考慮大用戶直購電的動態環境經濟調度

馮 濤 盧志剛 李學平 王薈敬 孫 瑜

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考慮大用戶直購電的動態環境經濟調度

馮 濤1,2盧志剛1李學平1王薈敬1孫 瑜3

（1. 燕山大學電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室 秦皇島 066004 2. 國網河北省電力公司邢臺供電分公司 邢臺 054000 3. 國網冀北電力有限公司發展策劃部 北京 100053）

動態環境經濟調度在環境經濟調度的基礎上考慮發電機組的爬坡約束，增強了調度時段內各時段間機組出力的強耦合約束，如何有效地解決此類問題至關重要。另外，大用戶直購電如何影響電網動態環境經濟運行調度也具有一定研究價值。為此，對考慮大用戶直購電的動態環境經濟調度問題進行建模，并采用內點法多約束處理策略改進多目標細菌群體趨藥性（MOBCC）優化算法進行求解，旨在從系統發電成本的角度研究大用戶直購電對經濟調度的影響。最后，通過仿真驗證明所提方法的有效性，并對仿真結果進行分析總結，說明所采用方法對大用戶直購電策略、電網調度影響分析具有一定指導意義。

動態環境經濟調度 細菌群體趨藥性算法 大用戶直購電 節能減排

0 引言

我國火電裝機容量占總裝機容量的比重很大，其中主要是燃煤電廠，這決定了我國電力行業的能源結構以燃煤為主。據2008年中國能源報告，僅電力行業的二氧化碳排放量就高達中國總二氧化碳排放量的38.7%[1]，所以電力行業在我國節能減排中的作用尤為重要。

電力需求的急劇增加將對我國的能源和環境帶來巨大的影響。根據有關國際機構和專家分析，我國二氧化碳年排放量已超越美國[2]，居世界第一位，電力行業二氧化碳等污染物減排壓力將越來越大。

目前，電力系統的節能減排技術措施包括可再生能源、清潔能源發電技術，高耗能、高污染化石能源燃料機組的更換及改造，考慮環境影響指標的經濟調度。以上前兩項減排技術措施都需要高昂的資金投入和相關技術的逐步完善，而考慮環境影響的經濟調度更容易評估和實現電力系統減排工作。傳統的經濟調度是在預期調度時間段之內，滿足系統安全等約束條件的前提下最小化系統總燃料費用，調度各個電廠或者機組的出力來滿足負荷的需要[3]。為了實現減排目的，需要在傳統經濟調度的基礎上考慮調度策略的環境影響指標。因此出現了大量的文獻研究環境經濟調度。其中，文獻[4-8]在靜態經濟調度的基礎上考慮了污染氣體排放目標的影響，但是未涉及機組爬坡約束的動態特性。文獻[9-13]研究了考慮污染氣體排放影響的動態經濟調度。文獻[14]為解決風電功率的不確定性，提出考慮風電滲透功率的增減出力旋轉備用量化模型，把廢氣排放作為目標研究了動態環境經濟調度問題。

燃料費用和污染物排放兩個目標的矛盾性使本來就是高維、非線性優化問題的求解變得更加困難，文獻[9]采用法線邊界交叉法將多目標轉化為單目標，并采用原對偶內點法求解得到Pareto最優解。文獻[10,11,15-18]則選擇用智能優化算法及其改進算法（比如遺傳算法、粒子群算法）來解決這一多目標優化問題。文獻[10,11]分別由粒子群優化算法和基本生物地理學優化算法相結合的改進生物地理學優化算法以及遺傳算法與層次分析法結合的算法多目標縱橫交叉算法解決動態經濟調度問題。文獻[15]重新定義全局最優和局部最優后提出多目標粒子群算法，值得一提的是其求解環境經濟調度問題得到分布均勻的Pareto最優解集。文獻[16]研究微分進化算法的電力系統短期優化調度，以使水火電的出力分配達到最優。文獻[17]提出隨機黑洞粒子群優化算法解決環境經濟調度問題，通過變異操作改善解的多樣性得到Pareto最優調度策略集。文獻[18]用多目標數學規劃問題求解環境經濟調度問題，并使用模糊決策給出最優折衷解。

大用戶直購電工作是指終端購電大用戶與發電企業之間通過直接交易的形式協定購電量和購電價格，然后委托電網企業將協議電量由發電企業輸配至終端購電大用戶，并另支付電網企業所承擔的輸配服務費用[19]。直購電工作是對現有電力銷售機制的一種嘗試改革，其目的在于打破電網企業獨家買賣電力的格局，在發電側和售電側引入競爭機制。同時，有利于探索建立合理的輸配電價形成機制，促進電網輸配分離，使終端用戶進入電力市場，逐漸建立開放的電力市場。國家已經在《關于“十一五”深化電力體制改革的實施意見》中再次強調了直購電工作，該工作目前已經在廣東、吉林和四川等省開展了試點。

現在已有文獻對大用戶直購電的研究主要集中在購電模型與機制[19]、大用戶購電負荷預測[20]、購電合同電價[21]、購電組合策略[22,23]、購電交易方 式[24]及轉運費用分攤計算[25]等。大用戶直購電交易規模化開展將減小電網的可調度空間[19]，但鮮有研究大用戶直購電對環境經濟調度的影響。

細菌趨藥性（bacterial chemotaxis）算法是由H. J. Bremermann[26]及R. W. Anderson[27,28]提出和改進的。文獻[29]使用不同測試函數對細菌趨藥性算法做了大量測試，和其他優化算法對比結果顯示了細菌趨藥性算法的局部和全局尋優能力。單個細菌的尋優能力是有限的，通過增加群體之間的感知與信息共享，文獻[30]提出細菌群體趨藥性（Bacterial Colony Chemotaxis, BCC）算法，仿真計算表明其尋優能力大大提高。因此，本文將改進細菌趨藥性算法求解魯棒動態環境經濟調度問題。

本文在考慮了大用戶直購電約束的基礎上建立動態環境經濟調度的模型。給出了多目標細菌群體趨藥性（Multi-Objective Bacterial Colony Chemotaxis, MOBCC）算法步驟及動態環境經濟調度（Dynamic Emission Economic Dispatch, DEED）的求解流程，可以求出考慮大用戶直購電的調度策略。并對所采用方法進行了仿真，簡單分析了大用戶直購電的 影響。

1 考慮大用戶直購電的動態環境經濟調度建模

發電企業向大用戶輸送電能的方式有兩種：①建立專線供電給大用戶，此方式的輸電線路建設投資不容忽略，但是對電網調度沒有影響，因此本文不作詳細研究；②大用戶從發電企業購買的電能由電網轉運，此方式的大用戶除了向發電企業繳納購電費，還要支付電網的轉運費。本文研究基于第二種輸電方式，因此，大用戶直購電成本包括發電成本和與輸電損失相關的輸電費用（輸電費用相關研究較為復雜[25]，包含大用戶直購電的系統成本。

1.1 目標函數

（1）成本目標函數

式（1）中，電網調度部分燃料費用函數設為發電機組有功出力的二次函數，本文表示為

（2）污染氣體排放環境成本目標函數