面向低碳目標(biāo)的電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟運行評價系統(tǒng)

古力巴哈爾·阿比力孜

摘 要：在復(fù)雜電源電網(wǎng)環(huán)境下對電力系統(tǒng)規(guī)劃方案以及運行方式進行論證與優(yōu)化，對于提高電力系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟性，降低系統(tǒng)的碳排放強度具有重要意義。文章提出了面向低碳目標(biāo)的電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟運行分析評價技術(shù)并研發(fā)了軟件系統(tǒng)。節(jié)能與經(jīng)濟運行評價系統(tǒng)以電力系統(tǒng)運行模擬技術(shù)為核心，基于時序負(fù)荷曲線，通過考慮多類型電源相協(xié)調(diào)的安全約束機組組合，實現(xiàn)對電網(wǎng)全年逐日的精細(xì)化運行模擬，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了系統(tǒng)運行成本、能耗、排放與電網(wǎng)效率等多維度評價指標(biāo)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟運行的多維度評估。

關(guān)鍵詞：節(jié)能與經(jīng)濟運行；電力系統(tǒng)規(guī)劃；運行模擬；低碳

0 引言

電網(wǎng)的運行效率體現(xiàn)了電力規(guī)劃與運行的精益化水平，對于電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營效益具有重要影響。如何在保證電力規(guī)劃安全可靠的同時提高未來電網(wǎng)在運行層面的效率，成為電力規(guī)劃工作需要關(guān)注的內(nèi)容。因此在電力規(guī)劃中，精細(xì)化考慮電網(wǎng)運行方式，深入分析未來電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效率，評估電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性與節(jié)能性，對于電力行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 節(jié)能與經(jīng)濟評價方法關(guān)鍵技術(shù)

1.1 機組檢修計劃安排

由于新能源的大規(guī)模接入，系統(tǒng)運行對調(diào)峰容量的需求大大增加，因此在檢修計劃中應(yīng)考慮常規(guī)電源檢修安排的時間協(xié)調(diào)問題，保證當(dāng)新能源機組出力較大時，系統(tǒng)能夠提供足夠的調(diào)峰容量；由于跨區(qū)電力交換規(guī)模的擴大，系統(tǒng)在指定檢修計劃時需要考慮不同區(qū)域檢修計劃的空間協(xié)調(diào)，保證不同區(qū)域有合理的檢修備用容量。綜上，本文提出的檢修方法以傳統(tǒng)等備用率檢修優(yōu)化模型為基礎(chǔ)，在考慮常規(guī)檢修約束（連續(xù)檢修約束、檢修資源約束等）的同時，增加了分區(qū)備用約束與系統(tǒng)調(diào)峰需求約束，確保了模型的靈活性與合理性。

1.2 季節(jié)性風(fēng)力發(fā)電運行模擬

新疆區(qū)域有較多的地區(qū)都是采用風(fēng)力發(fā)電，因此在喊風(fēng)電機較多的地區(qū)的電力系統(tǒng)規(guī)劃中，精細(xì)化對風(fēng)電的運行模擬具有重要意義。精細(xì)化風(fēng)電的運行模擬主要體現(xiàn)在如下幾個方面：首先風(fēng)力發(fā)電具有季節(jié)性，需要考慮風(fēng)電的季節(jié)性運行調(diào)度，將風(fēng)電電量合理分配到每日送電量日程中；其次風(fēng)力發(fā)電的運行具有一定的特殊性，在運行模擬中需要考慮到季節(jié)性風(fēng)力發(fā)電的運行約束。風(fēng)力發(fā)電群的優(yōu)化運行過程如下：對可調(diào)度以及可調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電廠，建立最大化的風(fēng)力機組發(fā)電量以及最大化的調(diào)峰效益的多目標(biāo)優(yōu)化模型，約束條件包含了風(fēng)力的物理運行約束、安全運行約束、風(fēng)電機組運行約束、季風(fēng)風(fēng)向約束等。通過對風(fēng)電過程的條件約束，決定了風(fēng)力機組的風(fēng)量，實現(xiàn)了最大化的風(fēng)電機組發(fā)電效益以及調(diào)峰效益的目標(biāo)。

1.3 間歇性新能源出力運行模擬

光伏時序出力曲線生成的思路是：根據(jù)實際的光伏系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)分析光伏出力的分布特性與隨機特性，對太陽能光伏出力的確定性部分與隨機性部分分開建模。針對光伏出力的確定部分，通過建立全球太陽輻射模型，模擬出無任何遮擋情況下地球上任意地點任意時刻的太陽輻照強度，從而計算出光伏預(yù)測出力的上限值；對于光伏出力的隨機部分，提出光伏遮擋因子的概念，對光伏發(fā)電隨機性部分進行建模，建立光伏遮擋因子的概率分布模型，從而得到光伏出力的隨機部分模擬值。通過疊加確定性與隨機性部分的結(jié)果，從而生成光伏系統(tǒng)的出力時間序列。

