工業用戶時段錯峰方案優化編制方法研究

楊定立,張 瑋

(1.國網陜西省電力公司,西安 710048; 2.華北電力大學經濟與管理學院,北京 102206)

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工業用戶時段錯峰方案優化編制方法研究

楊定立1,張 瑋2

(1.國網陜西省電力公司,西安 710048; 2.華北電力大學經濟與管理學院,北京 102206)

為了提高工業用戶有序用電實施的環境效益,筆者在分析目前有序用電管理中存在問題的基礎上,提出了工業用戶有序用電錯峰優先級序位評價指標體系、綜合評價方法和時段錯峰方案優化編制方法,并以某10 kV公網線路工業用戶為例進行分析。結果表明,工業用戶時段錯峰評價指標體系與方案優化模型可在有序用電方案有效實施的基礎上擴大環境效益,促進電力行業實現節能減排。

工業用戶;有序用電;方案編制;節能減排

有序用電為科學合理地用電,即采用各種技術、經濟、法律、行政等手段以達到節能降耗、保護環境,促進經濟、社會、環境間協調、可持續性發展的目的[1]。眾多專家學者對有序用電從不同的角度進行了研究,文獻[2-3]在分析有序用電關鍵內容基礎上,歸納了有序用電實際管理中存在的忽視企業自身有序用電價值、錯避風指標的分解不合理、有序用電方案編制缺乏科學的決策理論支持、有序用電執行后評估缺乏合理的評估原則和評估方法等問題。文獻[4-7]引入屬地管理概念和精細化管理思想,從經濟效益的角度對有序用電管理展開分析,分析了減少用戶和成本、提升用電效率、減少不必要電力投資的方法。然而,上述研究大多數從理論角度對有序用電的管理提出了建立,對用戶有序用電序位評價及有序用電方案編制缺乏研究。對此,本文從用戶、電網和社會角度構建有序用電用戶序位評價指標體系,以對全體用戶的影響最小化構建相應的方案編制模型,并用于某10 kV公網線路工業用戶,減少了電耗量,提高了有序用電所帶來的節能減排量和經濟效益。

1 工業用戶有序用電序位評價指標體系

目前,在有序用電方案制定的實際過程中,往往以實現錯避峰負荷目標的可行性、方案的易操作性為原則,較大程度上忽視了用戶的用電價值和有序用電在節能降耗、保護環境等方面的作用。

本文從電網、用戶和社會角度構建評價指標體系、工業用戶時段錯峰序位評價指標,如表1所示,“正指標”即其值越大得分越高的指標,用戶評價得分越高,表明該用戶的有序用電優先級越高,即優先被考慮納入有序用電方案。

表1 工業用戶時段錯峰序位評價指標

1.1 用電價值

用戶用電價值各個指標計算表達式如下:

1) 用戶i在第y年的年產值占比為

(1)

2) 用戶i在第y年的購電費用占比為

(2)

式中:Ci,y為用戶i在第y年的年購電費用,元。

3) 用戶i的年均產值增長率為

(3)

式中:Ri,inc為用戶i的年均產值增長率;Ri,n為第i個用戶第n年的年產值,元;Ri,n-t為第i個用戶第(n-t)年的年產值,元。

1.2 能耗與排污

用戶i在第y年的單位產值電耗為

(4)

(5)

第i個用戶對第k類污染物的排放強度為

(6)

式中:Ei,k,y為第i個用戶排放第k類污染物在第y年的排放量,kg。

1.3 錯避峰能力

第i個用戶的可轉移負荷率為

(7)

2 指標賦權與綜合評價

2.1 指標值的處理

由于負指標對得分起到副作用,需要將其值轉化為正指標值。本文對指標體系中的各負指標按下式進行處理:

(8)

式中:xi為第i個用戶的指標值;X為所有用戶的指標值集合。

2.2 無量綱化

由于各評價指標之間存在著量綱、量級上的差異,為消除此影響,將各個指標進行無量綱化處理。常用的無量綱化方法包括線性比例法、極值處理法、比重法等。本文選擇極值法進行處理:

(9)

2.3 層次分析法

本文選擇AHP(Analytic Hierarchy Process)方法對指標進行賦權,其計算步驟:1)建立層次結構模型;2)構造判斷矩陣;3)層次單排序與一致性檢驗;4)層次總排序;5)層次總排序的一致性檢驗。對于AHP方法的具體計算公式本文不再贅述,具體見文獻[8]等。

利用AHP方法得出各個指標的權重后,可通過綜合計算式(10)求出各個用戶的得分。

(10)

式中:wk為第k個指標值的權重;xi,k為第i個用戶第k個指標無量綱化后的值。

3 時段錯峰方案編制優化

時段錯峰即通常所說的調班。參與時段錯峰的用戶應為非連續性生產用戶或部分生產非連性用戶。在實際制定計劃時,用戶集合定義為可參與時段錯峰的所用用戶。時段錯峰的最小周期應為1 d,且同1 d內用戶只能參與1次時段錯峰。

