节能调度综述

第38卷第1期阜束電力Vol 38 No. 12010年1月East China Electric PowerJan.2010节能调度综述耿静,严正,冯冬涵,林-2(1.上海交通大学电气工程系,上海20040:2.上海市电力公司,上海20022)摘要:针对目前我国节能减排的要求,总结了已有的节能调度的模型和实现方法,并和传统的发电调度方法做比较突出了节能发电调度的优越性,分析了国内各节能调度试点运行中的不足之处和可能带来的问题,提出了相应的解决方法,以保证节能调度的顺利实施关调:发电调度;节能减排;机组组合;最优潮流作者简介:耿静(1986-),女,硕士,主要从事电力市场研究中图分类号:F40761;TM73文献标志码B文章编号:1001-9529(2010)0105405A Review of Energy-saving DispatchingGENG Jing, YAN Zheng, FENG Dong-han, UNG Y(l. Dept, of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;2. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China)Abstract: For the demand of energy-saving and emission reduction in our country, this paper summarizes the existingmodels and implemental methods of energy-saving dispatching. At the same time, the comparison between energy-saing dispatching and traditional dispatching was made to prove the superiority of the former method. The deficienciesand potential problems of each experimental unit where the energy-saving dispatching is in operation were analyzedThe corresponding solutions were put forward to ensure the smooth implementation of energy-efficient dispatchingKey words: power dispatching, energy-Baving and emission reduction, unit combination, optimal power flow电力工业的节能减排具有很大潜力。国家发展与电力市场建设工作相结合,充分发挥电力市场的改革委、环保总局电监会等部门联合下发了《关于作用努力做到单位电能生产中能耗和污染物排放加快电力工业结构调整促进健康有序工作的通知》、最少。节能发电调度下各类机组排序:(1)无调节《节能发电调度办法(试行))等文件,要求调整发能力可再生能源;(2)有调节能力可再生能源;(3)电调度规则,实施节能环保、经济调度,优先考虑核能发电机组;(4)“以热定电”燃煤热电联产机可再生能源和低能耗机组发电,尽快研究制定新的组;(5)天然气煤气化发电机组;(6)其他燃煤发调度规划,以节能环保、经济为标准,确定各类机电机组;(7)燃油发电机组。组的发电次序和时间,激励发电企业降低能耗"。其中,第1类可称为不可调度的电源因为这1节能发电调度概述些电源随气象条件而变化,无法调度或控制,因而无法准确预知它们在各种电源中的比重很小电力系统节能发电调度是指在保障电力可靠根据电监会信息中心资料,2006年全国总发电量供应的前提下按照节能、经济的原则,优先调度可达2834.40TW·h,其中水电41670TW·h,火再生发电资源按机组能耗和污染物排放水平由低电235730TW·h,核电54.30TW·h,可再生到高排序依次调用化石类发电资源最大限度地能源5.95TW·h,各占14.70%,83.17%,减少能源资源消耗和污染物排放2。