新能源電力系統多目標優化調度模式研究

潘光勇

華電山東新能源有限公司，山東濟南 250014

1 電力系統調度模式的發展歷程

我國電力系統調度模式從經濟調度、計劃電量調度到市場競爭調度、節能發電調度等幾個不同階段才發展到今天，在發展初期，優化目標單一，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；而到了節能發電調度階段，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、無功損耗中的部分目標的優化，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。隨著節能減排的提出，電力系統也要緊跟時代的腳步，提高能源的利用率，新能源電力系統優化調度模式得到了應有的重視，并在逐漸推廣。

2 多目標優化調度模式

2.1 電力系統多目標優化調度的主要內容

優化目標是電力系統多目標優化調度的主要內容之一，主要指常規發電機組發電成本或燃料成本、電力市場中的購電成本、風險控制指標、環境方面的成本支出等。約束條件一般包括運行安全的約束、備用約束、環境極限約束、風險約束等。

2.2 提高風電滲透率的電力系統多目標優化調度模式

為解決風電不確定性給電網調度帶來的不便，可以通過改進粒子群優化算法的多目標優化調度方法，在以風力發電為主的電力系統中建立了含風電場的雙目標調度模型，其中，目標函數選擇以常規火電機組發電成本最小和風電消納電量最大，并通過運用改進的多目標粒子群優化算法進行優化求解，降低了電力系統的發電成本，提高了風電消納水平，進而實現風力、火力協調控制下的最優調度。

2.3 多目標并網優化

多目標并網優化通過建立多目標優化數學模型能夠解決由于不同類型的新能源設備的購進成本、收益和容量存在差異，致使配電網的資金投入大、電壓降低和網損加大等問題的發生。在完成新能源并網優化處理之后，可以實現對新能源設備各項運行參數的合理選擇，促使系統網損降低、并能夠有效減少系統的節點電壓偏移量，促進電力系統的經濟效益提高。多目標并網優化模型的建立能夠對新能源的多種影響因素進行綜合考慮，提高了不同類型設備之間分辨度，多目標并網優化是以把配電系統總投資效益最大、系統網損最小、系統節點電壓偏移量最小選為目標函數，應用參數遺傳算法進行函數的求解，在此基礎上進行最優并網策略的確定。完成上述工作后還需要采用帕累托前沿解空間進行并網策略合理性的檢驗，對電力系統選擇新能源設備具有重要的參考意義。我們把目標函數用下面算式表示：

其中的Cy是指配電系統引入新能源機組后，在使用新能源機組的過程中的年投資總收益率；

將Cin設定為配電系統的年收益綜合，將綜合支出Cout來表示，SWi取值應用0或者1進行表示，其中SWi是0，表明在節點i處未曾進行新能源機組的安裝工作，當SWi=1時則說明節點i處可以進行新能源機組的安裝。此外新能源機組使用年限通過t表示，貼現率采用r表示，節點總數為Nn。在并網決策中的新能源機組總數應用Ne表示。采用Ceq表示投資成本，某一節點的年維護成本為Cop。安裝費用通過Cset進行表示，單位為萬元。Csub,j、Cp,j分別表示對第j個新能源機組政府發放的補貼電價以及上網電價；(A/P, r, t) 表示等年值現值系數；用Pj來表示新能源機組的額定容量；數學符號Nt代表配電系統原有的發電機數量；Ploss是電力系統的有功網損，包括了有線路損耗PlossLines和變壓器損耗PlossTransformers；符號Nl表示支路數；Ui、Uj分別表示角標所在節點的電壓幅值；Gk(i，j)表示任意兩個節點i、j之間支路k的電導；把兩個節點i、j之間的電壓相位差用cosδij來表示，Ii是流過節點i的電流；tR所代表的是發電機內阻；節點電壓偏移量一般用ΔU來表示；節點實際電壓通常用符號Ui代替，Uispec則是節點期望電壓。

