保障新型電力系統安全經濟運行研究

浙江浙能嘉華發電有限公司 董群力

1 引言

隨著保障新型對電力能源需求量的不斷增加，全球變暖現象的日益加劇，為了解決保障新型運行中存在的高耗能問題，電力企業提出保障新型光伏發電模式。在保障新型結構中引入光伏技術，提高保障新型發電能力的同時降低保障新型耗能。保障新型光伏系統是指光伏組件或逆變器接入電網，以太陽能為能源，并且通過集中式光伏電站實現可再生能源的綜合利用。目前，我國保障新型光伏發電技術已處于國際領先水平，并網規模已超過3000萬千瓦，裝機規模已位居世界第一[1]。

隨著光伏發電的發展以及人們對能源、環境和氣候問題越來越重視，電力可再生能源的應用越來越廣泛。電力系統是近幾年興起的一種全新供電形式，此種發電模式具有建設成本低、管理簡便等優點，能在一定程度上減少保障新型物能耗，控制空氣污染和溫室氣體的排放，是未來電力企業持續化發展與建設的主要研究方向[2]。目前，保障新型光伏電站規模和類型呈逐年增加趨勢，如果保障新型電力系統存在并網設計不合理或電網在建設及管理中存在的缺陷，很容易使發電站在市場內的運營陷入不合理競爭關系中，從而影響電力系統的經濟效益。因此，有必要基于經濟性角度，對電力系統安全運行方法展開研究，針對保障新型光伏電站中保障新型物的負荷率和經濟性等問題深入分析，為提高發電企業更高的價值提供全面的幫助。

2 建立保障新型光陣列模型與光伏電池充放電模型

為實現對電力系統調度的全面優化，在設計方法前，根據保障新型電力系統運行方式，建立集成在保障新型中電力系統的陣列模型[3]。在此過程中，參照經驗公式，根據發電時其中電力組件的作業方式，計算系統中電力組件在發電過程中的溫度。計算公式如式（1）：

式（1）中：T1為系統中電力組件在發電過程中的溫度；T2為光伏電力組件周圍環境溫度；G為組件能接收到的太陽輻射值。根據當地氣象局記錄與統計數據，設定此次計算中G的取值為1350W/m2。在此種條件下，計算電力系統光伏蓄電池在運行中的輸出功率[4]。計算公式如式（2）：

式（2）中：P1為電力系統光伏蓄電池在運行中的輸出功率；P2為標準作業環境下，蓄電池的最高測試功率（其中標準作業環境為：環境溫度23～28℃，光照強度為1.0×103W/m2）；G1為光照強度；G2表為光照歷史值；k為溫度系數，取值為0.0047；T3為參照溫度，取值為25℃。完成上述計算后，考慮到發電可能會受到外界相關因素的影響，因此，本文在研究中，引進蒙特卡洛隨機模型，在考慮多種隨機因素與不穩定因素對電力系統造成影響的條件下，建立保障新型電力系統陣列模型，模型表達式如（3）：

式（3）中：α為光照強度平均值；β為光照強度標準差；P1,max為電力系統光伏蓄電池在運行中的最大出力值。在上述設計內容的基礎上，根據保障新型用電需求，設計電力系統中蓄電池的選型。完成電力系統儲能裝置的選型后，建立光伏電池充放電模型。在此過程中，假設系統中光伏蓄電池在t時刻下剩余的發電量與t- 1時刻下光伏蓄電池的儲備電量兩者存在一定的供給關系，則光伏蓄電池的標準蓄電量與其荷電量的關系可用公式（4）：

式（4）中：S(t)為光伏蓄電池在t時刻下剩余的發電量；η1為保障新型電力系統發電蓄電池充電效率；P3表示調度負荷；S1為逆變器的運行效率。

根據上述計算公式可知，光伏蓄電池在t時刻下，對應的放電行為為正向輸出功率，對應的充電行為為負向輸入功率。按照上述方式，完成保障新型電力系統發電模型的構建。

3 基于經濟性角度設計電力系統安全運行目標函數

完成上述設計后，基于經濟性角度，建立電力系統安全運行目標函數[5]。在此過程中，以某家庭并網為例，將調度過程中的最高收益作為調度目標，結合電力企業在供電過程中的買電電價、補貼資金等參數條件，設計一個針對蓄電池在發電過程中的充電因子，將其表示為λ，按照下述計算公式（5），設計系統在發電過程中的協調調度目標函數。

