市場環境下電力系統優化調度策略研究

摘要:分析了電力系統調度的目標、方法及優化策略，并分析了電力系統調度中的一些安全問題。指明了電網優化調度的方向。

關鍵詞:電力系統;優化調度;安全問題

中圖分類號:F407

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)21-0070-02

0 引言

近年來，隨著社會和經濟的快速發展，對電力系統調度提出了極大的挑戰。電力調度需要考慮電力企業自身效益和節能減排等目標，電網安全更是企業可持續發展和社會和諧穩定的保證。電力系統調度已成為了一種重要的現代化監測、控制和管理手段。優化電力調度系統既是智能電網建設中的重要組成部分，也是全面進行電力資源優化配置、抵御風險、提高決策和管理科學性的一種有效手段。

目前的電力調度系統面臨著許多問題，包括控制過程不安全、信息的雜亂、缺乏集中式控制方法、事故應急恢復等。為適應特高壓、大電網、以及智能電網的建設與運行管理要求，達到調度業務的科學合理、電網運行的管理高效、電網異常及事故的快速響應，必須對調度的優化策略與方法加以研究。

傳統的電力系統運行調度決略，目標單一，如以投資費用或輸電損失費用等最小為目標，滿足給定約束條件的一種方案，沒有綜合考慮其它的因素，其實就等同于電力系統運行的調度計劃。在該調度機制中，基本談不上優化。面對復雜的市場情況，仍沿用這一調度機制，勢必會造成系統負荷發生較大幅度的變化，更嚴重的是，會經常導致系統中輸電能力接近或達到約束域的邊緣，這對電力系統的安全運行造成危害。針對這種情況，傳統意義下的電力系統運行調度決策機制面臨嚴峻挑戰，在追求單一目標優化的基礎上，如何適度考慮多目標的綜合優化，如維持適宜有功、無功設備的附加費用、阻塞費用、中斷費用、平衡電力負荷波峰波谷等，以保證電力系統正常安全運行下的電力市場效益，以保證電力系統運行調度的決策合理，已勢在必行。因此，提出新的電力系統優化調度框架策略已顯得非常重要。

本文從電力調度系統要實現的功能，調度系統的目標，約束條件，調度算法，調度優化的內容與策略以及調度安全這幾方面進行了論述。

1 電力系統調度所需實現的功能

電網調度的主要目的是實現供電系統的安全、可靠運行和經濟節能，雖然在目前的電力系統調度管理中已經基本實現了安全調度，但是對于電網系統的經濟和可靠運行則控制不足。隨著自動化技術的發展，采用計算機控制對大量的實時數據進行采集、分析和處理，對整個電力系統調試進行優化可實現較好的可靠運行和經濟節能目標。本文主要運用數據收集，安全監視與控制，狀態估計，安全分析，超短期負荷預測，潮流優化，經濟調度，母線負荷預測，配電自動化等方法，通過對供電網絡設備資源優化、作業優化和系統可靠性等方面的優化，以提高供電企業的經濟效益和社會效益，實現電力企業的可持續發展。

2 電力系統的優化調度目標函數

優化離不開目標，在市場機制下，通過對電力系統運行優化調度的目標進行整合，變換和優化，以達到較好的效果。具體體現在以下幾個方面:

2.1 單目標調度優化

即單一目標的優化問題，傳統電力系統中運行費用最小、網損最小等都可以作為單一的目標進行優化。在市場環境下，電商企業是獨立運營的實體，傳統優化調度中的成本，在電力市場中被電力企業的報價曲線所代替，電網優化的目標也有所不同，主要是網絡損耗、購電費用、輸電能力等。單目標優化問題容易造成顧此失彼的現象，需要進行人工的干預，對復雜系統的研究缺乏系統性和科學性。針對此現象，能否根據已有的研究成果和調度經驗，對各種情況下的剛性優化結果進行綜合考慮、求同存異，揭示沖突因素間相互付出的代價的規律，會有助于電力市場機制的合理建成與完善，同時使調度優化和決策合理具有科學性和系統性。

2.2 多目標調度優化

即追求多個單目標問題的確定性組合所形成的優化問題。在電力市場中，此類問題很多，如運行費用與環境污染限制，運行費用與輸電損耗，運行費用與安全、可靠水平等。以單目標問題的研究成果為基礎，綜合考慮多個影響調度的因素，尋求影響因素間符合市場經濟運行規律的權衡系數，可以更好地實現資源優化配置，提高電力企業和電力的經濟效益和社會效益。

2.3 互換目標與約束指標

目標與約束是同時出現的，某些情況下可以相互轉化。從數學規律上講，目標和約束可以相互轉化，從市場經濟意義上研究這種轉化的規律和機理，如對總費用中既有可變費用又有不變費用，如何控制其比例的問題等。探索目標與約束相互轉化的評價指標，可以引導電力市場電價符合經濟規律，電網負荷合理的調度，保證發電機組的安全可靠運行。最終可以平衡使用各種資源，利用好關鍵資源。

3 約束條件

隨著電力市場化環境的建立，電力系統的運行受制約的因素越來越多，分析和處理約束條件是電力系統運行調度優化的重點和難點。探索電力系統運行中時域、地域上的關聯，結合具體的約束條件，對調度問題進行優化和快速求解非常重要。

4 調度優化的內容與策略

目前對于供電網絡結構、設備資源和作業的管理等因素未進行較好的優化管理。根據供電網絡結構、輸變電設備的特點和用電負荷的具體情況等，可以從以下幾方面進行優化:

