工業(yè)用戶時段錯峰方案優(yōu)化編制方法研究

楊定立,張 瑋

(1.國網(wǎng)陜西省電力公司,西安 710048; 2.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京 102206)

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工業(yè)用戶時段錯峰方案優(yōu)化編制方法研究

楊定立1,張 瑋2

(1.國網(wǎng)陜西省電力公司,西安 710048; 2.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京 102206)

為了提高工業(yè)用戶有序用電實施的環(huán)境效益,筆者在分析目前有序用電管理中存在問題的基礎(chǔ)上,提出了工業(yè)用戶有序用電錯峰優(yōu)先級序位評價指標(biāo)體系、綜合評價方法和時段錯峰方案優(yōu)化編制方法,并以某10 kV公網(wǎng)線路工業(yè)用戶為例進(jìn)行分析。結(jié)果表明,工業(yè)用戶時段錯峰評價指標(biāo)體系與方案優(yōu)化模型可在有序用電方案有效實施的基礎(chǔ)上擴大環(huán)境效益,促進(jìn)電力行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排。

工業(yè)用戶;有序用電;方案編制;節(jié)能減排

有序用電為科學(xué)合理地用電,即采用各種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、法律、行政等手段以達(dá)到節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境間協(xié)調(diào)、可持續(xù)性發(fā)展的目的[1]。眾多專家學(xué)者對有序用電從不同的角度進(jìn)行了研究,文獻(xiàn)[2-3]在分析有序用電關(guān)鍵內(nèi)容基礎(chǔ)上,歸納了有序用電實際管理中存在的忽視企業(yè)自身有序用電價值、錯避風(fēng)指標(biāo)的分解不合理、有序用電方案編制缺乏科學(xué)的決策理論支持、有序用電執(zhí)行后評估缺乏合理的評估原則和評估方法等問題。文獻(xiàn)[4-7]引入屬地管理概念和精細(xì)化管理思想,從經(jīng)濟(jì)效益的角度對有序用電管理展開分析,分析了減少用戶和成本、提升用電效率、減少不必要電力投資的方法。然而,上述研究大多數(shù)從理論角度對有序用電的管理提出了建立,對用戶有序用電序位評價及有序用電方案編制缺乏研究。對此,本文從用戶、電網(wǎng)和社會角度構(gòu)建有序用電用戶序位評價指標(biāo)體系,以對全體用戶的影響最小化構(gòu)建相應(yīng)的方案編制模型,并用于某10 kV公網(wǎng)線路工業(yè)用戶,減少了電耗量,提高了有序用電所帶來的節(jié)能減排量和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工業(yè)用戶有序用電序位評價指標(biāo)體系

目前,在有序用電方案制定的實際過程中,往往以實現(xiàn)錯避峰負(fù)荷目標(biāo)的可行性、方案的易操作性為原則,較大程度上忽視了用戶的用電價值和有序用電在節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境等方面的作用。

本文從電網(wǎng)、用戶和社會角度構(gòu)建評價指標(biāo)體系、工業(yè)用戶時段錯峰序位評價指標(biāo),如表1所示,“正指標(biāo)”即其值越大得分越高的指標(biāo),用戶評價得分越高,表明該用戶的有序用電優(yōu)先級越高,即優(yōu)先被考慮納入有序用電方案。

表1 工業(yè)用戶時段錯峰序位評價指標(biāo)

1.1 用電價值

用戶用電價值各個指標(biāo)計算表達(dá)式如下:

1) 用戶i在第y年的年產(chǎn)值占比為

(1)

2) 用戶i在第y年的購電費用占比為

(2)

式中:Ci,y為用戶i在第y年的年購電費用,元。

3) 用戶i的年均產(chǎn)值增長率為

(3)

式中:Ri,inc為用戶i的年均產(chǎn)值增長率;Ri,n為第i個用戶第n年的年產(chǎn)值,元;Ri,n-t為第i個用戶第(n-t)年的年產(chǎn)值,元。

1.2 能耗與排污

用戶i在第y年的單位產(chǎn)值電耗為

(4)

