寧波市寧?？h供電局 王 猛

基于IRP的城市配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計問題探討

寧波市寧?？h供電局 王 猛

通過運用綜合資源規(guī)劃的基本原理，在分析某居民小區(qū)用電負荷特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個基準負荷和一個用于小區(qū)配電DSM規(guī)劃的負荷半徑，建立電網(wǎng)公司在對負荷小區(qū)實行DSM規(guī)劃時的數(shù)學模型，并且在不同的激勵系數(shù)時．得到相應(yīng)的電網(wǎng)公司設(shè)施DSM時積極性百分比參數(shù)，從而認為只有在平衡激勵及以上的情況下才能保證DSM的順利進行。同時認為只有選擇適當?shù)幕鶞守摵珊鸵?guī)劃半徑才能更好地發(fā)揮DSM的作用。

綜合資源規(guī)劃；規(guī)劃負荷半徑；DSM激勵

1.引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷飛躍，城市規(guī)模與格局正以前所未有的速度快速發(fā)展，城市建設(shè)正向規(guī)模型、集約型、緊密型方向邁進。居民用電所占城市供電的比率穩(wěn)步增長，規(guī)?；某鞘芯用裥^(qū)建設(shè)為配電網(wǎng)的規(guī)劃提供了優(yōu)越的條件。

目前，發(fā)電規(guī)劃和輸電系統(tǒng)規(guī)劃研究較多，即使是在以廠網(wǎng)分離為主要特征的區(qū)域電力市場的條件下，各種不確定因素使發(fā)電規(guī)劃和輸電規(guī)劃難度增大，但是，也取得了不少科研成果及數(shù)學模型。如場景決策方法、機會約束規(guī)劃方法都取得了很好地應(yīng)用效果“J。比較如言，城市配電系統(tǒng)(380V-220V)及用戶側(cè)電能規(guī)劃和控制還沒有引起足夠的重視和關(guān)注。一方面是由于兩者有著不同規(guī)劃方法與目的，輸電系統(tǒng)規(guī)劃的任務(wù)是根據(jù)規(guī)劃期間的負荷增長預(yù)測及給定的發(fā)電規(guī)劃方案確定最佳電網(wǎng)結(jié)構(gòu)翻嘲；另一方面配電網(wǎng)點多面廣和規(guī)劃的成本太高，又缺乏相應(yīng)的規(guī)劃激勵機制。如何用市場的和技術(shù)的手段來規(guī)劃配電網(wǎng)絡(luò)，提高用戶的用電效率、降低成本、增加社會用電比例、節(jié)約資源和減少環(huán)境污染的目的。實實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置、促進電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1,2]。

本文通過對居民小區(qū)用電負荷特性曲線的分析，確定基準負荷、設(shè)置規(guī)劃負荷半徑的方法，確定需要參與資源規(guī)劃的負荷量來進行小區(qū)配電綜合資源規(guī)劃。在提高用電效率為基礎(chǔ)上，以小區(qū)居民用戶和電網(wǎng)公司分享規(guī)劃節(jié)電效益和各種激勵效益為目標，充分考慮到配電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃風險和各方對響應(yīng)DSM措施的積極性，確定小區(qū)配電網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃的負荷規(guī)劃半徑。

2.基本概念

2.1 電力系統(tǒng)的負荷特性

電力系統(tǒng)的負荷特性又稱電力系統(tǒng)的負荷方式，它每時每刻都在發(fā)生變化，通常是用負荷特性曲線來表示。主要包括負荷特性曲線和年、周、日負荷特性曲線來表示。與需求側(cè)關(guān)系比較大的、聯(lián)系比較緊密的、研究較多的還是日負荷特性曲線。

電力系統(tǒng)的負荷特性與一系列因素有關(guān)，主要取決于電網(wǎng)所在地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和用戶的生產(chǎn)特點，當?shù)氐臍夂驐l件、生活水平和風俗習慣，以及電網(wǎng)規(guī)模等。對一個具有一定規(guī)模的電網(wǎng)來講，電力系統(tǒng)的負荷方式主要是由終端用電方式?jīng)Q定的，要改變電力系統(tǒng)的負荷方式就要改變終端用電方式。

