電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的必要性和措施

摘 要：智能電網(wǎng)在給調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)帶來重大機(jī)遇的同時(shí)，也提出了更多的挑戰(zhàn)。面對(duì)大電網(wǎng)運(yùn)行的特性中，新能源入網(wǎng)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、輸電等級(jí)不斷提高的情況，必須積極發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，以降低電網(wǎng)損耗，提升電網(wǎng)集約化水平，文章就經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的實(shí)現(xiàn)措施和途徑展開了討論。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)型調(diào)度；集約化；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0090-03

隨著智能電網(wǎng)在我國(guó)的深入發(fā)展，電力系統(tǒng)已經(jīng)由孤立的發(fā)電時(shí)代，經(jīng)過電網(wǎng)時(shí)代，逐步進(jìn)入數(shù)字電力時(shí)代。針對(duì)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)公司提出“國(guó)分一體化”的發(fā)展策略，智能電網(wǎng)時(shí)代的調(diào)度自動(dòng)化將更加強(qiáng)調(diào)全網(wǎng)協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，遠(yuǎn)距離、大容量、跨地區(qū)輸電使得電網(wǎng)運(yùn)行特性更加復(fù)雜，分布式能源接入電網(wǎng)也給調(diào)度帶來新的研究?jī)?nèi)容，在此背景下，積極發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)提升電網(wǎng)集約化水平具有重要意義。

1 電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的必要性

1.1 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制功能

與其它能源相比，電能具有不可存儲(chǔ)性，發(fā)出的電能必須實(shí)現(xiàn)“發(fā)-輸-供-用”瞬時(shí)完成，因此，必須進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度。調(diào)度自動(dòng)化是指通過對(duì)系統(tǒng)中各元件的狀態(tài)控制，來協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行情況，通過對(duì)儀表和自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備的控制，來實(shí)現(xiàn)調(diào)度功能、提升電網(wǎng)運(yùn)行效率、降低電網(wǎng)損耗、保障系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行特性更加復(fù)雜、設(shè)備負(fù)荷狀態(tài)多變、受自然環(huán)境影響大，要保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須發(fā)展調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，以提升電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性和控制功能。

1.2 發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度是降低電網(wǎng)能耗的需要

作為高能耗行業(yè)，電力系統(tǒng)的能源損耗一直居高不下，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電能的整個(gè)發(fā)、變、供、配的過程中，各種電力設(shè)備的能耗約占發(fā)電量的30%，隨著我國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)的進(jìn)程不斷深入，電網(wǎng)的電壓等級(jí)不斷提升、輸電容量不斷增加、交直流混聯(lián)使得電網(wǎng)的運(yùn)行特性更加復(fù)雜，我國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)特性復(fù)雜的大系統(tǒng)。

可見，要提升電網(wǎng)運(yùn)行效率，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的戰(zhàn)略規(guī)劃，發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度勢(shì)在必行，如何有效的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，提升電網(wǎng)的集約化水平成為現(xiàn)代調(diào)度技術(shù)研究的熱點(diǎn)。根據(jù)國(guó)家頒布的最新《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法實(shí)施細(xì)則》，我國(guó)將在保障系統(tǒng)電能供應(yīng)可靠的基礎(chǔ)上，根據(jù)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，選擇優(yōu)先使用可再生能源，以最大限度的降低能源損耗。

2 發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的措施研究

隨著電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)度自動(dòng)化也在向著智能化與自動(dòng)化方向進(jìn)步。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的措施是多方面的，包括電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整、功率因數(shù)、網(wǎng)架改造、電力設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面，以期實(shí)現(xiàn)調(diào)度決策的精益化、運(yùn)行控制智能化、網(wǎng)架協(xié)調(diào)最優(yōu)化。

