低碳电力规划的调度模拟技术研究_周鲲鹏

2010年第4卷第6期南方电网技术低碳电力2010，V ol. 4，No. 6 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY Low-CarbonElectricity 文章编号：1674-0629(2010)06-0013-05 中图分类号：TM715 文献标志码：A 低碳电力规划的调度模拟技术研究*周鲲鹏，方仍存，杜治，颜炯（湖北省电力试验研究院，武汉430077）摘要： 对电力规划方案进行低碳化模拟计算是实现电力行业低碳发展的重要措施。

基于电力系统运行模拟和评估的思想，利用机组检修信息、机组碳排放信息、负荷预测结果、区外功率交换数据和机组启停信息，建立了以日运行为基础的调度模拟模型，模拟低碳化电力规划下的全网运行，制定发电出力计划，最终实现全网最优低碳运行的目标。

并以湖北电网为例进行了算例分析，验证了方法的有效性。

关键词：电力系统规划；低碳发展；调度模拟The Scheduling Simulation Technology for Low-Carbon Power System PlanningZHOU Kunpeng, FANG Rengcun, DU Zhi, YAN Jiong(Hubei Electric Power Testing and Research Institute, Wuhan 430077, China)Abstract: It is an important measure to perform low-carbon simulation of power system planning for the low-carbon development ofpower industry. Bearing the concepts of power system operational simulation and evaluation in mind, this paper proposes a scheduling simulation model based on the daily operation information of units maintenance, carbon emission, load forecast, regionalexchange and units commitment. The model is employed to simulate power system operation under low-carbon planning condition inorder to suggest a reasonable generation scheme for the optimal low-carbon operational goal. The proposed model and method arevalidated via the case studies on Hubei Power Grid.Key words: power system planning; low-carbon development; scheduling simulation以全球变暖为标志的气候变化引起了世界范围的广泛关注[1]，碳减排与发展低碳经济成为潮流[2]。

电力行业作为碳排放的主要来源之一，面临着来自低碳化的巨大挑战[3]。

电力规划作为电力工业建设必不可少的前期工作[4]，必须解决低碳化带来的新问题[5−14]。

电力行业迫切需要模拟低碳化的运行方式[15]，对电力规划方案进行科学的模拟计算。

文献[8−9]研究了电网规划方案的适应性与风险评估问题，着重考虑了市场环境中可能出现的诸多不确定性因素，通过市场模拟方法形成了一个便利的工具。

文献[13]提出了兼顾计划与市场环境的电力规划决策与评估系统的总体方案，设计了以日运行评估为基础的决策方法，建立了可以集中管理历史与规划的电源、电网、负荷等技术与经济数据的软件平台，实现决策与评估。

*该文荣获中国电机工程学会第十一届青年学术会议（2010，北京）一等奖。

本文借鉴文献[8−9, 13]的评估和模拟思想，以低碳电力规划为目标，考虑电源电网的协调运行问题，建立了有效的调度模拟方法并以湖北电网为基础进行了算例研究。

1 调度模拟评估的核心思想1.1 特点分析研究面向低碳的调度模拟方法，需要从低碳的角度审视以下问题：1）如何模拟体现电力系统运行的低碳特性；2）在电源侧低碳运行的情况下如何评估电网的适应性，找出电力系统的薄弱环节，为电源、电网的协调运行提供准确的依据；3）如何评估电源与电网项目的低碳效益。

1.2 核心思想[12]1）调度模拟系统由发电机组检修优化安排、多日运行协调和日运行模拟等模块组成。

2）在时序负荷曲线下按日进行调度模拟，既14南方电网技术 第4卷可以是每月的代表日，也可以是工作日、休息日，并可以连续评估（例如月、年、多年等）。

3） 基于多节点的调度模拟运行，节点可以是某个地区，也可以是实际节点。

针对多节点系统的负荷特性进行优化，可以描述各系统不同的负荷特性，优化时可以计及各节点相互之间的错峰效益。

4） 针对火电、水电、抽水蓄能、核电及燃机的运行特性，分别采取适当的模拟方法；在运行模拟过程中，充分考虑低碳电源优先发电的特点，确保整个系统的碳排放达到较低的水平。

5） 日内运行模拟应考虑机组启停、调峰等约束，在抽水蓄能削峰填谷、核电带基荷运行的前提下，主要模拟火电机组的低碳运行。

系统调峰按照抽水蓄能削峰填谷、火电机组压负荷调峰、燃机启停调峰等顺序进行模拟。

整体思想如图1所示。

图 1 调度模拟基本流程Fig. 1 The Basic Procedure of Scheduling Simulation由图1可见，面向低碳的调度模拟流程为：利用机组检修信息、机组碳排放信息、负荷预测结果、区外功率交换数据和机组启停信息，按照全网发电碳排放指标最小的目标，模拟低碳化电力规划下的全网运行，制定发电出力计划，其结果是实现全网最优低碳运行。