對于市某小區(qū)一年中典型用電負荷統(tǒng)計，該小區(qū)絕大部分負荷在4.0-6.0MW“箱體”區(qū)域內(nèi)運行。隨著季節(jié)的不同，負荷圍繞在4.0MW、5.0MW、6.0MW三條直線附近分布。負荷頂部所構(gòu)成的曲線我們以函數(shù)f(p)表示。

2.2 改變負荷特性的基本方法

（1）直接負荷控制

直接負荷控制是在電網(wǎng)用電峰荷時段，系統(tǒng)調(diào)度人員通過遠動或自控裝置隨時控制用戶終端用電的一種方法。對于這種隨機控制，因為它降低了用戶峰期用電的可靠性，不易被用戶接受，尤其是那些可靠性要求很高的用戶和設(shè)備，突然停止供電有時會釀成重大事故和帶來很大經(jīng)濟損失，即或采用降低直接負荷控制的供電電價也不太受用戶歡迎，限制了這種控制方式的應(yīng)用范圍。

（2）可中斷負荷控制

可中斷負荷控制是根據(jù)供需雙方事先的合同約定，在電網(wǎng)峰荷時段系統(tǒng)調(diào)度人員向用戶發(fā)出請求信號，經(jīng)用戶響應(yīng)后中斷部分供電的一種方法?？芍袛嘭摵煽刂剖且环N有一定準備的停電控制，由于這種電價偏低或給予中斷補償，有些用戶愿意以較少的電費開支降低有限的用電可靠程度。它的削峰能力和終端效益，取決于用戶負荷的可中斷程度和這種補償是否不低于用戶為躲峰所支出的費用。

（3）提高終端用電效率

通過改變用戶的消費行為，采用先進的節(jié)能技術(shù)和高效設(shè)備來實現(xiàn)的，其根本目的是節(jié)約用電、減少電量消耗，其中包括直接節(jié)電和間接節(jié)電

綜合資源規(guī)劃(英文是Integrated Resources，簡稱IRP)或稱作最小成本計劃(簡稱LCP)是20世紀70年代末首先在美國和西歐工業(yè)化國家興起的一種用于電力工業(yè)的新的計劃規(guī)劃模式。

IRP的關(guān)鍵則是需求側(cè)管理(英文是Demand-Side Management，簡稱DSM)。DSM是指通過法律的、技術(shù)的手段來提高用電效率。(合理用電)

3.DSM過程中電網(wǎng)公司贏利計算

3.1 電力需求側(cè)管理(DSM)的目標

(1)通過負荷管理技術(shù)改變用戶的用電方式，降低電網(wǎng)的最大負荷，取得節(jié)約電力、減少電力系統(tǒng)裝機容量的效益。

(2)通過用戶采用先進技術(shù)和高效設(shè)備提高終端用電效率，減少電量消耗，取得節(jié)約電量效益，同時獲得節(jié)約電力減少系統(tǒng)裝機容量及電網(wǎng)建設(shè)資金的效益。

3.2 電力公司DSM規(guī)劃中分享節(jié)電效益的確定

電力公司分享節(jié)電效益的基準可由下列公式描述：

式中：

NRV-資源凈資產(chǎn)(元)

LR-負荷減少(Kw.h)

AC-公司可免供應(yīng)成本(元/Kw.h)