节能调度的1.92%,0.21%。可见,目前中国的可再生能源比基本原则是以确保电力系统安全稳定运行和连续重还很小,再生能源引起的负荷波动可以利用平供电为前提以节能环保为目标通过对各类发电衡市中国煤化工苛。第4类是可机组按能耗和污染物排放水平排序,以分省排序、以预CNMH多以调峰为主。区域内优化、区域间协调的方式实施优化调度并中国目前的电源组成中,火电发电量约占耿静等节能调度综迷83.17%,在未来10年内可能会逐年下降,但以常正控制3级。不同的时间尺度上对安全和经济的规火电为主的局面不会改变。目标也有不同的侧重。目标维协调研究的是如何目前只要在次日的预计负荷曲线中,留一部兼顾安全和经济的双重目标如何实现安全约束分电量给不可调度的发电量,再减去核电等可预下的经济最大化的问题。控制维协调研究的是在测电量剩下的发电量就可以按常规的经济调度强耦合型约束条件下,如何协调有功优化与无功方法来制定日前发电计划。如果水电容量不大,优化的关系,满足经济效益的最大化。优化调度则可利用水电调峰,常规火电厂按等微增率法进系统总体框架如图1。行调度,如果水电容量较大则用水火电协调的方短期优化调度法制定日计划,这些方法与常规的日计划方法没有功交易[备用交易无功交易有什么不同。电力系统节能发电调度与传统的发电调度的时优化调度比较见表1。节能发电调度改变了传统的发电调有功优化无功优化度方式取消了按行政计划分配发电量指标的做差校正控制法,制定并实施新的调度规则,也就是以节能、环功安全校正【AAVR保为目标,合理调用电力系统内发、供电设备能力,最大限度地降低能源消耗,减少污染物排放,图1优化调度系统总体框架保证电力系统的高效、清洁运行。文[9]从电网调度的角度研究基于时间尺度的节能发电优化调度协调问题,提出多级优化协表1节能发电调度与传统发电调度的比较调逐级细化的节能发电调度协调模型及具体协传统发电调度节能发电调度安全稳定运行、连续供电安全稳定运行、连续供电调方法,以确保节能发电调度的流畅性及调度计目标节能、环保划的闭环管理控制。节能发电协调调度模型不仅约束安全约束安全、经济、环境约束要考虑当前时间级的电力系统安全稳定和连续可标准行政计划能耗和污染物排放水平平均分配优化配置靠供电约束以及节能减排目标,也要考虑当前时高污染、高能耗污染小、效率高间级与上、下时间级的节能发电调度计划之间的现行调度方式是在综合考虑各发电厂的运行协调,为下一时间级的调度预留一定控制空间。特性、电厂在系统中的地位和作用、系统正常运这样在考虑主要的不确定性因素的基础上,使前行、系统调峰调频以及负荷与事故备用的基础上,后时间级的调度计划能够自然衔接、平稳过渡确考虑合理的计划检修容量后,安排各类型机组的保调度的流畅性。运行位置和发电量。制定发电方案主要考虑的因2.2一般模型素有:①系统的安全稳定运行;②电网的输送能力节能发电调度的决策变量包括电网安全稳定约束;③系统调峰、调频;④电网的经济性和可靠约束连续可靠供电约束机组发电序位表约束下性等。实施节能发电调度后,担负启停调峰的的发电机组启停状态、运行机组的有功/无功出力小机组逐步关停煤耗低的大机组多在远端、风电等。一段时间内理想的节能发电调度模型记作快速发展等新问题的出现将会对系统的安全稳定P0具体表示为运行、电网的输送能力约束、系统的调峰调频以及min f(u(t), *(r))dt电网的经济性和可靠性产生一定的影响,电网调(1)峰运行6也面临新的挑战minr(u(t), *(e))dr2节能发电调度模型g(u(t),x(1))=0,=1,2,,M2.1基本框架h(u(1),x(t))≤0j=1,2,…,N传统优化调度研究中可分解成机组组合问中国煤化工(2)题、最优潮流问题、经济调度问题等。在时间维上CNMHG可以分解为短期调度(日前调度)、实时调度、校f>r幕束電力010,38(1)式中u决策变量构成的向量P(i)除满足安全约束外还要满足最低出x——状态变量构成的向量;力要求、加减速率要求、备用要求一时间P(i,)>>Pmi(i)f单位时间所有并网运行的发电机组能耗;单位时间所有并网运行的发电机组污染物排S)-P(,)2%(5)S(i放水平一潮流方程,是考虑电力系统安全约束连续可靠供电约束、节能减排的等式函数;该模型以机组负荷率为核心,建立了机组负h—考虑相应约束的不等式函数荷率和机组煤耗排放的量化数学关系,解决了日M—等式约束个数;发电计划曲线编制和实施过程中存在不公及机组N—不等式约束个数发电曲线与电网实际负荷特性不匹配等问题,可XWB—机组发电序位表;以应用于以节能减排为目标的AGC在线控制模f>r节能优先能耗水平相同时按照污染物式。