新能源電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度模式研究

潘光勇

華電山東新能源有限公司，山東濟南 250014

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)度等幾個不同階段才發(fā)展到今天，在發(fā)展初期，優(yōu)化目標單一，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；而到了節(jié)能發(fā)電調(diào)度階段，需要考慮多因素的耦合關系，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、無功損耗中的部分目標的優(yōu)化，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)調(diào)度模式從單一目標的優(yōu)化向多目標協(xié)同優(yōu)化的轉(zhuǎn)化。隨著節(jié)能減排的提出，電力系統(tǒng)也要緊跟時代的腳步，提高能源的利用率，新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模式得到了應有的重視，并在逐漸推廣。

2 多目標優(yōu)化調(diào)度模式

2.1 電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度的主要內(nèi)容

優(yōu)化目標是電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度的主要內(nèi)容之一，主要指常規(guī)發(fā)電機組發(fā)電成本或燃料成本、電力市場中的購電成本、風險控制指標、環(huán)境方面的成本支出等。約束條件一般包括運行安全的約束、備用約束、環(huán)境極限約束、風險約束等。

2.2 提高風電滲透率的電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度模式

為解決風電不確定性給電網(wǎng)調(diào)度帶來的不便，可以通過改進粒子群優(yōu)化算法的多目標優(yōu)化調(diào)度方法，在以風力發(fā)電為主的電力系統(tǒng)中建立了含風電場的雙目標調(diào)度模型，其中，目標函數(shù)選擇以常規(guī)火電機組發(fā)電成本最小和風電消納電量最大，并通過運用改進的多目標粒子群優(yōu)化算法進行優(yōu)化求解，降低了電力系統(tǒng)的發(fā)電成本，提高了風電消納水平，進而實現(xiàn)風力、火力協(xié)調(diào)控制下的最優(yōu)調(diào)度。

2.3 多目標并網(wǎng)優(yōu)化

多目標并網(wǎng)優(yōu)化通過建立多目標優(yōu)化數(shù)學模型能夠解決由于不同類型的新能源設備的購進成本、收益和容量存在差異，致使配電網(wǎng)的資金投入大、電壓降低和網(wǎng)損加大等問題的發(fā)生。在完成新能源并網(wǎng)優(yōu)化處理之后，可以實現(xiàn)對新能源設備各項運行參數(shù)的合理選擇，促使系統(tǒng)網(wǎng)損降低、并能夠有效減少系統(tǒng)的節(jié)點電壓偏移量，促進電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益提高。多目標并網(wǎng)優(yōu)化模型的建立能夠?qū)π履茉吹亩喾N影響因素進行綜合考慮，提高了不同類型設備之間分辨度，多目標并網(wǎng)優(yōu)化是以把配電系統(tǒng)總投資效益最大、系統(tǒng)網(wǎng)損最小、系統(tǒng)節(jié)點電壓偏移量最小選為目標函數(shù)，應用參數(shù)遺傳算法進行函數(shù)的求解，在此基礎上進行最優(yōu)并網(wǎng)策略的確定。完成上述工作后還需要采用帕累托前沿解空間進行并網(wǎng)策略合理性的檢驗，對電力系統(tǒng)選擇新能源設備具有重要的參考意義。我們把目標函數(shù)用下面算式表示：

其中的Cy是指配電系統(tǒng)引入新能源機組后，在使用新能源機組的過程中的年投資總收益率；

將Cin設定為配電系統(tǒng)的年收益綜合，將綜合支出Cout來表示，SWi取值應用0或者1進行表示，其中SWi是0，表明在節(jié)點i處未曾進行新能源機組的安裝工作，當SWi=1時則說明節(jié)點i處可以進行新能源機組的安裝。此外新能源機組使用年限通過t表示，貼現(xiàn)率采用r表示，節(jié)點總數(shù)為Nn。在并網(wǎng)決策中的新能源機組總數(shù)應用Ne表示。采用Ceq表示投資成本，某一節(jié)點的年維護成本為Cop。安裝費用通過Cset進行表示，單位為萬元。Csub,j、Cp,j分別表示對第j個新能源機組政府發(fā)放的補貼電價以及上網(wǎng)電價；(A/P, r, t) 表示等年值現(xiàn)值系數(shù)；用Pj來表示新能源機組的額定容量；數(shù)學符號Nt代表配電系統(tǒng)原有的發(fā)電機數(shù)量；Ploss是電力系統(tǒng)的有功網(wǎng)損，包括了有線路損耗PlossLines和變壓器損耗PlossTransformers；符號Nl表示支路數(shù)；Ui、Uj分別表示角標所在節(jié)點的電壓幅值；Gk(i，j)表示任意兩個節(jié)點i、j之間支路k的電導；把兩個節(jié)點i、j之間的電壓相位差用cosδij來表示，Ii是流過節(jié)點i的電流；tR所代表的是發(fā)電機內(nèi)阻；節(jié)點電壓偏移量一般用ΔU來表示；節(jié)點實際電壓通常用符號Ui代替，Uispec則是節(jié)點期望電壓。

