新能源电力系统多目标优化调度模式的探究

摘要：随着生活用电和工业用电的逐渐增加，用电需求与电力供应之间的矛盾已经凸显。由于煤炭资源日渐短缺和煤炭燃烧后产生的氮氧化物造成严重的环境污染等问题，我国传统的以火力发电为主体的供电模式已逐渐发展为复合模式。这种变化主要体现在电力来源多样化。降低火力发电的比例，大力发展水电、风电以及太阳能发电等新型能源，进行清洁能源替代，以期改变目前的电力供给现状。本文主要阐述了电力系统调度模式的发展历程，并分析了新能源发电技术及其特性，同时探讨了新能源多目标优化电网调度模式，以供参考。

关键词：新能源；电力系统；多目标优化；优化调度模式

1电力系统调度模式的发展历程

我国电力系统调度模式经历了从经济调度、计划电量调度到市场竞争调度、节能发电调度等几个不同发展阶段。在发展初期，优化目标单一，仅仅把电力系统的总煤耗最小或经济利益最大规定为优化目标。随着不断追求经济最大化、能源配置最优化，单一的优化目标并不能够满足电力系统优化需求，因此，需要考虑多因素的耦合关系。例如，所用的煤耗量、系统的排碳情况、电网运行过程中所获得的经济效益、系统有功损耗、无功损耗都成为了系统优化的目标，实现了电力系统调度模式从单一目标的优化向多目标协同优化的转化。随着新能源发电不断并网，新能源电力系统优化调度模式不断受到更多关注。

2新能源发电技术及其特性的概述

2.1太阳能发电

太阳内部不断发生核聚变，发光发热，对外释放巨大的能量，到达地球后的太阳辐射能量就是太阳能。科学数据表明，太阳的寿命还有51亿年，对于人类来说，太阳能是取之不尽用之不竭的环保能源。太阳能的强度由日照强度、日照量、和日照时间决定。太阳能发电目前有两种方式：第一，利用太阳能产生的热能发电，效率较低；第二，光伏发电，通过光电反应，将光能直接转化为电能。目前对于太阳能发现的开发以光伏发电为主，但由于转换效率、投资成本、自然条件影响等因素，太阳能发电目前使用多以小规模存在。

2.2风能发电

风能是在太阳辐射作用下流动形成的，和其它能源相比，风能的储藏量非常大，是水能的十倍，分布非常广泛，属于可再生能源，在交通不便、远离电网主干线的地区，风能扮演着关键性角色。

2.3生物质能发电

这种能源是通过化学能的方式储存于生物质中。生物质能直接或者间接来源于植物体内的光合作用，其所含的硫元素远远低于煤炭，而氢和氧元素则高于煤炭，非常有利于化学成分的充分燃烧。且其燃烧后所产生的气体主要是二氧化碳，能够被植物利用和吸收，大大减少了污染物的排放。目前借助生物质分解或者代谢所产生的可燃气体进行发电已经有了应用，例如沼气发电和炉煤气等。

2.4其它新能源发电

除了上文提到的较为主流的新能源技术外，地热发电以及海洋发电等都是利用自然资源中储存的能量完成发电工作，尽管应用范围不大，但是却具有较大的挖掘空间和推广价值。尤其是地热能发电，因为其本身就是地球内部相应放射性同位素热核反应产生的热能，技术人员只需借助熔岩释放的能量，将其提取后进行发电即可。目前地热能主要应用在干蒸汽发电以及扩容蒸汽发电的联合项目中。

3分析新能源多目标优化电网调度模式

3.1建立新能源多目标优化调度模型

考虑多种影响因素，通过不同约束条件下数学建模，建立电网多目标优化模型，通过算例验证其可行性，为系统化制定调度方案提供有效方法指导。

3.2当前采取短期的电网调度

由于传统的电网调度其电力来源具有较强的可控性和稳定性，而且负荷也是可预测的，而且可以根据常规电源的确定性来进行电网调度优化方案的设计。新能源大规模地并入电网中给电网带来了不稳定性和不可控性，使得电网在持续性地发生变动，不利于对发电功率的预测。因此，为了确保电网的稳定和可控，对于那些不确定因素，应当预留部分的旋转备用，从而把新能源发电的实际发电量和预测值之间进行弥补，从而减少由于系统的失负荷和备用不够所带来的风险。不过这种短期的电网调度会使整个机组运行效率大大降低，进而使资源浪费，削减了新能源带来的经济效益和社会效益，甚至增加了运行成本。

3.3建设备用电源，应用储能设备，调整电源结构布局

为了保障新能源入网后的电力平衡，可以增加系统调峰容量。建设稳定的调峰能力强的备用电源，在新能源不稳定期间进行快速调峰；同时开发应用具有实用性的能源储存设备，在新能源如风能发电电力过剩时储存电能，而在风电功率缺失而用电负荷高峰时段作为备用电源。这种调度方式对新能源并网后带来的不确定性有较好的规避风险作用，但是，同样存在短时间难以应用，投资成本过高的问题。

3.4建设智能化关系系统，合理引入侧响应机制

智能化电网的运用和发展，使得新能源作为群体将大规模地出现在人们的生活中。随之而来的，就是一系列可以调度的负荷群体的出现。实际上将智能化电网运用到电网调度设计方案中，能够较好地协调个体与区域电网之间的关系。将剩余的电能补给给不足的区域，从而确保电网稳定。另外还可以引进侧响应机制，把各种间断性的新能源发电进行全面的整合，促进资源合理使用，能够最大程度地提高电力调度的应变能力，真正地保证了电网供电可靠性。

4结语

总之，新能源电力系统优化调度问题是在智能电网与新能源综合开发利用的新形势下提出的，依靠发电侧火电、风电、光伏发电等多类型电源与需求侧互动响应，实现能源资源综合利用、有效消纳间歇性新能源。新能源电力系统优化调度模式是传统优化调度模式的继承和发展，是电力系统发展到新能源与智能电网强耦合阶段的客观要求，对促进新能源发电的有效消纳利用，引导科学用电，保障国家能源安全，实现电力行业的节能减排与经济可靠运行等具有广泛与现实意义。

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（作者单位：北京市城市照明管理中心）

作者简介：杨颖（1989.4-），女，黑龙江哈尔滨人，德国柏林工业大学电气工程硕士，助理工程师，研究方向：电力系统无功优化算法。