排放水平由低到高排序发电。2.4基于节能减排的发电权交易模型可见,节能发电调度模型是一个规模庞大、文献[12]以电网安全稳定运行及连续可靠控制变量众多的多目标规划问题,求解难度非供电为约束,分别以社会效用最优、成交电量最常大。但可从时间尺度上解耦成年度、季度、月大、能耗最小污染最小、污染物排放最小、网损最度、日前、滚动、实时平衡节能发电调度、偏差及小化、综合效益最大化为目标,并考虑机组的节点电网阻塞在线校正控制等子问题然后,通过寻位置等因素提出了基于节能减排的发电权交易找最优的协调方法来整合各时间尺度上的节能模型。现以基于效用最优的模型为例对此进行说发电调度计划。明23基于节能发电调度的日发电曲线编制模型目前,国内日发电计划曲线编制采用按照U(6)序位表排序的模式,最极端的做法是“顶表法”,即煤耗低的电厂优先带满。文献[1]1Q≤Qsy=1,2通过对机组煤耗、排放差异进行量化分析,建立了机组运行负荷率与机组煤耗、排放之间的∑Q≤Qn,=1,2,…,n数学模型。P4|≤P1.m,=1,2,…,LF(i,j)=F()R(ij)-Rou Lo-L(ij)v-≤V≤Vm,k=1,2,…,NR0()KK1Fmn≤F≤FmFo()-B(i._ Lo-L(ij)(3)式中U,=(P-Pa-C)QC买方i与卖方j之间的交易成本;P(i =F(i s(i,)Qa:、P—第i个买方申报的发电权电量购买式中F(ij)—一机组i时段j的机组负荷率;量、报价;F()—时段j煤耗最低的机组负荷率(不考虑Q、Ps第j个卖方申报的发电权电量出售量排放)和报价;R()—时段煤耗最低的机组煤耗Q买方i和卖方j的交易量R(ij)—一机组时段参与分配的机组煤耗;B(i)——机组时段的煤耗偏差标幺值3节能调度模式下机组组合问题L(ij)——机组时段的排放标准,可取本年度排放累计标准保证节能调度的前提下,通过安排低能耗的L—一国家规定综合排放标准,如9%;机组高的机组少或老不发电,来实现K—煤耗调控系数;电能中国煤化工达到节能目的;K—排放调控系数,用以确定不同煤耗、不同排利用CNMHG容量限制和爬放机组见分配鱼荷率的差异程度。坡率等情况,在满足系统安全稳定运行的基础上,耿静,等节能调度综述安排机组实际发电计划。文献[13]以系统总排vm≤V≤V(19)放最小为目标函数,即,机组组合问题的目标函数3)N-1安全性可表示为机组组合问题可分为确定启停机组和负荷经minT=∑∑[(P)+SUr(1-F)]济分配( Economic Dispatch,ED)两个子问题。二者紧密相联,确定的启停机组必须满足能实现负式中T—系统的总排放;荷经济分配,而后者又能进一步优化目标函数,只f(P)—机组i在时段t的排放量;有在两个问题都得到解决时,整个问题才算求解S—启动过程中的污染物排放量。完成。在不考虑网络约束时,ED可用等耗量原机组组合中的约束条件可分为基本系统约则近似处理,也可用其他最优化方法详细求解。束、机组特性约束网络安全约束以及能源和环境而在SCUC中,ED的实质是最优潮流。约束等。机组优化组合流程如图2所示。(1)基本系统约束1)系统功率平衡输入数据∑rP=D+P,t=1,…,T(8)2)旋转备用约束机组启停问题2Pm-D-Pm≥FK,4=1,“,T(9)[开机组负荷经济分配问题3)支路输电容量约束Pm≤P≤P(10)Pi=-B,N8-0.(2)机组特性约東1)机组最小启停时间约束(x-T)·(r-F)≥0(12)(x-T,)·(F-F)≥0图2机组优化组合流程(13)2)机组出力约束4节能发电调度在试点的应用Pm1≤P≤P,m7目前,广东、贵州、四川、江苏和河南等省已经(14)开展了节能发电调度试点工作,节能发电调度的3)机组爬坡约束节能、环保作用已初步显现。