3.1 時段錯峰方案編制優化模型

利用前文所提評價方法將可參與錯峰的用戶構成有序集合C={c1,c2,…,ci},用戶i的錯峰負荷為Li,正常工作時段為[ti,s,ti,e]可接受的最大錯峰時長為hi,max,構建時段錯峰方式的有序用電方案制定模型,以滿足有序用電錯峰目標條件下,方案對用戶用電總體影響最小化為優化目標。

(11)

約束條件如下:

1) 用戶參與條件約束

(12)

式中:xi為0、1變量,值為1時表示用戶i可以參與到該峰時段的時段錯峰計劃中。

(13)

2) 錯峰負荷量約束

(14)

zi≤xi

(15)

式中:zi為0、1變量,值為1時表示用戶i實際參與到時段錯峰中。

3) 其他時段負荷供應約束

(16)

式中:yi,t為0、1變量,值為1時表示若用戶i參與到第j天的時段避峰,則用戶i將在t時刻增加生產工作。

(17)

式中:ΔCt為t時刻所能增加的最大負荷量。

3.2 求解步驟

由于用戶序列是一個有序序列,因此該模型的求解并不是一個全局尋優的過程,其求解步驟如下:

步驟1:將第一個用戶加入結果集Cresult,判斷該集合是否滿足所有約束,若滿足進行步驟3。

步驟2:將下1個用戶加入結果集Cresult,判斷是否滿足所有約束,若滿足約束進行步驟3,否則重復步驟2。

4 算例分析

4.1 基礎數據

以某10 kV公網線路工業用戶為例,各工業用戶與負荷情況如表2所示,其他參數如表3所示。

表2 用戶基礎數據

表3 用戶其他參數

4.2 算例結果

設置不同情景以對比分析考慮企業污染物排放對有序用電的節能減排效果的影響,兩類情景的定義如下:

情景1:不考慮企業污染排放。

情景2:考慮企業污染排放。

4.2.1 有序用電優先級

在情景1中,針對單位電耗產值、購電比例、年產值增長率、可中斷負荷比例、違約用電次數、累計欠費率、本期欠費率7個評價指標進行綜合評價。在情景2,進一步將CO2、SO2和NOx的排放量納入評價指標體系。按照專家打分的方式獲取7個指標的權重,得出錯避峰序位,如表4所示。

表4 兩種情景下的有序用電優先級評價結果

4.2.2 有序用電錯峰方案

在有序用電優先級排序的基礎上,本算例以時段錯峰的方式進行錯峰。假定該線路的錯峰目標負荷量為1500 kW。在實際中,設置錯峰上限為1600 kW,不考慮其他時段的不能承受時段錯峰所帶來的負荷增量這一情景。兩種情景下所得錯峰方案如表5所示。

由表4、表5可知,兩種情景下所得錯峰用戶具有顯著的差異。假設錯峰時段為8:00-18:00,則可計算得兩種情景下錯峰時段內減少的污染物排放量,如表6、表7所示。

通過對表4～7進行分析,可得出以下結論:

1) 情景2的錯峰負荷1560 kW大于情景1的錯峰負荷1540 kW,所減少的電耗量15 600 kW·h相應地高于情景1所減少的電耗量13 400 kW·h。

表5 兩種情景下的時段錯峰方案對比

表6 不考慮企業污染物排放情景下的有序用電減排情況

表7 考慮企業污染物排放情景下的有序用電減排情況

2) 情景2較情景1的污染物減排量大幅度增加,CO2、SO2、NOx的減排量分別由情景1的10.60、0.28、和15.07 kg增加至27.32、0.74和24.95 kg。這一增量僅為單一線路增量,若將排放因素納入整個地區的有序用電方案制定前的序位評價指標體系,預期將獲得更大的減排效益。

5 結 論

1) 針對目前有序用電管理中存在的忽視用戶自身用電價值、有序用電方案編制缺乏科學的決策理論支持等問題,可以從用戶、電網與社會多角度出發,構建工業用戶有序用電序位優先級評價指標和相應的錯峰方案編制優化方法。

2) 在用戶生產中,制定能耗與排污因素有序用電方案,能提高有序用電所帶來的節能減排量,以及更多的社會效益。而且可為優化有序用電管理提供參考。

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(責任編輯 侯世春)

Research on the method for peak period plan optimization compilation for industrial users

YANG Dingli1, ZHANG Wei2

(1. State Grid Shanxi Electric Power Company Limited, Xi’an 710048, China; 2. School of Economics and Management of NCEPU, Beijing 102206, China)

In order to enhance the environmental benefit of orderly electricity consumption for industrial users, the author proposed, on the basis of the problems of current orderly electricity consumption management, orderly electricity consumption peak priority order evaluation index system, comprehensive evaluation method and peak period plan optimization compilation, and analyzed an industrial user of 10 kV public line. The result shows that the peak period evaluation index system and plan optimization model can be applied to extend environmental benefit and to promote energy saving and emission reduction, on the basis of the effective implementation of orderly electricity consumption plan.

industrial user; orderly electricity consumption; plan compilation; energy saving and emission reduction

2015-07-03。

楊定立(1971—),男,工程師,研究方向為電力營銷。

TM715.1

A

2095-6843(2016)01-0018-05