新能源電力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模式的探究

摘要：隨著生活用電和工業(yè)用電的逐漸增加，用電需求與電力供應(yīng)之間的矛盾已經(jīng)凸顯。由于煤炭資源日漸短缺和煤炭燃燒后產(chǎn)生的氮氧化物造成嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題，我國傳統(tǒng)的以火力發(fā)電為主體的供電模式已逐漸發(fā)展為復(fù)合模式。這種變化主要體現(xiàn)在電力來源多樣化。降低火力發(fā)電的比例，大力發(fā)展水電、風(fēng)電以及太陽能發(fā)電等新型能源，進行清潔能源替代，以期改變目前的電力供給現(xiàn)狀。本文主要闡述了電力系統(tǒng)調(diào)度模式的發(fā)展歷程，并分析了新能源發(fā)電技術(shù)及其特性，同時探討了新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源；電力系統(tǒng)；多目標(biāo)優(yōu)化；優(yōu)化調(diào)度模式

1電力系統(tǒng)調(diào)度模式的發(fā)展歷程

我國電力系統(tǒng)調(diào)度模式經(jīng)歷了從經(jīng)濟調(diào)度、計劃電量調(diào)度到市場競爭調(diào)度、節(jié)能發(fā)電調(diào)度等幾個不同發(fā)展階段。在發(fā)展初期，優(yōu)化目標(biāo)單一，僅僅把電力系統(tǒng)的總煤耗最小或經(jīng)濟利益最大規(guī)定為優(yōu)化目標(biāo)。隨著不斷追求經(jīng)濟最大化、能源配置最優(yōu)化，單一的優(yōu)化目標(biāo)并不能夠滿足電力系統(tǒng)優(yōu)化需求，因此，需要考慮多因素的耦合關(guān)系。例如，所用的煤耗量、系統(tǒng)的排碳情況、電網(wǎng)運行過程中所獲得的經(jīng)濟效益、系統(tǒng)有功損耗、無功損耗都成為了系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)調(diào)度模式從單一目標(biāo)的優(yōu)化向多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化的轉(zhuǎn)化。隨著新能源發(fā)電不斷并網(wǎng)，新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模式不斷受到更多關(guān)注。

2新能源發(fā)電技術(shù)及其特性的概述

2.1太陽能發(fā)電

太陽內(nèi)部不斷發(fā)生核聚變，發(fā)光發(fā)熱，對外釋放巨大的能量，到達地球后的太陽輻射能量就是太陽能?？茖W(xué)數(shù)據(jù)表明，太陽的壽命還有51億年，對于人類來說，太陽能是取之不盡用之不竭的環(huán)保能源。太陽能的強度由日照強度、日照量、和日照時間決定。太陽能發(fā)電目前有兩種方式：第一，利用太陽能產(chǎn)生的熱能發(fā)電，效率較低；第二，光伏發(fā)電，通過光電反應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前對于太陽能發(fā)現(xiàn)的開發(fā)以光伏發(fā)電為主，但由于轉(zhuǎn)換效率、投資成本、自然條件影響等因素，太陽能發(fā)電目前使用多以小規(guī)模存在。

2.2風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)能是在太陽輻射作用下流動形成的，和其它能源相比，風(fēng)能的儲藏量非常大，是水能的十倍，分布非常廣泛，屬于可再生能源，在交通不便、遠離電網(wǎng)主干線的地區(qū)，風(fēng)能扮演著關(guān)鍵性角色。

2.3生物質(zhì)能發(fā)電

這種能源是通過化學(xué)能的方式儲存于生物質(zhì)中。生物質(zhì)能直接或者間接來源于植物體內(nèi)的光合作用，其所含的硫元素遠遠低于煤炭，而氫和氧元素則高于煤炭，非常有利于化學(xué)成分的充分燃燒。且其燃燒后所產(chǎn)生的氣體主要是二氧化碳，能夠被植物利用和吸收，大大減少了污染物的排放。目前借助生物質(zhì)分解或者代謝所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進行發(fā)電已經(jīng)有了應(yīng)用，例如沼氣發(fā)電和爐煤氣等。

2.4其它新能源發(fā)電

除了上文提到的較為主流的新能源技術(shù)外，地?zé)岚l(fā)電以及海洋發(fā)電等都是利用自然資源中儲存的能量完成發(fā)電工作，盡管應(yīng)用范圍不大，但是卻具有較大的挖掘空間和推廣價值。尤其是地?zé)崮馨l(fā)電，因為其本身就是地球內(nèi)部相應(yīng)放射性同位素?zé)岷朔磻?yīng)產(chǎn)生的熱能，技術(shù)人員只需借助熔巖釋放的能量，將其提取后進行發(fā)電即可。目前地?zé)崮苤饕獞?yīng)用在干蒸汽發(fā)電以及擴容蒸汽發(fā)電的聯(lián)合項目中。