国家发改委初步预增出力0≤P-P≤UR(15)计+,目前全国小型机组总容量约为15GW,如全面实施节能发电调度,加上“十一五”关停50GW减出力0≤P-P≤DR1(16)小机组,到2010年可实现一年节约900万t原(3)网络安全约束煤减排CO22.16亿t、SO20万t。2007年12月30日贵州省在全国率先启动电力系统节能发1)节点功率方程电调度试点工作,启动的当天,全省发电消耗标煤PF-D+∑Bm6n=0减少约592t,预计全年可减少原煤消耗30万tn=1,…,N,n≠s,t=1,…,T(17)减少S02排放1.5万t。贵州省电力系统节能发2)线路传输容量约束电调度试点的成功启动为在其亡试点省份启动节Pmm≤P1≤P.能发E中国煤化工=1,…,N1,t=1,…,T(18)CNMHG3)系统电压约束各试点的实践情况见表20058阜束電力010,38(1)表2各试点的实践中煤耗测量的主要研究方向。3)问题3:大规模的风电接入电网对电网带年度差别火电机组按不同档通过对容量差别,来的冲击,主要包括对系统无功电压、调峰调频以电量计划次安排电量环保差別和区域差别定权重及系统联络线的影响差别电价策略:建立有关风电的管理、统计、分析、预测发电权针对非关停小机组体系,把风电纳入相对可预测和可控制的范畴提水电置换火电和20万千瓦以下“协商和“最高对风电机组的运行控制水平,降低风电对电网上大压小yv开展补偿发电量指的影响。开发“江苏省热电5结语采用非晶合金变压技术改造器无功补偿改造机组运行管理信息系统”和节能型变本文分析了节能调度的不同模型,方法以及在各试点的运行情况。旨在通过深化理论研究促在线監测脱硫/煤耗用电大户实施节点进节能发电调度更快更好地实施能效电厂计划转变为节电大参考文献:(2)出现的问题和应对策略[]王春生,杨林绪内蒙古电网实施节能发电调度的探讨问题1:节能发电调度下的机组组合结果[J].内蒙古电力技术,2008,26(1):1-3,7与电网实际运行情况的冲突。根据机组组合安排[2]杨海霞节能发电调度试点年底全国推行[]中国投资,的部分机组由于电网的原因无法运行,而部分机(3]傅书通,王海宁关于节能减排与电力市场的结合[电组按排序不应该发电但是从电网运行的安全、系力系统自动化,2008,32(6):31-34,75.统稳定的角度考虑,又需要其运行发电。[4]艾琳华栋电力系统节能发电调度研究[J]华东电策略:在节能发电调度的机组组合模型中加力,2008,36(9):8589入电网实际运行中的各种安全约束以保证最终5]李春山李志国李淑慧节能发电调度模式下东北电网运行存在的问题及建议[门电网技术,2008,32(1):14结果与实际情况不发生冲突。2)问题2:在现有电力市场模式下难以做到[6]东北电网有限公司东北电力设计院东北电网调峰规划公平排序。在现有的运营模式下,每个电厂,每台机组实际运行中的能耗难以准确测量并急事反馈1吴东平杨晓电网调峰运行问题的探讨[,中国能源,2004,26(2):3033给调度中心。这就容易使得调度中心的节能发电181程思明王凤礼论我国电网运行中的调峰问题[电网调度失败技术,1998,22(8):60策略:方法①安装可以将实时能耗反映出来[9]尚金成基于时间尺度的节能发电优化调度协调模型及的测量设备。准确并及时地将能耗信息反馈给调算法[门]电网技术,2008,32(15):5661度中心,以便于调度中心根据实际的能耗结果进0施建华,谭课家梅节能发电调度发电计划编制算法.电行排序,避免调度失败力系统自动化,2008,32(24):4851[1]胡建军,李嘉龙,陈慧坤等基于煤耗和排放的日发电曲方法②简单地使用机组设计时的额定煤耗值线编制模型[]电力系统自动化,200,33(12):4345进行计算方法②简单但过于粗糙不能真实反映各发12]尚金成基于节能减排的发电权交易理论及应用冂电电厂机组的动态煤耗情况;方法①准确但难以实力系统自动化,2009,3(12):4652现。由于方法②比较容易实现广泛应用于现阶13NMR,L4M0mJw: inimum Emission DispateIEEE Trans. On PAS. 1971.90, 2650-2660.段下的节能发电调度的煤耗测量,方法①虽然难以实现但对于节能发电调度的充分实现有着无收稿日可比拟的优势,应以方法①为未来节能发电调度本文端H中国煤化工CNMHG