(5)

第i個用戶對第k類污染物的排放強度為

(6)

式中:Ei,k,y為第i個用戶排放第k類污染物在第y年的排放量,kg。

1.3 錯避峰能力

第i個用戶的可轉(zhuǎn)移負(fù)荷率為

(7)

2 指標(biāo)賦權(quán)與綜合評價

2.1 指標(biāo)值的處理

由于負(fù)指標(biāo)對得分起到副作用,需要將其值轉(zhuǎn)化為正指標(biāo)值。本文對指標(biāo)體系中的各負(fù)指標(biāo)按下式進(jìn)行處理:

(8)

式中:xi為第i個用戶的指標(biāo)值;X為所有用戶的指標(biāo)值集合。

2.2 無量綱化

由于各評價指標(biāo)之間存在著量綱、量級上的差異,為消除此影響,將各個指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理。常用的無量綱化方法包括線性比例法、極值處理法、比重法等。本文選擇極值法進(jìn)行處理:

(9)

2.3 層次分析法

本文選擇AHP(Analytic Hierarchy Process)方法對指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),其計算步驟:1)建立層次結(jié)構(gòu)模型;2)構(gòu)造判斷矩陣;3)層次單排序與一致性檢驗;4)層次總排序;5)層次總排序的一致性檢驗。對于AHP方法的具體計算公式本文不再贅述,具體見文獻(xiàn)[8]等。

利用AHP方法得出各個指標(biāo)的權(quán)重后,可通過綜合計算式(10)求出各個用戶的得分。

(10)

式中:wk為第k個指標(biāo)值的權(quán)重;xi,k為第i個用戶第k個指標(biāo)無量綱化后的值。

3 時段錯峰方案編制優(yōu)化

時段錯峰即通常所說的調(diào)班。參與時段錯峰的用戶應(yīng)為非連續(xù)性生產(chǎn)用戶或部分生產(chǎn)非連性用戶。在實際制定計劃時,用戶集合定義為可參與時段錯峰的所用用戶。時段錯峰的最小周期應(yīng)為1 d,且同1 d內(nèi)用戶只能參與1次時段錯峰。

3.1 時段錯峰方案編制優(yōu)化模型

利用前文所提評價方法將可參與錯峰的用戶構(gòu)成有序集合C={c1,c2,…,ci},用戶i的錯峰負(fù)荷為Li,正常工作時段為[ti,s,ti,e]可接受的最大錯峰時長為hi,max,構(gòu)建時段錯峰方式的有序用電方案制定模型,以滿足有序用電錯峰目標(biāo)條件下,方案對用戶用電總體影響最小化為優(yōu)化目標(biāo)。

(11)

約束條件如下:

1) 用戶參與條件約束

(12)

式中:xi為0、1變量,值為1時表示用戶i可以參與到該峰時段的時段錯峰計劃中。

(13)

2) 錯峰負(fù)荷量約束

(14)

zi≤xi

(15)

式中:zi為0、1變量,值為1時表示用戶i實際參與到時段錯峰中。

3) 其他時段負(fù)荷供應(yīng)約束

(16)

式中:yi,t為0、1變量,值為1時表示若用戶i參與到第j天的時段避峰,則用戶i將在t時刻增加生產(chǎn)工作。

(17)

式中:ΔCt為t時刻所能增加的最大負(fù)荷量。

3.2 求解步驟

由于用戶序列是一個有序序列,因此該模型的求解并不是一個全局尋優(yōu)的過程,其求解步驟如下:

步驟1:將第一個用戶加入結(jié)果集Cresult,判斷該集合是否滿足所有約束,若滿足進(jìn)行步驟3。

步驟2:將下1個用戶加入結(jié)果集Cresult,判斷是否滿足所有約束,若滿足約束進(jìn)行步驟3,否則重復(fù)步驟2。

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

以某10 kV公網(wǎng)線路工業(yè)用戶為例,各工業(yè)用戶與負(fù)荷情況如表2所示,其他參數(shù)如表3所示。

表2 用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表3 用戶其他參數(shù)

