市场环境下电力系统优化调度策略研究

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摘要:分析了电力系统调度的目标、方法及优化策略,并分析了电力系统调度中的一些安全问题。指明了电网优化调度的方向。

关键词:电力系统;优化调度;安全问题

中图分类号:F407

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)21-0070-02

0 引言

近年来,随着社会和经济的快速发展,对电力系统调度提出了极大的挑战。电力调度需要考虑电力企业自身效益和节能减排等目标,电网安全更是企业可持续发展和社会和谐稳定的保证。电力系统调度已成为了一种重要的现代化监测、控制和管理手段。优化电力调度系统既是智能电网建设中的重要组成部分,也是全面进行电力资源优化配置、抵御风险、提高决策和管理科学性的一种有效手段。

目前的电力调度系统面临着许多问题,包括控制过程不安全、信息的杂乱、缺乏集中式控制方法、事故应急恢复等。为适应特高压、大电网、以及智能电网的建设与运行管理要求,达到调度业务的科学合理、电网运行的管理高效、电网异常及事故的快速响应,必须对调度的优化策略与方法加以研究。

传统的电力系统运行调度决略,目标单一,如以投资费用或输电损失费用等最小为目标,满足给定约束条件的一种方案,没有综合考虑其它的因素,其实就等同于电力系统运行的调度计划。在该调度机制中,基本谈不上优化。面对复杂的市场情况,仍沿用这一调度机制,势必会造成系统负荷发生较大幅度的变化,更严重的是,会经常导致系统中输电能力接近或达到约束域的边缘,这对电力系统的安全运行造成危害。针对这种情况,传统意义下的电力系统运行调度决策机制面临严峻挑战,在追求单一目标优化的基础上,如何适度考虑多目标的综合优化,如维持适宜有功、无功设备的附加费用、阻塞费用、中断费用、平衡电力负荷波峰波谷等,以保证电力系统正常安全运行下的电力市场效益,以保证电力系统运行调度的决策合理,已势在必行。因此,提出新的电力系统优化调度框架策略已显得非常重要。

本文从电力调度系统要实现的功能,调度系统的目标,约束条件,调度算法,调度优化的内容与策略以及调度安全这几方面进行了论述。

1 电力系统调度所需实现的功能

电网调度的主要目的是实现供电系统的安全、可靠运行和经济节能,虽然在目前的电力系统调度管理中已经基本实现了安全调度,但是对于电网系统的经济和可靠运行则控制不足。随着自动化技术的发展,采用计算机控制对大量的实时数据进行采集、分析和处理,对整个电力系统调试进行优化可实现较好的可靠运行和经济节能目标。本文主要运用数据收集,安全监视与控制,状态估计,安全分析,超短期负荷预测,潮流优化,经济调度,母线负荷预测,配电自动化等方法,通过对供电网络设备资源优化、作业优化和系统可靠性等方面的优化,以提高供电企业的经济效益和社会效益,实现电力企业的可持续发展。

2 电力系统的优化调度目标函数

优化离不开目标,在市场机制下,通过对电力系统运行优化调度的目标进行整合,变换和优化,以达到较好的效果。具体体现在以下几个方面:

2.1 单目标调度优化

即单一目标的优化问题,传统电力系统中运行费用最小、网损最小等都可以作为单一的目标进行优化。在市场环境下,电商企业是独立运营的实体,传统优化调度中的成本,在电力市场中被电力企业的报价曲线所代替,电网优化的目标也有所不同,主要是网络损耗、购电费用、输电能力等。单目标优化问题容易造成顾此失彼的现象,需要进行人工的干预,对复杂系统的研究缺乏系统性和科学性。针对此现象,能否根据已有的研究成果和调度经验,对各种情况下的刚性优化结果进行综合考虑、求同存异,揭示冲突因素间相互付出的代价的规律,会有助于电力市场机制的合理建成与完善,同时使调度优化和决策合理具有科学性和系统性。

2.2 多目标调度优化

即追求多个单目标问题的确定性组合所形成的优化问题。在电力市场中,此类问题很多,如运行费用与环境污染限制,运行费用与输电损耗,运行费用与安全、可靠水平等。以单目标问题的研究成果为基础,综合考虑多个影响调度的因素,寻求影响因素间符合市场经济运行规律的权衡系数,可以更好地实现资源优化配置,提高电力企业和电力的经济效益和社会效益。

2.3 互换目标与约束指标

目标与约束是同时出现的,某些情况下可以相互转化。从数学规律上讲,目标和约束可以相互转化,从市场经济意义上研究这种转化的规律和机理,如对总费用中既有可变费用又有不变费用,如何控制其比例的问题等。探索目标与约束相互转化的评价指标,可以引导电力市场电价符合经济规律,电网负荷合理的调度,保证发电机组的安全可靠运行。最终可以平衡使用各种资源,利用好关键资源。

3 约束条件

随着电力市场化环境的建立,电力系统的运行受制约的因素越来越多,分析和处理约束条件是电力系统运行调度优化的重点和难点。探索电力系统运行中时域、地域上的关联,结合具体的约束条件,对调度问题进行优化和快速求解非常重要。

4 调度优化的内容与策略

目前对于供电网络结构、设备资源和作业的管理等因素未进行较好的优化管理。根据供电网络结构、输变电设备的特点和用电负荷的具体情况等,可以从以下几方面进行优化:

4.1 作业优化

作业主要包括电力施工作业和检修作业,通过对作业的优化管理,同一停电区域内的施工或检修作业尽量采用平行作业,以减少停电次数和停电时间,科学合理地进行作业持续时间的优化和作业时间的选择。对于作业持续时间,在施工天气环境相同的情况下,主要受人员数量、施工人员技术水平、机械化程度等因素影响,作业基本成本也受上述这些因素的影响,故在条件允许的情况下,作业时间要尽可能短。作业停电造成的供电量损失成本与作业持续时间成正比。通过合理调整作业持续时间可以降低综合成本,提高电网的供电量,增加电力企业经济效益。

对于作业时段的选择,原则上应选择在负荷较小的时段进行,以减小供电量损失。

设作业综合成本为Y=G1(t)+S1(t),式中G1(t)――作业持续t时间的成本,S1(t)――t时间内收入损失的成本

所以最佳作业持续时间应该满足

dYdt=ddt[G1(t)+S1(t)]=0。

4.2 设备资源优化

需要优化的电力相关设备资源主要有线路和电容器、变电站主变压器、配电变压器等。首先要根据负荷情况使变电站主变在经济运行区内运行,其次是保证配电变压器相对其供电量损失最小,新装变压器要根据负荷选择合适的规格和容量,对于供季节性负荷的配电变压器应适时停运,减少空载现象。线路的优化原则是使线损最低、电量损失最小。为此应减少线路“瓶颈”现象,实现各线路负荷均衡,使线路经济运行,应加强计划管理,减少检修停电次数。无功的优化原则是使系统负荷接近中性,提高功率因数,要及时投切站内电容器,负荷较轻时适当降低电压,以减小线损中的固定损耗,根据负荷性质实行就地补偿,对于分散的感性负载,在进行理论分析后,在适当位置加装自动投切补偿电容器。

在局部供电区域中,需要优化的设备有输电线路和电容器、配电变压器等。

4.2.1 配电变压器的优化原则是使配电变压器相对于其供电量损失最小。其优化方案有

(1)对于季节性负荷,可以利用供电网路互连,轻负荷时停用部分配电变压器,而由其它配电变压器供电;

(2)对于波动较大的负荷,进行经济可行性分析后可以选择自动调节容量的配电变压器;

(3)新装配电变压器应根据负荷大小合理选择配电变压器容量。

4.2.2 输电线路的优化原则是使输电线路的损失电量最小。其优化的方案有

(1)加强施工的管理,减少因施工而引起的损失;

(2)尽量防止输电线路中的“瓶颈”现象。

4.3 可靠性优化

安全可靠供电是对电网的基本要求,应该根据电网的结构特点,输电线路的分布情况,科学合理的配置分支开关的数量和位置,尽可能缩小事故或检修时的停电范围;

供电系统安全可靠运行是供电最基本的要求,可靠性优化的方法包括:

(1)根据负荷分布要求,适时合理安装保护装置;

(2)根据输电网络的结构特点,进行经济和合理性分析设置相应的开关和断路器;

(3)根据用户用电的可靠性级别,合理消除不良影响因素。

5 电力系统调度网络安全研究

综合考虑电力系统安全管理各环节,客观地评价电网安全运行的真实状况,对电网运行当中可能出现的安全灾难及造成的直接、间接的损失做出估算。促使人们形成正确的安全意识和有效的安全管理模式已显得非常重要。

针对电力系统网络管理过程中技术手段不足的现状。建立以各级安全工作区为基础的网络安全管理体系是一个行之有效的方法。安全体系的设计与运行由以下三个部分构成:

5.1 提出符合应用特点的安全需求

(1)分析电力系统存在的问题及其可能造成的潜在风险;

(2)在平衡经济因素的同时,建立尽可能完备的安全目标;

(3)在安全体系建设时,应充分考虑安全服务与机制对调度系统实时性的影响。

5.2 安全技术的应用满足管理需求

(1)安全域规划与访问控制技术的应用;

(2)网络安全性分析系统的应用;

(3)网络行为分析技术的应用;

(4)病毒防范。

5.3 安全技术的相互配合是运行管理的主要指导思想

多种安全技术(保护、检测、响应、恢复)之间存在着一定的因果和依存关系,形成一个整体。以提高保护机制的整体抗风险能力,实时检测为响应创造条件,并有效响应安全事件,这将大大提高系统保护及恢复机制的可靠性。综合地、交叉的使用各种安全技术,是解决网络安全问题的有效手段。

在安全体系的实际应用过程中,通过周期性的安全评估报告、入侵检测、防火墙及操作系统日志的审计分析,网络管理者可以量化安全风险、掌控网络运行状态,不断丰富完善安全策略,使制定的网络管理策略能更好地指导安全体系的运行。

6 结语

随着电网规模的扩大及电力系统复杂程度的增加,采用上述调度优化策略后,可以起到一定的效果。实践也证明,通过作业优化、运行方式优化、设备资源优化、可靠性优化等可以降低电网运行成本,提高电力企业的经济效益和社会效益。以上策略优化不能仅仅依靠调度,还需要营销、生产技术、输变电工区等部门以及各个供电所的紧密配合,相互沟通,才能实现策略的最优配置,实现经济效益和社会效益的最大化。

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