2.1 構(gòu)建系統(tǒng)的最優(yōu)潮流

電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要針對(duì)變壓器和輸電線路而言，系統(tǒng)最優(yōu)潮流指的是：尋找一種最優(yōu)的電網(wǎng)網(wǎng)架和負(fù)荷運(yùn)行情況，使得系統(tǒng)在達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行所需的節(jié)點(diǎn)約束與安全約束的前提下，通過電網(wǎng)調(diào)度，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)損耗最低、發(fā)電成本最少。

對(duì)電網(wǎng)的最優(yōu)潮流控制需要結(jié)合電網(wǎng)的遠(yuǎn)景規(guī)劃、實(shí)際運(yùn)行特性、負(fù)荷變化情況等多個(gè)因素來進(jìn)行，主要是通過控制系統(tǒng)電壓和調(diào)整潮流流向，例如：調(diào)整變壓器分接頭、調(diào)整系統(tǒng)中運(yùn)行的主變臺(tái)數(shù)、投切電容器和電抗器、改變系統(tǒng)元件的運(yùn)行方式等，使整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行于最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，提升用戶的功率因數(shù)。

2.2 實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

作為電力系統(tǒng)運(yùn)行中的最重要元件，變壓器臺(tái)數(shù)多、總?cè)萘看螅瑩p耗是電網(wǎng)設(shè)備中最大的，變壓器的電能損耗占總發(fā)電量的約10%，因此，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的過程中，應(yīng)該著重注意實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2.1 實(shí)現(xiàn)變壓器實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度

目前系統(tǒng)中還有較多的運(yùn)行超期和高能耗變壓器在運(yùn)行，此外，運(yùn)行的變壓器也不一定處于最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)間，很多地區(qū)配電網(wǎng)的變壓器都是按照自然狀態(tài)在運(yùn)行，造成不必要的電網(wǎng)損耗。基于此，應(yīng)該通過嚴(yán)密的分析和計(jì)算來調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷，并結(jié)合主變的特性、參數(shù)，來選擇變壓器的運(yùn)行方式。

在實(shí)際的調(diào)度工作中，在遠(yuǎn)動(dòng)主站中對(duì)變電站所轄范圍內(nèi)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行編程，結(jié)合調(diào)度工作站監(jiān)視到的變壓器實(shí)際運(yùn)行情況和繪制的消耗曲線，來進(jìn)行實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。當(dāng)某個(gè)主變壓器達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的拐點(diǎn)時(shí)，要求調(diào)度工作站發(fā)出信號(hào)提示調(diào)度工作人員，進(jìn)行變壓器的解列或并列操作。某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度后的節(jié)能情況見表1。

由表1可知，考慮了電網(wǎng)損耗和負(fù)荷關(guān)系的經(jīng)濟(jì)曲線運(yùn)行，取得了顯著的節(jié)點(diǎn)效益，累積達(dá)到390 500 kW·h，為電網(wǎng)節(jié)能高效運(yùn)行做出了較大貢獻(xiàn)。

2.2.2 更換為節(jié)能新型變壓器

目前，我國(guó)低壓配電網(wǎng)中變壓器的損耗問題尤為嚴(yán)重，約占農(nóng)電網(wǎng)損耗的60%，由于配電網(wǎng)運(yùn)行條件惡劣，且直接接入用戶環(huán)節(jié)，我國(guó)配電網(wǎng)設(shè)備普遍運(yùn)行時(shí)間超期，導(dǎo)致設(shè)備老舊嚴(yán)重，配電網(wǎng)發(fā)展水平低于電網(wǎng)發(fā)展的其它環(huán)節(jié)。智能電網(wǎng)倡導(dǎo)綠色、低碳、環(huán)保，近年來國(guó)家電網(wǎng)公司也加大對(duì)配電網(wǎng)的資金投入，進(jìn)行配網(wǎng)設(shè)備的優(yōu)化與改造，對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也應(yīng)該積極將系統(tǒng)中的高能耗設(shè)備更換為新型節(jié)能變壓器，例如：非晶合金鐵芯變壓器、優(yōu)質(zhì)硅鋼片系列超低損耗變壓器等。

