａ ｉ ｆｗｉｄ ｆｒ ｎ ｅｄｆ ｃ ｌ ｆｃ ｌｕａｉｇ ｎ ｏ ｒｏ ｒ ｐ ｒ ｔ ｓａ ａｙ ｅ ｉ ｏ ｍｉｇ ａ ｈ ｒ ｂｅ ｏ ｏ ｏ ｆ ｅ ｃ ｆｔ ａ ｃｔ ｏ ｎ ａ ｉ ｈ ｙ ｍ ａ ｄ ｔ ｉｆ ｕｔ ｏ ａｃ ｌｔｎ ｈ ｉ ｙ
Ｓ ＋ Ｅ（ 。 一 （ 竹 ］ ） ｆ Ｓ ） ｆ ｓ ）
式 中： 为树根所在点 ． ） 为所在点 的环境信息 函数 ，
机出力的影 响 ， 在风 电场减 出力措施 动作机 会最小 的 目标 下求 解 风 电并 网容量 。优 化 过程 的建 模 思路 如
表 １ 示。 所
基 于模拟植 物生长 算法的风电并网容量优化研究
张明光 ， 等
基 于模 拟植 物 生 长 算 法 的风 电并 网容 量优 化 研 究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏｎ Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｉ— ｏｎ ｅ ｔ ｄ Ｃａ ａ ｉ ｏｒＷ ｉ ｄ Ｐ ｗ ｅ ｓ ａ ｃ ｔ ｚ ｔ ｆ Ｇｒ ｃ ｎ ｃ ｅ ｐ ｃｔ ｆ ｎ ｏ ｍ ｏ ｄ ｙ ｒ Ｂａ ｅ ｎ Ｐｌｎ ｗ ｔ ｍ ｕ ａ ｉｎ Ａｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ｄ ｏ ａ ｔ Ｇｒ ｏ ｈ Ｓｉ ｌｔ ｇ ｒ ｈ ｏ ｔ
和 间隙性 ， 以其大规模 并 网发 电会 影 响电 网的安全 所
运 行 。随 着 风 电 装 机 容 量 的 增 加 ， 电并 网对 电 网 风
安全运行的影响从 局部逐渐扩大到整个网络 ， 因此 ， 很
多 学 者 从 电 网 静 态 安 全 运 行 的 角 度 计 算 了风 电场 的最
生长过程总体上可 以描述 为 ： 种子破 土长出茎杆 ， ① 茎
新枝。式 （ ） １ 的物理意义表明 ， 各生长点形态素浓度 的 大小是由各 点 的环 境条 件之差 的相对 大小来 决定 的。 真实刻画了生长点形态素浓度值 与环境条 件之间的对 应关系 ， 这与植 物细胞的形态素浓度 生成机理相一致 。
ｐ ｗｅ ｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｃ ｐ ｃｔ ａ ｅ ｎ ｐａ ｔｇ ｏ ｈ ｔｅ ｒ ｓｃ ｎ ｔｕ ｔｄ． Ｉ ｈ ｓｍｏ ｅ －ｔｅ ｃ ｎ ｔａｎ ｆｗｉｄ ｐ ｗｅ ｅ ｅａｉｎ ｃ ｐ ｃｔ ｓ ｏ ｒｇ ｏ ｎ ｃｅ ａ ａ ｉｙｂ ｓ ｄ ｏ ｌｎ ｒｗｔ ｏｙ ｉ ｏ ｓｒ ｃｅ ｉ ｈ ｎ ｔｉ ｄ ｌ ｈ ｏ ｓｒ ｉｔｏ ｎ ｏ ｒｇ ｎ ｒ ｔ ａ ａ ｉｙ ｉ ｏ ｉｔｏ ｃ ｄ，ａ ｄ ｔｅ ｉ ｕ ｎ ｅ ｏ ｕｐ ｔｒ ｄ ｃｎ ｏ ｔｏ ａ ｕ ｅｆｒｗｉｄ ｐ ｗｅ ａ ｓｃ ｎ ｉｅｅ ｎｒｄｕ ｅ ｎ ｈ ｎ ｅ ｃ ｆｏ ｔｕ ｅ ｕ ｉ ｇｃ ｎｒｌｍｅ ｓ ｒ ｏ ｎ ｏ ｒｆｒ ｉ ｏ ｓｄ ｒ ｄ．Ｂａ ｅ ｎ ｔｅ ｏ ｔ ｌｒ ｓ ｔｏ ｎ ｏ ｒ ｌ ｆ ｍ ｓ ｄｏ ｈ ｐｉ ｅｕｌ ｆｗｉｄ ｐ ｗｅ ｍａ ｇ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ａ ａ ｉｙｏ ＥＥＥ ９ ｂ ｙ ｔｍ ，ｔｅｃ ｒｅ ｔ ｅｓｏ ｈ ｄ ｌ ｓｖ ｒｆ ｄ．