面向低碳目標的電力系統節能與經濟運行評價系統

古力巴哈爾·阿比力孜

摘 要：在復雜電源電網環境下對電力系統規劃方案以及運行方式進行論證與優化，對于提高電力系統的節能經濟性，降低系統的碳排放強度具有重要意義。文章提出了面向低碳目標的電力系統節能與經濟運行分析評價技術并研發了軟件系統。節能與經濟運行評價系統以電力系統運行模擬技術為核心，基于時序負荷曲線，通過考慮多類型電源相協調的安全約束機組組合，實現對電網全年逐日的精細化運行模擬，在此基礎上構建了系統運行成本、能耗、排放與電網效率等多維度評價指標，實現對電力系統節能與經濟運行的多維度評估。

關鍵詞：節能與經濟運行；電力系統規劃；運行模擬；低碳

0 引言

電網的運行效率體現了電力規劃與運行的精益化水平，對于電網企業的經營效益具有重要影響。如何在保證電力規劃安全可靠的同時提高未來電網在運行層面的效率，成為電力規劃工作需要關注的內容。因此在電力規劃中，精細化考慮電網運行方式，深入分析未來電網運行的經濟效率，評估電網運行的經濟性與節能性，對于電力行業具有重要的現實意義。

1 節能與經濟評價方法關鍵技術

1.1 機組檢修計劃安排

由于新能源的大規模接入，系統運行對調峰容量的需求大大增加，因此在檢修計劃中應考慮常規電源檢修安排的時間協調問題，保證當新能源機組出力較大時，系統能夠提供足夠的調峰容量；由于跨區電力交換規模的擴大，系統在指定檢修計劃時需要考慮不同區域檢修計劃的空間協調，保證不同區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等備用率檢修優化模型為基礎，在考慮常規檢修約束（連續檢修約束、檢修資源約束等）的同時，增加了分區備用約束與系統調峰需求約束，確保了模型的靈活性與合理性。

1.2 季節性風力發電運行模擬

新疆區域有較多的地區都是采用風力發電，因此在喊風電機較多的地區的電力系統規劃中，精細化對風電的運行模擬具有重要意義。精細化風電的運行模擬主要體現在如下幾個方面：首先風力發電具有季節性，需要考慮風電的季節性運行調度，將風電電量合理分配到每日送電量日程中；其次風力發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性風力發電的運行約束。風力發電群的優化運行過程如下：對可調度以及可調節的風力發電廠，建立最大化的風力機組發電量以及最大化的調峰效益的多目標優化模型，約束條件包含了風力的物理運行約束、安全運行約束、風電機組運行約束、季風風向約束等。通過對風電過程的條件約束，決定了風力機組的風量，實現了最大化的風電機組發電效益以及調峰效益的目標。

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：根據實際的光伏系統的運行數據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果，從而生成光伏系統的出力時間序列。

1.4 考慮多種電源協調的面向低碳目標的日運行模擬方法

結合電力系統實際調度方法，提出了面向節能經濟目標的電網優化調度日運行模擬模型，實現以日為單位的生產運行模擬。日運行模擬模型中，基于時序負荷曲線，建立考慮線路安全約束的機組組合與經濟調度模型，實現多種目標函數、多種類型的機組、多種約束條件以及多種調度運行方式的模擬。

2 節能與經濟運行評價指標體系

2.1 安全可靠性指標

電力不足概率和電量不足期望值，此外，統計各線路以及斷面的潮流持續曲線，實現對電網關鍵斷面傳輸裕度的概率化計算，分析線路的利用率以及阻塞概率。

2.2 經濟性指標

包括電網運行成本、購電費用、線路負荷率分析、系統網損分析、電網對新能源的消納評估等方面。

2.3 節能環保型指標。

包括計算期內耗煤量、CO2排放量、碳氫化合物排放量、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 節能與經濟運行模擬評價系統

3.1 總體設計路線

系統在給定的系統調度運行模式下，能夠實現系統全年的運行模擬。系統運行模擬中考慮包含常規火電、燃機、熱電、核電、風電以及光伏發電等在內的多種類型電源運行特性，實現基于三公調度、節能發電調度、最優成本調度等多目標系統運行方式優化功能。建立基于運行模擬技術的節能經濟運行指標體系，通過對系統短期及中長期運行形態的分析，能夠形成系統運行成本、節能、排放、利用效率等多維度評價指標，合理評價系統安排運行方式以及電力規劃方案的合理性與經濟性。

3.2 系統可視化交互功能

3.2.1 基本數據交互

電源信息功能實現對電廠基礎信息、機組基礎信息、機組報價、發電集團、風電場信息、風區信息、光伏電站信息、光區信息等維護修改的功能。

電網信息功能實現對供電區域基本信息、變電站基礎信息、輸電線路基礎信息、斷面信息及聯絡線信息等維護修改的功能。

負荷信息功能實現對供電區域、變電站數據、變壓器數據、線路數據及聯絡線數據進行96點有功、無功負荷及日月年負荷特性進行修改、刪除與查詢及負荷特性的自動統計。

運行參數功能實現對機組運行方式、調度運行目標、電源電網協調等控制參數與指令的設置與維護。

3.2.2 系統運行經濟性分析

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電側成本與電網側成本。發電側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；電網側成本模塊提供對平均網損、網損率、網損電量、網損成本等指標進行快速查詢分析。

3.2.3 節能與環保分析

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

3.2.4 環保性分析包括從不同區域

不同機組類型等維度對碳排放量、污染物排放量等的統計對比分析。

4 結論

本文提出了面向低碳目標的電力系統節能與經濟評價技術與方法。該技術以電力系統運行模擬為核心，同時也建立了基于運行模擬技術的節能經濟運行指標體系。在此基礎上，開發了電力系統節能與經濟運行分析系統，分別設計了軟件系統的構架、數據結構、功能子模塊以及評價結果。該系統能夠實現對電力系統節能與經濟運行的多維度評估。

參考文獻：

[1]楊柳，吳鴻亮，門琨.南方電網節能與經濟運行評價方法[J].電力系統自動化，2014，38（17）：31-38.