2 面向低碳的调度模拟的数学模型2.1 目标函数全系统的碳排放最小化：sys min ()t i i t T i GC C P ∈∈=∑∑，式中：T 为总时段的集合；G 为系统投运机组的集合；t i P 为机组i 在时段t 的输出功率，并记T123,,,t t t tPP P ⎡⎤=⎣⎦P L ； ()t i i C P 为在时段t 机组i 输出功率为t i P 时的碳排放（不同调度模式下也可使用煤耗最小的目标函数，甚至使用购电成本最小的目标函数），()t t i i v P 为在时段t 机组i 输出功率为t i P 时的单位出力的碳排放，此时()()t t t t i i i i i C P v P P =⋅，记T112233()(),(),(),t t t t tC PC P C P ⎡⎤==⎣⎦C C P L . 2.2 约束条件2.2.1 负荷与发电的平衡约束tt i i GPD t T ∈=∀∈∑.式中：t D 为系统在时段t 的负荷。

2.2.2 机组技术出力约束min max ,t t t t ti i i i i P I P P I i G t T ∀∈∈≤≤.式中：max t i P 为机组i 在时段t 的最大技术输出功率，记 ()max 1max 2max 3max Tdiag ,,,t t t tP P P ⎡⎤=⎣⎦P L ；minti P为机组i在时段t 的最小技术输出功率，记mint=P ()1min 2min 3min Tdiag ,,,t t tP P P ⎡⎤⎣⎦L ；tiI 为机组i 在时段t 的状态，开机时，1t i I =，停机时，0t i I =，记t =IT123,,,t t t I I I ⎡⎤⎣⎦L 。

2.2.3 系统备用约束()T T umax 1[1][1] t t tt R t T +∀∈P P I ≤， ()TT dmin 1[1][1] t t tt R t T −∀∈P P I ≥.式中：u t R 为系统在时段t 要求的正备用率，d tR 为系统在时段t 要求的负备用率，[1] 代表元素均为1的列向量。

2.2.1 支路潮流约束max max ,t t t l l l F F F t T l L −∀∈∈ ≤≤,式中：t l F 为支路l 在时段t 传输的功率，max t l F 为支路l 在时段t 传输的功率限值，L 为系统支路集合。

2.2.2 断面约束r max max ,,t t t t s s l s l sF F F F t T l L s S ∈−=∀∈∈∈∑≤≤,式中：t s F 为断面s 在时段t 传输的功率，max t s F 为断面s 的正向传输功率限值，r max t s F 为断面s 的反向传输功率限值，S 为系统断面集合。

记=G T123,,,t t t F F F ⎡⎤⎣⎦L ，第6期周鲲鹏，等：低碳电力规划的调度模拟技术研究 15T123,,,t t ts s s F F F ⎡⎤=⎣⎦H L ，若A 为时段t 断面-线路关联矩阵，则有=H AG 。

2.2.3 动态约束 启停火电在一天中运行状态最多启停一次，大容量火电机组不允许启停。

3 规划方案场景选择与参数设置3.1 场景选择场景选择是指对若干场景要素进行选择，然后生成一个模拟运行场景。

场景要素主要包括以下几个方面：负荷预测方案、水文年、网络拓扑结构、机组和输电设备投产时间、系统安全稳定极限、系统“N -1”安全。

一般场景的生成过程包括以下步骤：1） 场景要素筛选。

运用数据挖掘技术，筛选出未来年和未来月的典型运行方式，并根据未来电网发展可能面临的不确定因素，自动形成场景约束集；用户也可以手动选择关注的场景要素，增加至场景约束集中。

2） 基础场景生成。

按照筛选出的场景约束集，自动生成不同基础场景，如平水年、负荷中方案场景。

3） 典型场景生成。

用户可选择某个基础场景，设定其中各个场景要素相关的参数，形成用于调度模拟的不同典型场景；也可直接利用基础场景进行模拟计算。

3.2 场景参数设置3.2.1 模拟日期范围用户可选择模拟计算的日期范围，包含起始日期及终止日期。

3.2.2 抽蓄工作方式可以考虑4种抽蓄机组的工作方式，分别是平抽、满抽、平削和优化抽削，用户可以根据实际的需要，选择对应的工作方式，以研究不同工作方式的具体效果。

3.2.3 优化目标根据电力系统调度模拟的基本原理，可以考虑低碳目标、购电费用最小等不同的优化目标，供用户根据需要选择。

3.2.4 可选约束考虑机组检修、网络约束和断面约束；系统正负备用；是否强制小火电启停。