要使電力系統(tǒng)正常運行，就要使電力系統(tǒng)中有功出力滿足需求側(cè)的負荷對功的要求。對公式（9）進行分析，發(fā)現(xiàn)不同發(fā)電機組的出力上下限存在有一定的區(qū)別，而在公式（10）中則發(fā)現(xiàn)了任何節(jié)點還有著上限只，并要求在接入新能源的過程中，將功率控制在該節(jié)點的上限值范圍內(nèi)，也就是說在新能源接入過程中對節(jié)點受最大消納能力進行充分的考慮，就像公式（11）所表達的。

其中，Ne代表新能源的機組總數(shù)，用字母Nt來表示配電系統(tǒng)的既有發(fā)電機的數(shù)，Pj所表示的是系統(tǒng)中第j個新能源機組的所具有的額定功率，符號Pi則代表配電系統(tǒng)中的電源在節(jié)點i的有功功率輸出值，我們把配電系統(tǒng)的總負荷通過字母D來表示。機組的出力上下限用Pk,max、Pk,min來表示，Pi,max表示。表示節(jié)點i的功率上限。

3 加速多目標優(yōu)化調(diào)度模式研究的主要策略

3.1 提高認識

無論管理者還是企業(yè)員工都應轉(zhuǎn)變觀念，真正認識到新能源的引入對節(jié)能減排的意義，了解多目標優(yōu)化是企業(yè)生存和現(xiàn)代發(fā)展的需求。把多目標優(yōu)化納入工作的重點內(nèi)容。通過嚴格的管理制度和責任分工，提高員工對多目標優(yōu)化的重視程度，形成人人關注多目標優(yōu)化，人人為多目標優(yōu)化做貢獻的新局面。

3.2 加強工作人員隊伍建設

科技人員是進行新能源電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度研究的主要工作者，他們自身的素質(zhì)和專業(yè)水平直接關系到研究成果的優(yōu)劣及應用價值，因此，應加強對科技人員的理論學習和技術培訓，使他們更多地了解各種新能源的性能和優(yōu)勢，分析影響目標函數(shù)的各個條件，并借鑒其他企業(yè)的多目標優(yōu)化模式，進行研發(fā)和創(chuàng)新。樹立終身學習的正確意識，不斷為自己充電，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和科研能力。通過獎懲分明的獎勵激勵制度，對技術能力強，貢獻突出的高科技人員給予鼓勵和獎勵，調(diào)動研發(fā)人員的工作積極性。在可能的情況下，加大資金投入，重視優(yōu)秀人才的引入，多為研發(fā)人員提供外出參加經(jīng)驗交流和研討的機會，使他們的視野更開闊，提高自身的技水平，強化科技人員的隊伍建設。

3.3 注重研發(fā)，為科技人員提供良好的工作環(huán)境

科學技術就是生產(chǎn)力，科技人員是企業(yè)發(fā)展的原動力。因此，電力企業(yè)應注重新調(diào)度模式的研究，尊重知識尊重人才，為科技人員提供良好的工作環(huán)境，引進先進的設備，加強實驗室的建設，使科技人員在更安靜更舒適的環(huán)境中工作，關心科技人員的生活，了解他們的疾苦，為科技人員解決后顧之憂，使他們能夠全身心的投入到多目標優(yōu)化調(diào)度模式的研究中，加速研究的進程。

3.4 加強安全管理

安全是和每個人密切相關的大事，在電力系統(tǒng)運行過程中，管理者往往把主要精力放在供電質(zhì)量和經(jīng)濟效益上，而忽視了安全管理。一旦發(fā)生故障，不僅會造成嚴重的損失，更會影響優(yōu)化目標的實現(xiàn)。因此，應從設備的運行要求、工作人員的操作安全、防火等多方面加強安全管理，嚴格操作要求，工作人員上崗前必須做好自我安全防護，如戴手套、防護面具等，對各種違章行為嚴懲不貸。定期對設備進行檢修和維護，發(fā)現(xiàn)問題，采取技術措施及時處理，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

研究新能源電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度模式是電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，新能源已經(jīng)走進了各個領域，電力企業(yè)也應緊跟時代的步伐，引進新能源，創(chuàng)新調(diào)度模式。本文闡述了電力系統(tǒng)調(diào)度模式的演變過程，從電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度的主要內(nèi)容、提高風電滲透率的電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度研究、多目標并網(wǎng)優(yōu)化等幾個方面分析了新能源電力系統(tǒng)多目標優(yōu)化調(diào)度模式，采取提高認識、加強工作人員隊伍建設、注重研發(fā)，為科技人員提供良好的工作環(huán)境，加強安全管理等策略加速多目標優(yōu)化調(diào)度模式的進程。多目標優(yōu)化調(diào)度模式的運用，對促進電力行業(yè)的節(jié)能減排起積極地促進作用。讓我們共同努力，為電力企業(yè)的蓬勃發(fā)展和利潤最大化做出應有的貢獻。