PC-能源效益(DSM)規(guī)劃成本(元)，包括電力公司行政、回扣和用戶支付的成本。

也就是說當用戶投資一個有成本效益的DSM規(guī)劃時，希望得到一個正的掙資源價值，每一個市場參與者均能得到一定的經(jīng)濟效益價值。另外，電力公司還可以得到一個可免成本效益或者說是一個用于DSM設(shè)施的刺激效益，同時，國外有的公司還可以得到政府的容量獎勵。在電力市場經(jīng)濟的條件下，只有當電網(wǎng)公司的DSM贏利和各種獎勵是和與正常供電那部分可免電量的贏利相當時，才能將DSM活動進行下去。對于用戶來說，DSM活動中的贏利大于正常用電時的支付時才能對DSM感興趣(指容量充足時，不實行調(diào)度控制的自由負荷)。因此，在假設(shè)電網(wǎng)公司的規(guī)劃成本以運行成本每年按費用的形式給予回收和不考慮政策風險因素的條件下，電網(wǎng)公司以合格的DSM對小區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃，在保證社會效益的同時，以最大的經(jīng)濟效益作為確定最優(yōu)的配電方案的條件。

設(shè)小區(qū)的負荷曲線為：F(p)，F(xiàn)(po)為小區(qū)的基本負荷，r為小區(qū)DSM的配電負荷規(guī)劃半徑，從負荷曲線特性可以看出，有時F(po+r)并不能涵蓋F(p)，F(xiàn)(p)超出F(po+r)的部分將以傳統(tǒng)的負荷分流的方式或用戶進行的DSM方式予以解決。從(1)式可以看出，電網(wǎng)公司的贏利為：

在上式中，

α-電網(wǎng)公司從DSM資源凈價值中贏利系數(shù)

β-可免容量激勵系數(shù)

γ-規(guī)劃成本與可免成本之間的置換系數(shù)

δ-公司可免供應(yīng)成本

D、M、N-公司盈利、免供電量、規(guī)劃成本

從上式中可以看出，M是與P0及r緊密相連的，r越大可免供容量就越多，規(guī)劃成本就越多。電網(wǎng)公司的贏利與可免供應(yīng)成本是成比例的?！鱉越大，D就越大，但是規(guī)劃成本N也越大，因此選擇一個合適的Po和r就能很好地控制和優(yōu)化小區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃。因為規(guī)劃成本是按使用年限逐年費用化的，并且作為運行成本每年回收，在不考慮回收風險的情況下，只需要比較DSM收益和不進行DSM時電網(wǎng)公司的收益，就能知道政府的激勵機制多大才能更好的刺激供應(yīng)側(cè)和用戶采取DSM措施。

經(jīng)過整理可以得到下式：

其中，μ表示電網(wǎng)公司售點均價。可以分為以下幾種情況分析：

①如果ξ≥1時，表明DSM措施激勵機制為超激勵。

②如果0.8≤ξ≤1.0時，表明DSM措施激勵機制為過激勵。

⑨如果0.5≤ξ≤0.8時，表明DSM措施激勵機制為適度激勵。

④如果0.2≤ξ≤0.5時，表明DSM措施激勵機制為平衡激勵。

⑤如果ξ≤0.2時，表明DSM措施激勵機制為欠激勵。

4.結(jié)語

雖然每年上千萬的機組和上千億的電網(wǎng)投資使得我國電力躍居世界電力發(fā)展前列，但是，“電荒”再次證明：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理以及用電效率太低仍然是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展障礙。在加大供應(yīng)側(cè)投資力度的同時，如何有效地提高用電效率，加強電力需求側(cè)管理、合理地規(guī)劃配電網(wǎng)絡(luò)以及提高用戶終端設(shè)備的使用效率，將DSM電網(wǎng)規(guī)劃所取得的作用將同等于發(fā)電規(guī)劃和輸電規(guī)劃，在政府、電力公司、中介機構(gòu)及用戶之間建立～種協(xié)調(diào)機制將刻不容緩。

[1]查浩,韓學山,楊朋朋.電網(wǎng)運行狀態(tài)下的概率優(yōu)化調(diào)度[J].中國電機工程學報,2008(28).

[2]林小村,龍子泉,何朝陽等.聯(lián)合電網(wǎng)條件下廣西電網(wǎng)購電優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)分析[J].武漢大學學報(工學版),2002,35(2).

王猛（1979—），男，湖北黃石人，大學本科，工程師，現(xiàn)供職于寧波市寧?？h供電局，長期從事電力行業(yè)工作。