4.1 作業優化

作業主要包括電力施工作業和檢修作業，通過對作業的優化管理，同一停電區域內的施工或檢修作業盡量采用平行作業，以減少停電次數和停電時間，科學合理地進行作業持續時間的優化和作業時間的選擇。對于作業持續時間，在施工天氣環境相同的情況下，主要受人員數量、施工人員技術水平、機械化程度等因素影響，作業基本成本也受上述這些因素的影響，故在條件允許的情況下，作業時間要盡可能短。作業停電造成的供電量損失成本與作業持續時間成正比。通過合理調整作業持續時間可以降低綜合成本，提高電網的供電量，增加電力企業經濟效益。

對于作業時段的選擇，原則上應選擇在負荷較小的時段進行，以減小供電量損失。

設作業綜合成本為Y=G1(t)+S1(t)，式中G1(t)——作業持續t時間的成本，S1(t)——t時間內收入損失的成本

所以最佳作業持續時間應該滿足

dYdt=ddt[G1(t)+S1(t)]=0。

4.2 設備資源優化

需要優化的電力相關設備資源主要有線路和電容器、變電站主變壓器、配電變壓器等。首先要根據負荷情況使變電站主變在經濟運行區內運行，其次是保證配電變壓器相對其供電量損失最小，新裝變壓器要根據負荷選擇合適的規格和容量，對于供季節性負荷的配電變壓器應適時停運，減少空載現象。線路的優化原則是使線損最低、電量損失最小。為此應減少線路“瓶頸”現象，實現各線路負荷均衡，使線路經濟運行，應加強計劃管理，減少檢修停電次數。無功的優化原則是使系統負荷接近中性，提高功率因數，要及時投切站內電容器，負荷較輕時適當降低電壓，以減小線損中的固定損耗，根據負荷性質實行就地補償，對于分散的感性負載，在進行理論分析后，在適當位置加裝自動投切補償電容器。

在局部供電區域中，需要優化的設備有輸電線路和電容器、配電變壓器等。

4.2.1 配電變壓器的優化原則是使配電變壓器相對于其供電量損失最小。其優化方案有

(1)對于季節性負荷，可以利用供電網路互連，輕負荷時停用部分配電變壓器，而由其它配電變壓器供電;

(2)對于波動較大的負荷，進行經濟可行性分析后可以選擇自動調節容量的配電變壓器;

(3)新裝配電變壓器應根據負荷大小合理選擇配電變壓器容量。

4.2.2 輸電線路的優化原則是使輸電線路的損失電量最小。其優化的方案有

(1)加強施工的管理，減少因施工而引起的損失;

(2)盡量防止輸電線路中的“瓶頸”現象。

4.3 可靠性優化

安全可靠供電是對電網的基本要求，應該根據電網的結構特點，輸電線路的分布情況，科學合理的配置分支開關的數量和位置，盡可能縮小事故或檢修時的停電范圍;

供電系統安全可靠運行是供電最基本的要求，可靠性優化的方法包括:

(1)根據負荷分布要求，適時合理安裝保護裝置;

(2)根據輸電網絡的結構特點，進行經濟和合理性分析設置相應的開關和斷路器;

(3)根據用戶用電的可靠性級別，合理消除不良影響因素。

5 電力系統調度網絡安全研究

綜合考慮電力系統安全管理各環節，客觀地評價電網安全運行的真實狀況，對電網運行當中可能出現的安全災難及造成的直接、間接的損失做出估算。促使人們形成正確的安全意識和有效的安全管理模式已顯得非常重要。

針對電力系統網絡管理過程中技術手段不足的現狀。建立以各級安全工作區為基礎的網絡安全管理體系是一個行之有效的方法。安全體系的設計與運行由以下三個部分構成:

5.1 提出符合應用特點的安全需求

(1)分析電力系統存在的問題及其可能造成的潛在風險;

(2)在平衡經濟因素的同時，建立盡可能完備的安全目標;

(3)在安全體系建設時，應充分考慮安全服務與機制對調度系統實時性的影響。

5.2 安全技術的應用滿足管理需求

(1)安全域規劃與訪問控制技術的應用;

(2)網絡安全性分析系統的應用;

(3)網絡行為分析技術的應用;

(4)病毒防范。

5.3 安全技術的相互配合是運行管理的主要指導思想

多種安全技術(保護、檢測、響應、恢復)之間存在著一定的因果和依存關系，形成一個整體。以提高保護機制的整體抗風險能力，實時檢測為響應創造條件，并有效響應安全事件，這將大大提高系統保護及恢復機制的可靠性。綜合地、交叉的使用各種安全技術，是解決網絡安全問題的有效手段。

在安全體系的實際應用過程中，通過周期性的安全評估報告、入侵檢測、防火墻及操作系統日志的審計分析，網絡管理者可以量化安全風險、掌控網絡運行狀態，不斷豐富完善安全策略，使制定的網絡管理策略能更好地指導安全體系的運行。

6 結語

隨著電網規模的擴大及電力系統復雜程度的增加，采用上述調度優化策略后，可以起到一定的效果。實踐也證明，通過作業優化、運行方式優化、設備資源優化、可靠性優化等可以降低電網運行成本，提高電力企業的經濟效益和社會效益。以上策略優化不能僅僅依靠調度，還需要營銷、生產技術、輸變電工區等部門以及各個供電所的緊密配合，相互溝通，才能實現策略的最優配置，實現經濟效益和社會效益的最大化。

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