Ｔ ｅｍｏ ｅ ｓ ａ ｅｕ ｅ ｎ ｕ ｃ ｒａｎ ｅ ｖｒｎ ｎ． ｉ ｒ ｏ ｎ ｃｉｎ ｃ ｐ ｃｔ ｆＩ ３ ｕｓｓ ｓｅ ｈ ｏｒ ｃｎ ｓ ｆｔｅｍｏ ｅ ｅ ｉ ｉ ｉ ｅ ｈ ｄ ｌａ ｏｃ ｎｂ ｓ ｄ ｉ ｎ ｅｔｉ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ Ｋｅ ｗｏｒ ｓ： Ｗ ｉｄ ｐ ｗｅ ｅ ｅａｉｎ Ｇｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｃ ｐ ｃｔ Ｐ ｗｅ ｒｄ ｓ ｃ ｒｔ Ｏｐｉ ｚ ｔ ｎ ｍｏ ｌ Ｓ ｍｕａｉｎ ａｇ ｒｔ ｙ ｄ ｎ ｏ ｒｇ ｎ ｒ ｔ ｉ — ｏ ｎ ｃｅ ａ ａ ｉ ｏ ｙ ｏ ｒｇｉ ｅ ｕ ｙ ｉ ｔｍｉａｉ ｄｅ ｉ ｌｔｏ ｏ ｈｍ ｏ ｌ ｉ
旅明先
彦 凯
（ 兰州理 工 大学 电力工程 与信 息 工程 学院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ） 甘 ３ ０ ０
摘
要 ：根据 风能 具有 随机性 和 间歇性 的特 点 ， 析 了大容 量风 电并 网对 电 网运 行造 成 的影 响 。针对 风 电场容 量 可 信 度低 、 型 风 分 大
为 Ｐ Ｐ … ， 则树 干及树 枝上 各生 长点 形态 素 Ｐ ，Ｓ ｆＳ （ 。 （ ） － ［ ｓ 。
一
的风电场出力过大导致 电网超安 全运行 时 ， 降低相 关
风场的出力 ， 为减 出力 措施 引。本 文采 用减 出力 称
措 施 对 风 电 并 网容 量 和发 电 能力 的协 调 优 化 问题 进 行
电容量 计算 难的 问题 ， 保证 系统 安全 运行 的前 提下 ， 在 建立 了基 于模 拟植 物 生 长算 法 理论 的风 电并 网容 量 的优 化 分 析模 型。该 模 型
引入 了风 电的发 电能力 约束 ， 虑了 风电场 减 出力控 制措施 的影 响 因素 ， Ｉ Ｅ ９节点 系统 的风 电并 网容 量计算 中得 以运 用 。试 验 考 在 Ｅ Ｅ３ 证 明该 模 型正确 ， 适用 于不 确定 的应用 环境 。 关键 词 ：风 力发 电 并 网容 量 电 网安全 优化 模 型 模 拟算 法
（） １
Ｓ 。
一
Ｓ ＋三［（。 一 （ ］ ） 厂 Ｓ ） ， Ｓ ） Ｓ ）
分析。风电发 电能力是指一定时 间段 内风 电平均出力 与系统平均负荷 的比值 。以电网安全运行和风 电的发 电能力为约束 ， 同时也考虑 系统潮 流方程 和其他 发 电
ｅ（ 。 ｆｓ
一
１ 模拟 植物 生 长算 法
１ １ 植 物 生长 的 向 光 性 ．
展开 。合理利用风能对我 国实现经济 的高速可持续发
展 具 有 极 其 重 要 的意 义 。 由于 风 能 具 有 很 强 的随 机 性
在植物 生长过 程 中， 为获得 足够 的 阳光 来进行 光 合作用 ， 物总在 努力地 向上及 四周 繁殖 出更多 的树 植 枝和树 叶 ， 使其 与阳光 的接触 表面 积尽 可能大 。这 个
杆在一些 叫做节 （ 也称生长 点 ） 的部位长 出新枝 ； 在 ②
形 态 素 浓 度 大 于 零 的树 枝 里 面选 择 形 态 素浓 度 最 大 的
大并网容 量 ， 如采 用 确 定 性 方 法 和模 拟 植 物 生 长 算 法 。前者计 算 了风 电并 网的容 量 ， 不能 考虑 风 但
电所 自动化 等方 面的研 究 。
《 自动化仪表》 ３ 第 ２卷第 ５期
２１ ０ １年 ５月
１ ７
基 于模拟植物生长算法的风 电并 网容量优化研究
张明光 。 等
续新 的生长点产生后 ， 态素浓度 将根据 新系统 所在 形 环境 的改变 ， 重新在各 生长点之问进行分配 。
１２ 植 物 向光 性 的植 物模 拟 ．