2.3 降低輸電線路損耗

輸電線路損耗也是電網(wǎng)損耗的一個(gè)主要部分，輸電線路降損一直是電網(wǎng)公司考核經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)之一，近年來，線損“四分”（分區(qū)、分壓、分線、分臺(tái)區(qū)）管理取得了一定成效，與此同時(shí)，在降低輸電線路損耗方面，經(jīng)濟(jì)型調(diào)度還應(yīng)該注意以下方面的內(nèi)容。

2.3.1 線路降損的建設(shè)性措施

建設(shè)性措施主要包括：

①加大輸電導(dǎo)線的截面積，提升輸電線路質(zhì)量，從材料上提升線路降損效率。

②加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，提升線路功率因數(shù)，做好無功功率的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

③充分考慮城市規(guī)劃、電網(wǎng)現(xiàn)狀，優(yōu)化電網(wǎng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。

④針對(duì)輸電線路走廊緊張的問題，增設(shè)同桿并架，實(shí)現(xiàn)集約用地，提升線路傳輸容量。

2.3.2 線路降損的運(yùn)行性措施

在運(yùn)行中降低輸電線路損耗，是經(jīng)濟(jì)型調(diào)度的重點(diǎn)內(nèi)容。主要是通過改善潮流分布、調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、做好負(fù)荷預(yù)測(cè)、合理安排電網(wǎng)的保供電計(jì)劃、優(yōu)化設(shè)備檢修等方法來進(jìn)行。

①改善系統(tǒng)潮流分布。

隨著環(huán)形供電、雙電源和多電源運(yùn)行方式在電網(wǎng)中逐漸增加，以及智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，大規(guī)模新能源的入網(wǎng)，給電網(wǎng)潮流分布帶來一定沖擊，因此，應(yīng)該改善系統(tǒng)潮流分布，實(shí)現(xiàn)線路的經(jīng)濟(jì)功率分布。

對(duì)于線路的R/X值相同的均一網(wǎng)絡(luò)，線路的自然分布與經(jīng)濟(jì)分布一致，但對(duì)于環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)和分布式電源接入的系統(tǒng)，線路的自然功率與經(jīng)濟(jì)分布就存在一定的差異，此時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，降低電網(wǎng)損耗，應(yīng)該從以下方面加以考慮：

首先，對(duì)于環(huán)網(wǎng)線路，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)該選擇合適的開環(huán)點(diǎn)。其次，環(huán)網(wǎng)線路和分布式電源接入的線路，對(duì)于R/X值很小的區(qū)段應(yīng)進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償。此外，在環(huán)網(wǎng)中可以加裝混合型調(diào)壓變壓器，以改善線路的自然功率，由混合型調(diào)壓變壓器產(chǎn)生的循環(huán)功率有利于線路達(dá)到最優(yōu)化經(jīng)濟(jì)分布。

②做好經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整。

調(diào)度應(yīng)該結(jié)合實(shí)際的負(fù)荷預(yù)測(cè)情況以及地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)，來做好經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整。例如，對(duì)于低壓配電網(wǎng)，在后半夜這一用電負(fù)荷的低谷期運(yùn)行時(shí)，用電負(fù)荷少，運(yùn)行電壓高，很容易造成空載損耗。所以，在實(shí)際調(diào)度中，可以考慮在深夜的用電負(fù)荷低谷期，對(duì)配電線路（尤其是農(nóng)網(wǎng)線路）按照電壓下限運(yùn)行。

在實(shí)際的調(diào)度工作中，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通過采集的遙測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線運(yùn)算結(jié)果，形成負(fù)荷電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，該曲線輔助調(diào)度做出決策，發(fā)出信號(hào)和指令，來進(jìn)行變電站的電容投退、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)整、變化變壓器分接頭等動(dòng)作，以使得電網(wǎng)運(yùn)行電壓達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)根據(jù)負(fù)荷運(yùn)行情況來削峰限電，降低負(fù)荷的峰谷差，使負(fù)荷曲線更加平坦，不僅有利于降低電網(wǎng)損耗，還有利于提升電網(wǎng)內(nèi)電力設(shè)備的壽命。