4.2 算例結(jié)果

設(shè)置不同情景以對比分析考慮企業(yè)污染物排放對有序用電的節(jié)能減排效果的影響,兩類情景的定義如下:

情景1:不考慮企業(yè)污染排放。

情景2:考慮企業(yè)污染排放。

4.2.1 有序用電優(yōu)先級

在情景1中,針對單位電耗產(chǎn)值、購電比例、年產(chǎn)值增長率、可中斷負(fù)荷比例、違約用電次數(shù)、累計欠費率、本期欠費率7個評價指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。在情景2,進(jìn)一步將CO2、SO2和NOx的排放量納入評價指標(biāo)體系。按照專家打分的方式獲取7個指標(biāo)的權(quán)重,得出錯避峰序位,如表4所示。

表4 兩種情景下的有序用電優(yōu)先級評價結(jié)果

4.2.2 有序用電錯峰方案

在有序用電優(yōu)先級排序的基礎(chǔ)上,本算例以時段錯峰的方式進(jìn)行錯峰。假定該線路的錯峰目標(biāo)負(fù)荷量為1500 kW。在實際中,設(shè)置錯峰上限為1600 kW,不考慮其他時段的不能承受時段錯峰所帶來的負(fù)荷增量這一情景。兩種情景下所得錯峰方案如表5所示。

由表4、表5可知,兩種情景下所得錯峰用戶具有顯著的差異。假設(shè)錯峰時段為8:00-18:00,則可計算得兩種情景下錯峰時段內(nèi)減少的污染物排放量,如表6、表7所示。

通過對表4～7進(jìn)行分析,可得出以下結(jié)論:

1) 情景2的錯峰負(fù)荷1560 kW大于情景1的錯峰負(fù)荷1540 kW,所減少的電耗量15 600 kW·h相應(yīng)地高于情景1所減少的電耗量13 400 kW·h。

表5 兩種情景下的時段錯峰方案對比

表6 不考慮企業(yè)污染物排放情景下的有序用電減排情況

表7 考慮企業(yè)污染物排放情景下的有序用電減排情況

2) 情景2較情景1的污染物減排量大幅度增加,CO2、SO2、NOx的減排量分別由情景1的10.60、0.28、和15.07 kg增加至27.32、0.74和24.95 kg。這一增量僅為單一線路增量,若將排放因素納入整個地區(qū)的有序用電方案制定前的序位評價指標(biāo)體系,預(yù)期將獲得更大的減排效益。

5 結(jié) 論

1) 針對目前有序用電管理中存在的忽視用戶自身用電價值、有序用電方案編制缺乏科學(xué)的決策理論支持等問題,可以從用戶、電網(wǎng)與社會多角度出發(fā),構(gòu)建工業(yè)用戶有序用電序位優(yōu)先級評價指標(biāo)和相應(yīng)的錯峰方案編制優(yōu)化方法。

2) 在用戶生產(chǎn)中,制定能耗與排污因素有序用電方案,能提高有序用電所帶來的節(jié)能減排量,以及更多的社會效益。而且可為優(yōu)化有序用電管理提供參考。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Research on the method for peak period plan optimization compilation for industrial users

YANG Dingli1, ZHANG Wei2

(1. State Grid Shanxi Electric Power Company Limited, Xi’an 710048, China; 2. School of Economics and Management of NCEPU, Beijing 102206, China)

In order to enhance the environmental benefit of orderly electricity consumption for industrial users, the author proposed, on the basis of the problems of current orderly electricity consumption management, orderly electricity consumption peak priority order evaluation index system, comprehensive evaluation method and peak period plan optimization compilation, and analyzed an industrial user of 10 kV public line. The result shows that the peak period evaluation index system and plan optimization model can be applied to extend environmental benefit and to promote energy saving and emission reduction, on the basis of the effective implementation of orderly electricity consumption plan.

industrial user; orderly electricity consumption; plan compilation; energy saving and emission reduction

2015-07-03。

楊定立(1971—),男,工程師,研究方向為電力營銷。

TM715.1

A

2095-6843(2016)01-0018-05