式（5）中：C為發電過程中的協調調度目標函數；P3為蓄電池負荷量；χ為標桿電價。為確保建立的目標函數可以在調度過程中發揮對應的效果，應在建立目標函數時，根據調度需求，設計函數中參數的約束條件。其中P3的約束條件可用計算公式（6）：

式（6）中：P4,t為電力系統運行中的交換功率；P5,t為電力系統運行中充電功率；P6,t為放電系統運行中充電功率。在此基礎上，根據保障新型光伏發電模式，設計λ的取值在0～1 范圍內。在發電過程中，根據參數的取值約束條件，對函數進行約束。以此種方式，完成基于經濟性角度的目標函數構建。

4 電力系統電能資源動態調度

為了改善電網的供電質量，提高電能的利用效率、供電的安全性，建立電價調節機制，是當前我國電網供電管理中的一項重要任務。根據我國《電廠出力預測與負荷調整技術導則》的要求，保障新型電力系統發電機組在電網出力計劃調整時要有一定的幅度控制，機組出力計劃調整時，需要將調峰電量、調整電價因素考慮在內。同時，機組出力計劃調整一般通過電價調節器實現，在此過程中，設計電力系統控制子工程，包括現場監測與監視程序、數據采集程序及遠程數據采集終端三部分，在每個子模塊中各安裝1 臺數據采集終端，通過現場運行設備實時采集現場數據。現場實時采集數據可以直接發送至控制子系統管理終端，實現遠程遙控。通過現場監測與監視子系統對各子系統中各個參數進行實時監視與調節操作，實現現場監測與監視子系統的無人值守，避免在調度過程中出現異常行為與超額電力數據。

通過上述方式，實現對保障新型電力系統在電能調度過程中的動態監控，確保對調度全過程的全面優化與控制。綜上所述，完成基于經濟性角度的電力系統安全運行方法設計。

5 實例應用分析

上文從三個方面，完成了基于經濟性角度的電力系統安全運行方法設計。為實現對上述設計方法在實際應用中效果的校驗，選擇某地區光伏發電站作為測試單位，通過設計實例應用試驗的方式，對本文設計的電力系統安全運行方法展開測試。測試前，對某地區保障新型電力系統運行參數展開分析。保障新型電力系統運行參數如表1所示。

表1 保障新型電力系統運行參數

在上述設計內容的基礎上，建立針對此保障新型的電力系統發電模型如圖1所示。

圖1 保障新型電力系統發電模型

通過上述方式，完成本次測試的準備工作。在此基礎上，按照本文設計的方法，安全運行保障新型電力系統。調度過程中，根據電力系統發電結構，建立保障新型電力系統陣列模型。結合地區光伏發電的儲能方式，建立光伏電池充放電模型。同時，基于經濟性角度分析，設計針對電力系統的安全運行目標函數，結合函數的表達方式，設計函數運行約束條件。以此為依據，設計電力系統在運行中，其動能資源的動態調度。

將本文方法使用前后，光伏發電站某時段供電電費作為評價指標。統計結果測試結果，電力系統安全運行前后的供電電費統計如圖2所示。

由圖2可知，使用本文設計的方法，進行電力系統安全運行，可以有效控制光伏發電站在供電過程中的電費，通過此種方式，提高現代化光伏發電站企業的運營收益。

圖2 電力系統安全運行前后的供電電費統計

6 結語

保障新型電力系統具有投資小、不受地區限制、不受自然條件影響、接入系統后能夠快速可靠運行等優勢。但由于現階段電力市場的系統安全運行方法設計仍存在不成熟且并網標準不統一的問題，導致電力系統在實際運行中存在一定問題。為了使其更好地為市場企業提供可持續發展服務，本文基于經濟性角度，通過建立保障新型電力系統陣列模型與光伏電池充放電模型、設計電力系統安全運行目標函數、電力系統電能資源動態調度三個方面，完成了調度方法的設計。該方法在通過實例應用試驗的測試后證明了可以起到提高地區電力系統經濟效益的綜合效果，以此種方式，深化我國電力行業的發展。