工业用户时段错峰方案优化编制方法研究

杨定立,张 玮

(1.国网陕西省电力公司,西安 710048; 2.华北电力大学经济与管理学院,北京 102206)



工业用户时段错峰方案优化编制方法研究

杨定立1,张 玮2

(1.国网陕西省电力公司,西安 710048; 2.华北电力大学经济与管理学院,北京 102206)

为了提高工业用户有序用电实施的环境效益,笔者在分析目前有序用电管理中存在问题的基础上,提出了工业用户有序用电错峰优先级序位评价指标体系、综合评价方法和时段错峰方案优化编制方法,并以某10 kV公网线路工业用户为例进行分析。结果表明,工业用户时段错峰评价指标体系与方案优化模型可在有序用电方案有效实施的基础上扩大环境效益,促进电力行业实现节能减排。

工业用户;有序用电;方案编制;节能减排

有序用电为科学合理地用电,即采用各种技术、经济、法律、行政等手段以达到节能降耗、保护环境,促进经济、社会、环境间协调、可持续性发展的目的[1]。众多专家学者对有序用电从不同的角度进行了研究,文献[2-3]在分析有序用电关键内容基础上,归纳了有序用电实际管理中存在的忽视企业自身有序用电价值、错避风指标的分解不合理、有序用电方案编制缺乏科学的决策理论支持、有序用电执行后评估缺乏合理的评估原则和评估方法等问题。文献[4-7]引入属地管理概念和精细化管理思想,从经济效益的角度对有序用电管理展开分析,分析了减少用户和成本、提升用电效率、减少不必要电力投资的方法。然而,上述研究大多数从理论角度对有序用电的管理提出了建立,对用户有序用电序位评价及有序用电方案编制缺乏研究。对此,本文从用户、电网和社会角度构建有序用电用户序位评价指标体系,以对全体用户的影响最小化构建相应的方案编制模型,并用于某10 kV公网线路工业用户,减少了电耗量,提高了有序用电所带来的节能减排量和经济效益。

1 工业用户有序用电序位评价指标体系

目前,在有序用电方案制定的实际过程中,往往以实现错避峰负荷目标的可行性、方案的易操作性为原则,较大程度上忽视了用户的用电价值和有序用电在节能降耗、保护环境等方面的作用。

本文从电网、用户和社会角度构建评价指标体系、工业用户时段错峰序位评价指标,如表1所示,“正指标”即其值越大得分越高的指标,用户评价得分越高,表明该用户的有序用电优先级越高,即优先被考虑纳入有序用电方案。

表1 工业用户时段错峰序位评价指标

1.1 用电价值

用户用电价值各个指标计算表达式如下:

1) 用户i在第y年的年产值占比为

(1)

2) 用户i在第y年的购电费用占比为

(2)

式中:Ci,y为用户i在第y年的年购电费用,元。

3) 用户i的年均产值增长率为

(3)

式中:Ri,inc为用户i的年均产值增长率;Ri,n为第i个用户第n年的年产值,元;Ri,n-t为第i个用户第(n-t)年的年产值,元。

1.2 能耗与排污

用户i在第y年的单位产值电耗为

(4)

(5)

第i个用户对第k类污染物的排放强度为

(6)

式中:Ei,k,y为第i个用户排放第k类污染物在第y年的排放量,kg。

1.3 错避峰能力

第i个用户的可转移负荷率为

(7)

2 指标赋权与综合评价

2.1 指标值的处理

由于负指标对得分起到副作用,需要将其值转化为正指标值。本文对指标体系中的各负指标按下式进行处理:

(8)

式中:xi为第i个用户的指标值;X为所有用户的指标值集合。

2.2 无量纲化

由于各评价指标之间存在着量纲、量级上的差异,为消除此影响,将各个指标进行无量纲化处理。常用的无量纲化方法包括线性比例法、极值处理法、比重法等。本文选择极值法进行处理:

(9)

2.3 层次分析法

本文选择AHP(Analytic Hierarchy Process)方法对指标进行赋权,其计算步骤:1)建立层次结构模型;2)构造判断矩阵;3)层次单排序与一致性检验;4)层次总排序;5)层次总排序的一致性检验。对于AHP方法的具体计算公式本文不再赘述,具体见文献[8]等。

利用AHP方法得出各个指标的权重后,可通过综合计算式(10)求出各个用户的得分。

(10)