1.4 考慮多種電源協(xié)調(diào)的面向低碳目標(biāo)的日運行模擬方法

結(jié)合電力系統(tǒng)實際調(diào)度方法，提出了面向節(jié)能經(jīng)濟目標(biāo)的電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度日運行模擬模型，實現(xiàn)以日為單位的生產(chǎn)運行模擬。日運行模擬模型中，基于時序負(fù)荷曲線，建立考慮線路安全約束的機組組合與經(jīng)濟調(diào)度模型，實現(xiàn)多種目標(biāo)函數(shù)、多種類型的機組、多種約束條件以及多種調(diào)度運行方式的模擬。

2 節(jié)能與經(jīng)濟運行評價指標(biāo)體系

2.1 安全可靠性指標(biāo)

電力不足概率和電量不足期望值，此外，統(tǒng)計各線路以及斷面的潮流持續(xù)曲線，實現(xiàn)對電網(wǎng)關(guān)鍵斷面?zhèn)鬏斣６鹊母怕驶嬎悖治鼍€路的利用率以及阻塞概率。

2.2 經(jīng)濟性指標(biāo)

包括電網(wǎng)運行成本、購電費用、線路負(fù)荷率分析、系統(tǒng)網(wǎng)損分析、電網(wǎng)對新能源的消納評估等方面。

2.3 節(jié)能環(huán)保型指標(biāo)。

包括計算期內(nèi)耗煤量、CO2排放量、碳?xì)浠衔锱欧帕?、氮氧化合物排放量、SO2排放量、灰渣排放量和煙塵排放量等。

3 節(jié)能與經(jīng)濟運行模擬評價系統(tǒng)

3.1 總體設(shè)計路線

系統(tǒng)在給定的系統(tǒng)調(diào)度運行模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)全年的運行模擬。系統(tǒng)運行模擬中考慮包含常規(guī)火電、燃機、熱電、核電、風(fēng)電以及光伏發(fā)電等在內(nèi)的多種類型電源運行特性，實現(xiàn)基于三公調(diào)度、節(jié)能發(fā)電調(diào)度、最優(yōu)成本調(diào)度等多目標(biāo)系統(tǒng)運行方式優(yōu)化功能。建立基于運行模擬技術(shù)的節(jié)能經(jīng)濟運行指標(biāo)體系，通過對系統(tǒng)短期及中長期運行形態(tài)的分析，能夠形成系統(tǒng)運行成本、節(jié)能、排放、利用效率等多維度評價指標(biāo)，合理評價系統(tǒng)安排運行方式以及電力規(guī)劃方案的合理性與經(jīng)濟性。

3.2 系統(tǒng)可視化交互功能

3.2.1 基本數(shù)據(jù)交互

電源信息功能實現(xiàn)對電廠基礎(chǔ)信息、機組基礎(chǔ)信息、機組報價、發(fā)電集團、風(fēng)電場信息、風(fēng)區(qū)信息、光伏電站信息、光區(qū)信息等維護修改的功能。

電網(wǎng)信息功能實現(xiàn)對供電區(qū)域基本信息、變電站基礎(chǔ)信息、輸電線路基礎(chǔ)信息、斷面信息及聯(lián)絡(luò)線信息等維護修改的功能。

負(fù)荷信息功能實現(xiàn)對供電區(qū)域、變電站數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)及聯(lián)絡(luò)線數(shù)據(jù)進行96點有功、無功負(fù)荷及日月年負(fù)荷特性進行修改、刪除與查詢及負(fù)荷特性的自動統(tǒng)計。

運行參數(shù)功能實現(xiàn)對機組運行方式、調(diào)度運行目標(biāo)、電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)等控制參數(shù)與指令的設(shè)置與維護。

3.2.2 系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析

購電成本分析模塊提供對購電成本、購電量、購電均價等的分析功能。

運行成本分析包含發(fā)電側(cè)成本與電網(wǎng)側(cè)成本。發(fā)電側(cè)成本模塊提供對購電量、運行成本（可變運行成本、啟停成本、固定成本）、成本貢獻等進行快速查詢分析功能；電網(wǎng)側(cè)成本模塊提供對平均網(wǎng)損、網(wǎng)損率、網(wǎng)損電量、網(wǎng)損成本等指標(biāo)進行快速查詢分析。

3.2.3 節(jié)能與環(huán)保分析

煤耗分析，氣耗分析，棄水、棄風(fēng)、棄光分析等。以煤耗為例，可通過供電區(qū)域、機組容量級別、多場景對比等分析系統(tǒng)煤耗量或煤耗率。

3.2.4 環(huán)保性分析包括從不同區(qū)域

不同機組類型等維度對碳排放量、污染物排放量等的統(tǒng)計對比分析。

4 結(jié)論

本文提出了面向低碳目標(biāo)的電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟評價技術(shù)與方法。該技術(shù)以電力系統(tǒng)運行模擬為核心，同時也建立了基于運行模擬技術(shù)的節(jié)能經(jīng)濟運行指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟運行分析系統(tǒng)，分別設(shè)計了軟件系統(tǒng)的構(gòu)架、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、功能子模塊以及評價結(jié)果。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟運行的多維度評估。

參考文獻：

[1]楊柳，吳鴻亮，門琨.南方電網(wǎng)節(jié)能與經(jīng)濟運行評價方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（17）：31-38.