考虑大用户直购电的动态环境经济调度

2016-10-13卢志刚李学平王荟敬

电工技术学报 2016年18期

冯涛卢志刚李学平王荟敬孙瑜

考虑大用户直购电的动态环境经济调度

冯涛1,2卢志刚1李学平1王荟敬1孙瑜3

（1. 燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛 066004 2. 国网河北省电力公司邢台供电分公司邢台 054000 3. 国网冀北电力有限公司发展策划部北京 100053）

动态环境经济调度在环境经济调度的基础上考虑发电机组的爬坡约束，增强了调度时段内各时段间机组出力的强耦合约束，如何有效地解决此类问题至关重要。另外，大用户直购电如何影响电网动态环境经济运行调度也具有一定研究价值。为此，对考虑大用户直购电的动态环境经济调度问题进行建模，并采用内点法多约束处理策略改进多目标细菌群体趋药性（MOBCC）优化算法进行求解，旨在从系统发电成本的角度研究大用户直购电对经济调度的影响。最后，通过仿真验证明所提方法的有效性，并对仿真结果进行分析总结，说明所采用方法对大用户直购电策略、电网调度影响分析具有一定指导意义。

动态环境经济调度细菌群体趋药性算法大用户直购电节能减排

0 引言

我国火电装机容量占总装机容量的比重很大，其中主要是燃煤电厂，这决定了我国电力行业的能源结构以燃煤为主。据2008年中国能源报告，仅电力行业的二氧化碳排放量就高达中国总二氧化碳排放量的38.7%[1]，所以电力行业在我国节能减排中的作用尤为重要。

电力需求的急剧增加将对我国的能源和环境带来巨大的影响。根据有关国际机构和专家分析，我国二氧化碳年排放量已超越美国[2]，居世界第一位，电力行业二氧化碳等污染物减排压力将越来越大。

目前，电力系统的节能减排技术措施包括可再生能源、清洁能源发电技术，高耗能、高污染化石能源燃料机组的更换及改造，考虑环境影响指标的经济调度。以上前两项减排技术措施都需要高昂的资金投入和相关技术的逐步完善，而考虑环境影响的经济调度更容易评估和实现电力系统减排工作。传统的经济调度是在预期调度时间段之内，满足系统安全等约束条件的前提下最小化系统总燃料费用，调度各个电厂或者机组的出力来满足负荷的需要[3]。为了实现减排目的，需要在传统经济调度的基础上考虑调度策略的环境影响指标。因此出现了大量的文献研究环境经济调度。其中，文献[4-8]在静态经济调度的基础上考虑了污染气体排放目标的影响，但是未涉及机组爬坡约束的动态特性。文献[9-13]研究了考虑污染气体排放影响的动态经济调度。文献[14]为解决风电功率的不确定性，提出考虑风电渗透功率的增减出力旋转备用量化模型，把废气排放作为目标研究了动态环境经济调度问题。

燃料费用和污染物排放两个目标的矛盾性使本来就是高维、非线性优化问题的求解变得更加困难，文献[9]采用法线边界交叉法将多目标转化为单目标，并采用原对偶内点法求解得到Pareto最优解。文献[10,11,15-18]则选择用智能优化算法及其改进算法（比如遗传算法、粒子群算法）来解决这一多目标优化问题。文献[10,11]分别由粒子群优化算法和基本生物地理学优化算法相结合的改进生物地理学优化算法以及遗传算法与层次分析法结合的算法多目标纵横交叉算法解决动态经济调度问题。文献[15]重新定义全局最优和局部最优后提出多目标粒子群算法，值得一提的是其求解环境经济调度问题得到分布均匀的Pareto最优解集。文献[16]研究微分进化算法的电力系统短期优化调度，以使水火电的出力分配达到最优。文献[17]提出随机黑洞粒子群优化算法解决环境经济调度问题，通过变异操作改善解的多样性得到Pareto最优调度策略集。文献[18]用多目标数学规划问题求解环境经济调度问题，并使用模糊决策给出最优折衷解。

大用户直购电工作是指终端购电大用户与发电企业之间通过直接交易的形式协定购电量和购电价格，然后委托电网企业将协议电量由发电企业输配至终端购电大用户，并另支付电网企业所承担的输配服务费用[19]。直购电工作是对现有电力销售机制的一种尝试改革，其目的在于打破电网企业独家买卖电力的格局，在发电侧和售电侧引入竞争机制。同时，有利于探索建立合理的输配电价形成机制，促进电网输配分离，使终端用户进入电力市场，逐渐建立开放的电力市场。国家已经在《关于“十一五”深化电力体制改革的实施意见》中再次强调了直购电工作，该工作目前已经在广东、吉林和四川等省开展了试点。

现在已有文献对大用户直购电的研究主要集中在购电模型与机制[19]、大用户购电负荷预测[20]、购电合同电价[21]、购电组合策略[22,23]、购电交易方式[24]及转运费用分摊计算[25]等。大用户直购电交易规模化开展将减小电网的可调度空间[19]，但鲜有研究大用户直购电对环境经济调度的影响。

细菌趋药性（bacterial chemotaxis）算法是由H. J. Bremermann[26]及R. W. Anderson[27,28]提出和改进的。文献[29]使用不同测试函数对细菌趋药性算法做了大量测试，和其他优化算法对比结果显示了细菌趋药性算法的局部和全局寻优能力。单个细菌的寻优能力是有限的，通过增加群体之间的感知与信息共享，文献[30]提出细菌群体趋药性（Bacterial Colony Chemotaxis, BCC）算法，仿真计算表明其寻优能力大大提高。因此，本文将改进细菌趋药性算法求解鲁棒动态环境经济调度问题。

本文在考虑了大用户直购电约束的基础上建立动态环境经济调度的模型。给出了多目标细菌群体趋药性（Multi-Objective Bacterial Colony Chemotaxis, MOBCC）算法步骤及动态环境经济调度（Dynamic Emission Economic Dispatch, DEED）的求解流程，可以求出考虑大用户直购电的调度策略。并对所采用方法进行了仿真，简单分析了大用户直购电的影响。

1 考虑大用户直购电的动态环境经济调度建模

发电企业向大用户输送电能的方式有两种：①建立专线供电给大用户，此方式的输电线路建设投资不容忽略，但是对电网调度没有影响，因此本文不作详细研究；②大用户从发电企业购买的电能由电网转运，此方式的大用户除了向发电企业缴纳购电费，还要支付电网的转运费。本文研究基于第二种输电方式，因此，大用户直购电成本包括发电成本和与输电损失相关的输电费用（输电费用相关研究较为复杂[25]，包含大用户直购电的系统成本。