3分析新能源多目標(biāo)優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度模式

3.1建立新能源多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型

考慮多種影響因素，通過不同約束條件下數(shù)學(xué)建模，建立電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，通過算例驗證其可行性，為系統(tǒng)化制定調(diào)度方案提供有效方法指導(dǎo)。

3.2當(dāng)前采取短期的電網(wǎng)調(diào)度

由于傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度其電力來源具有較強的可控性和穩(wěn)定性，而且負(fù)荷也是可預(yù)測的，而且可以根據(jù)常規(guī)電源的確定性來進行電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化方案的設(shè)計。新能源大規(guī)模地并入電網(wǎng)中給電網(wǎng)帶來了不穩(wěn)定性和不可控性，使得電網(wǎng)在持續(xù)性地發(fā)生變動，不利于對發(fā)電功率的預(yù)測。因此，為了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和可控，對于那些不確定因素，應(yīng)當(dāng)預(yù)留部分的旋轉(zhuǎn)備用，從而把新能源發(fā)電的實際發(fā)電量和預(yù)測值之間進行彌補，從而減少由于系統(tǒng)的失負(fù)荷和備用不夠所帶來的風(fēng)險。不過這種短期的電網(wǎng)調(diào)度會使整個機組運行效率大大降低，進而使資源浪費，削減了新能源帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，甚至增加了運行成本。

3.3建設(shè)備用電源，應(yīng)用儲能設(shè)備，調(diào)整電源結(jié)構(gòu)布局

為了保障新能源入網(wǎng)后的電力平衡，可以增加系統(tǒng)調(diào)峰容量。建設(shè)穩(wěn)定的調(diào)峰能力強的備用電源，在新能源不穩(wěn)定期間進行快速調(diào)峰；同時開發(fā)應(yīng)用具有實用性的能源儲存設(shè)備，在新能源如風(fēng)能發(fā)電電力過剩時儲存電能，而在風(fēng)電功率缺失而用電負(fù)荷高峰時段作為備用電源。這種調(diào)度方式對新能源并網(wǎng)后帶來的不確定性有較好的規(guī)避風(fēng)險作用，但是，同樣存在短時間難以應(yīng)用，投資成本過高的問題。

3.4建設(shè)智能化關(guān)系系統(tǒng)，合理引入側(cè)響應(yīng)機制

智能化電網(wǎng)的運用和發(fā)展，使得新能源作為群體將大規(guī)模地出現(xiàn)在人們的生活中。隨之而來的，就是一系列可以調(diào)度的負(fù)荷群體的出現(xiàn)。實際上將智能化電網(wǎng)運用到電網(wǎng)調(diào)度設(shè)計方案中，能夠較好地協(xié)調(diào)個體與區(qū)域電網(wǎng)之間的關(guān)系。將剩余的電能補給給不足的區(qū)域，從而確保電網(wǎng)穩(wěn)定。另外還可以引進側(cè)響應(yīng)機制，把各種間斷性的新能源發(fā)電進行全面的整合，促進資源合理使用，能夠最大程度地提高電力調(diào)度的應(yīng)變能力，真正地保證了電網(wǎng)供電可靠性。

4結(jié)語

總之，新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題是在智能電網(wǎng)與新能源綜合開發(fā)利用的新形勢下提出的，依靠發(fā)電側(cè)火電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等多類型電源與需求側(cè)互動響應(yīng)，實現(xiàn)能源資源綜合利用、有效消納間歇性新能源。新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模式是傳統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模式的繼承和發(fā)展，是電力系統(tǒng)發(fā)展到新能源與智能電網(wǎng)強耦合階段的客觀要求，對促進新能源發(fā)電的有效消納利用，引導(dǎo)科學(xué)用電，保障國家能源安全，實現(xiàn)電力行業(yè)的節(jié)能減排與經(jīng)濟可靠運行等具有廣泛與現(xiàn)實意義。

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（作者單位：北京市城市照明管理中心）

作者簡介：楊穎（1989.4-），女，黑龍江哈爾濱人，德國柏林工業(yè)大學(xué)電氣工程碩士，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)無功優(yōu)化算法。