③合理安排系統(tǒng)檢修任務(wù)。

電力系統(tǒng)檢修是檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)事故隱患、提升設(shè)備運(yùn)行水平的重要途徑，但與此同時(shí)，設(shè)備檢修時(shí)整個(gè)電力系統(tǒng)的功率損耗和能量損失都大于正常運(yùn)行時(shí)，尤其是A級(jí)大修時(shí)，通常需要所有設(shè)備停運(yùn)，帶來局部停電，因此，經(jīng)濟(jì)型調(diào)度在安排檢修時(shí)，應(yīng)該注意系統(tǒng)的計(jì)劃性，在保障檢修質(zhì)量的前提下，盡量縮短檢修時(shí)間，提倡帶電檢修和狀態(tài)檢修，對(duì)年度、月度檢修計(jì)劃進(jìn)行精細(xì)化管理，以降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。

2.4 發(fā)展一體化智能電網(wǎng)調(diào)度體系

創(chuàng)建智能電網(wǎng)發(fā)展下的經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行監(jiān)視全景化、安全評(píng)估動(dòng)態(tài)化、運(yùn)行控制自動(dòng)化、機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)最優(yōu)化。隨著調(diào)度通信的主干信道日漸光纖化，高速的網(wǎng)絡(luò)化通信能夠傳遞更加高速、穩(wěn)定的專用數(shù)據(jù)，為經(jīng)濟(jì)型調(diào)度決策的判斷和執(zhí)行創(chuàng)造良好的通信基礎(chǔ)。運(yùn)行監(jiān)視全景化指的是，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間、業(yè)務(wù)等多維度廣層面的全景化監(jiān)視，在傳統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全景監(jiān)視、智能告警、數(shù)據(jù)共享的多角度可視化，提升智能調(diào)度的自動(dòng)化水平。此外，針對(duì)電網(wǎng)分布的廣域性、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)的快速性、故障特征的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全評(píng)估的動(dòng)態(tài)化，結(jié)合電磁穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)的多角度分析，能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓、遠(yuǎn)距離、大容量、交直流混聯(lián)的大電網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和告警，并通過動(dòng)態(tài)的評(píng)估，對(duì)電網(wǎng)安全決策和協(xié)調(diào)控制提供幫助。

3 結(jié) 語

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，大容量、遠(yuǎn)距離、高電壓、大型可再生能源入網(wǎng)等新的變化給電網(wǎng)調(diào)度提出了更高的要求，如何構(gòu)建適應(yīng)系統(tǒng)特性復(fù)雜的大電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)型調(diào)度，有效降低電網(wǎng)損耗，提升調(diào)度的靈活和快速水平，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)AGC、AVC、設(shè)備投切、潮流調(diào)整等的自動(dòng)調(diào)整和協(xié)調(diào)控制，將成為經(jīng)濟(jì)型調(diào)度發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)?？梢灶A(yù)見的是，電網(wǎng)調(diào)度將逐漸智能化，我國(guó)電網(wǎng)也將更加健康、綠色、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黎靜華，韋化，夏小琴.智能電網(wǎng)下節(jié)能發(fā)電調(diào)度多Agent系統(tǒng)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（21）.

[2] 王興國(guó)，姚力強(qiáng)，常澍平，等.基于智能電網(wǎng)的節(jié)能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方法探討[J].河北電力技術(shù)，2009，（S1）.

[3] 楊德昌，李勇，C.Rehtanz，等.中國(guó)式智能電網(wǎng)的構(gòu)成和發(fā)展規(guī)劃研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，（20）.

[4] 雷耀基.智能電網(wǎng)與節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].科技資訊，2011，（4）.