新能源電力系統多目標優化調度模式的探究

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

關鍵詞：新能源；電力系統；多目標優化；優化調度模式

1電力系統調度模式的發展歷程

我國電力系統調度模式經歷了從經濟調度、計劃電量調度到市場競爭調度、節能發電調度等幾個不同發展階段。在發展初期，優化目標單一，僅僅把電力系統的總煤耗最小或經濟利益最大規定為優化目標。隨著不斷追求經濟最大化、能源配置最優化，單一的優化目標并不能夠滿足電力系統優化需求，因此，需要考慮多因素的耦合關系。例如，所用的煤耗量、系統的排碳情況、電網運行過程中所獲得的經濟效益、系統有功損耗、無功損耗都成為了系統優化的目標，實現了電力系統調度模式從單一目標的優化向多目標協同優化的轉化。隨著新能源發電不斷并網，新能源電力系統優化調度模式不斷受到更多關注。

2新能源發電技術及其特性的概述

2.1太陽能發電

太陽內部不斷發生核聚變，發光發熱，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。科學數據表明，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。太陽能發電目前有兩種方式：第一，利用太陽能產生的熱能發電，效率較低；第二，光伏發電，通過光電反應，將光能直接轉化為電能。目前對于太陽能發現的開發以光伏發電為主，但由于轉換效率、投資成本、自然條件影響等因素，太陽能發電目前使用多以小規模存在。

2.2風能發電

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

2.3生物質能發電

這種能源是通過化學能的方式儲存于生物質中。生物質能直接或者間接來源于植物體內的光合作用，其所含的硫元素遠遠低于煤炭，而氫和氧元素則高于煤炭，非常有利于化學成分的充分燃燒。且其燃燒后所產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。目前借助生物質分解或者代謝所產生的可燃氣體進行發電已經有了應用，例如沼氣發電和爐煤氣等。

2.4其它新能源發電

除了上文提到的較為主流的新能源技術外，地熱發電以及海洋發電等都是利用自然資源中儲存的能量完成發電工作，盡管應用范圍不大，但是卻具有較大的挖掘空間和推廣價值。尤其是地熱能發電，因為其本身就是地球內部相應放射性同位素熱核反應產生的熱能，技術人員只需借助熔巖釋放的能量，將其提取后進行發電即可。目前地熱能主要應用在干蒸汽發電以及擴容蒸汽發電的聯合項目中。

3分析新能源多目標優化電網調度模式

3.1建立新能源多目標優化調度模型

考慮多種影響因素，通過不同約束條件下數學建模，建立電網多目標優化模型，通過算例驗證其可行性，為系統化制定調度方案提供有效方法指導。

3.2當前采取短期的電網調度

由于傳統的電網調度其電力來源具有較強的可控性和穩定性，而且負荷也是可預測的，而且可以根據常規電源的確定性來進行電網調度優化方案的設計。新能源大規模地并入電網中給電網帶來了不穩定性和不可控性，使得電網在持續性地發生變動，不利于對發電功率的預測。因此，為了確保電網的穩定和可控，對于那些不確定因素，應當預留部分的旋轉備用，從而把新能源發電的實際發電量和預測值之間進行彌補，從而減少由于系統的失負荷和備用不夠所帶來的風險。不過這種短期的電網調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濟效益和社會效益，甚至增加了運行成本。

3.3建設備用電源，應用儲能設備，調整電源結構布局

為了保障新能源入網后的電力平衡，可以增加系統調峰容量。建設穩定的調峰能力強的備用電源，在新能源不穩定期間進行快速調峰；同時開發應用具有實用性的能源儲存設備，在新能源如風能發電電力過剩時儲存電能，而在風電功率缺失而用電負荷高峰時段作為備用電源。這種調度方式對新能源并網后帶來的不確定性有較好的規避風險作用，但是，同樣存在短時間難以應用，投資成本過高的問題。

3.4建設智能化關系系統，合理引入側響應機制

智能化電網的運用和發展，使得新能源作為群體將大規模地出現在人們的生活中。隨之而來的，就是一系列可以調度的負荷群體的出現。實際上將智能化電網運用到電網調度設計方案中，能夠較好地協調個體與區域電網之間的關系。將剩余的電能補給給不足的區域，從而確保電網穩定。另外還可以引進側響應機制，把各種間斷性的新能源發電進行全面的整合，促進資源合理使用，能夠最大程度地提高電力調度的應變能力，真正地保證了電網供電可靠性。

4結語

總之，新能源電力系統優化調度問題是在智能電網與新能源綜合開發利用的新形勢下提出的，依靠發電側火電、風電、光伏發電等多類型電源與需求側互動響應，實現能源資源綜合利用、有效消納間歇性新能源。新能源電力系統優化調度模式是傳統優化調度模式的繼承和發展，是電力系統發展到新能源與智能電網強耦合階段的客觀要求，對促進新能源發電的有效消納利用，引導科學用電，保障國家能源安全，實現電力行業的節能減排與經濟可靠運行等具有廣泛與現實意義。

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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，德國柏林工業大學電氣工程碩士，助理工程師，研究方向：電力系統無功優化算法。