式中:wk为第k个指标值的权重;xi,k为第i个用户第k个指标无量纲化后的值。

3 时段错峰方案编制优化

时段错峰即通常所说的调班。参与时段错峰的用户应为非连续性生产用户或部分生产非连性用户。在实际制定计划时,用户集合定义为可参与时段错峰的所用用户。时段错峰的最小周期应为1 d,且同1 d内用户只能参与1次时段错峰。

3.1 时段错峰方案编制优化模型

利用前文所提评价方法将可参与错峰的用户构成有序集合C={c1,c2,…,ci},用户i的错峰负荷为Li,正常工作时段为[ti,s,ti,e]可接受的最大错峰时长为hi,max,构建时段错峰方式的有序用电方案制定模型,以满足有序用电错峰目标条件下,方案对用户用电总体影响最小化为优化目标。

(11)

约束条件如下:

1) 用户参与条件约束

(12)

式中:xi为0、1变量,值为1时表示用户i可以参与到该峰时段的时段错峰计划中。

(13)

2) 错峰负荷量约束

(14)

zi≤xi

(15)

式中:zi为0、1变量,值为1时表示用户i实际参与到时段错峰中。

3) 其他时段负荷供应约束

(16)

式中:yi,t为0、1变量,值为1时表示若用户i参与到第j天的时段避峰,则用户i将在t时刻增加生产工作。

(17)

式中:ΔCt为t时刻所能增加的最大负荷量。

3.2 求解步骤

由于用户序列是一个有序序列,因此该模型的求解并不是一个全局寻优的过程,其求解步骤如下:

步骤1:将第一个用户加入结果集Cresult,判断该集合是否满足所有约束,若满足进行步骤3。

步骤2:将下1个用户加入结果集Cresult,判断是否满足所有约束,若满足约束进行步骤3,否则重复步骤2。

4 算例分析

4.1 基础数据

以某10 kV公网线路工业用户为例,各工业用户与负荷情况如表2所示,其他参数如表3所示。

表2 用户基础数据

表3 用户其他参数

4.2 算例结果

设置不同情景以对比分析考虑企业污染物排放对有序用电的节能减排效果的影响,两类情景的定义如下:

情景1:不考虑企业污染排放。

情景2:考虑企业污染排放。

4.2.1 有序用电优先级

在情景1中,针对单位电耗产值、购电比例、年产值增长率、可中断负荷比例、违约用电次数、累计欠费率、本期欠费率7个评价指标进行综合评价。在情景2,进一步将CO2、SO2和NOx的排放量纳入评价指标体系。按照专家打分的方式获取7个指标的权重,得出错避峰序位,如表4所示。

表4 两种情景下的有序用电优先级评价结果

4.2.2 有序用电错峰方案

在有序用电优先级排序的基础上,本算例以时段错峰的方式进行错峰。假定该线路的错峰目标负荷量为1500 kW。在实际中,设置错峰上限为1600 kW,不考虑其他时段的不能承受时段错峰所带来的负荷增量这一情景。两种情景下所得错峰方案如表5所示。

由表4、表5可知,两种情景下所得错峰用户具有显著的差异。假设错峰时段为8:00-18:00,则可计算得两种情景下错峰时段内减少的污染物排放量,如表6、表7所示。

通过对表4～7进行分析,可得出以下结论:

1) 情景2的错峰负荷1560 kW大于情景1的错峰负荷1540 kW,所减少的电耗量15 600 kW·h相应地高于情景1所减少的电耗量13 400 kW·h。

表5 两种情景下的时段错峰方案对比

表6 不考虑企业污染物排放情景下的有序用电减排情况

表7 考虑企业污染物排放情景下的有序用电减排情况

2) 情景2较情景1的污染物减排量大幅度增加,CO2、SO2、NOx的减排量分别由情景1的10.60、0.28、和15.07 kg增加至27.32、0.74和24.95 kg。这一增量仅为单一线路增量,若将排放因素纳入整个地区的有序用电方案制定前的序位评价指标体系,预期将获得更大的减排效益。

5 结 论

1) 针对目前有序用电管理中存在的忽视用户自身用电价值、有序用电方案编制缺乏科学的决策理论支持等问题,可以从用户、电网与社会多角度出发,构建工业用户有序用电序位优先级评价指标和相应的错峰方案编制优化方法。

2) 在用户生产中,制定能耗与排污因素有序用电方案,能提高有序用电所带来的节能减排量,以及更多的社会效益。而且可为优化有序用电管理提供参考。

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(责任编辑 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。

杨定立(1971—),男,工程师,研究方向为电力营销。

TM715.1

A

2095-6843(2016)01-0018-05