要使電力系統正常運行，就要使電力系統中有功出力滿足需求側的負荷對功的要求。對公式（9）進行分析，發現不同發電機組的出力上下限存在有一定的區別，而在公式（10）中則發現了任何節點還有著上限只，并要求在接入新能源的過程中，將功率控制在該節點的上限值范圍內，也就是說在新能源接入過程中對節點受最大消納能力進行充分的考慮，就像公式（11）所表達的。

其中，Ne代表新能源的機組總數，用字母Nt來表示配電系統的既有發電機的數，Pj所表示的是系統中第j個新能源機組的所具有的額定功率，符號Pi則代表配電系統中的電源在節點i的有功功率輸出值，我們把配電系統的總負荷通過字母D來表示。機組的出力上下限用Pk,max、Pk,min來表示，Pi,max表示。表示節點i的功率上限。

3 加速多目標優化調度模式研究的主要策略

3.1 提高認識

無論管理者還是企業員工都應轉變觀念，真正認識到新能源的引入對節能減排的意義，了解多目標優化是企業生存和現代發展的需求。把多目標優化納入工作的重點內容。通過嚴格的管理制度和責任分工，提高員工對多目標優化的重視程度，形成人人關注多目標優化，人人為多目標優化做貢獻的新局面。

3.2 加強工作人員隊伍建設

科技人員是進行新能源電力系統多目標優化調度研究的主要工作者，他們自身的素質和專業水平直接關系到研究成果的優劣及應用價值，因此，應加強對科技人員的理論學習和技術培訓，使他們更多地了解各種新能源的性能和優勢，分析影響目標函數的各個條件，并借鑒其他企業的多目標優化模式，進行研發和創新。樹立終身學習的正確意識，不斷為自己充電，提高自己的專業素養和科研能力。通過獎懲分明的獎勵激勵制度，對技術能力強，貢獻突出的高科技人員給予鼓勵和獎勵，調動研發人員的工作積極性。在可能的情況下，加大資金投入，重視優秀人才的引入，多為研發人員提供外出參加經驗交流和研討的機會，使他們的視野更開闊，提高自身的技水平，強化科技人員的隊伍建設。

3.3 注重研發，為科技人員提供良好的工作環境

科學技術就是生產力，科技人員是企業發展的原動力。因此，電力企業應注重新調度模式的研究，尊重知識尊重人才，為科技人員提供良好的工作環境，引進先進的設備，加強實驗室的建設，使科技人員在更安靜更舒適的環境中工作，關心科技人員的生活，了解他們的疾苦，為科技人員解決后顧之憂，使他們能夠全身心的投入到多目標優化調度模式的研究中，加速研究的進程。

3.4 加強安全管理

安全是和每個人密切相關的大事，在電力系統運行過程中，管理者往往把主要精力放在供電質量和經濟效益上，而忽視了安全管理。一旦發生故障，不僅會造成嚴重的損失，更會影響優化目標的實現。因此，應從設備的運行要求、工作人員的操作安全、防火等多方面加強安全管理，嚴格操作要求，工作人員上崗前必須做好自我安全防護，如戴手套、防護面具等，對各種違章行為嚴懲不貸。定期對設備進行檢修和維護，發現問題，采取技術措施及時處理，把隱患消滅在萌芽狀態，保證電力系統安全穩定運行。

4 結語

研究新能源電力系統多目標優化調度模式是電力行業發展的必然趨勢。目前，新能源已經走進了各個領域，電力企業也應緊跟時代的步伐，引進新能源，創新調度模式。本文闡述了電力系統調度模式的演變過程，從電力系統多目標優化調度的主要內容、提高風電滲透率的電力系統多目標優化調度研究、多目標并網優化等幾個方面分析了新能源電力系統多目標優化調度模式，采取提高認識、加強工作人員隊伍建設、注重研發，為科技人員提供良好的工作環境，加強安全管理等策略加速多目標優化調度模式的進程。多目標優化調度模式的運用，對促進電力行業的節能減排起積極地促進作用。讓我們共同努力，為電力企業的蓬勃發展和利潤最大化做出應有的貢獻。