浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司 董群力

1 引言

隨著保障新型對電力能源需求量的不斷增加，全球變暖現(xiàn)象的日益加劇，為了解決保障新型運行中存在的高耗能問題，電力企業(yè)提出保障新型光伏發(fā)電模式。在保障新型結(jié)構(gòu)中引入光伏技術(shù)，提高保障新型發(fā)電能力的同時降低保障新型耗能。保障新型光伏系統(tǒng)是指光伏組件或逆變器接入電網(wǎng)，以太陽能為能源，并且通過集中式光伏電站實現(xiàn)可再生能源的綜合利用。目前，我國保障新型光伏發(fā)電技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平，并網(wǎng)規(guī)模已超過3000萬千瓦，裝機(jī)規(guī)模已位居世界第一[1]。

隨著光伏發(fā)電的發(fā)展以及人們對能源、環(huán)境和氣候問題越來越重視，電力可再生能源的應(yīng)用越來越廣泛。電力系統(tǒng)是近幾年興起的一種全新供電形式，此種發(fā)電模式具有建設(shè)成本低、管理簡便等優(yōu)點，能在一定程度上減少保障新型物能耗，控制空氣污染和溫室氣體的排放，是未來電力企業(yè)持續(xù)化發(fā)展與建設(shè)的主要研究方向[2]。目前，保障新型光伏電站規(guī)模和類型呈逐年增加趨勢，如果保障新型電力系統(tǒng)存在并網(wǎng)設(shè)計不合理或電網(wǎng)在建設(shè)及管理中存在的缺陷，很容易使發(fā)電站在市場內(nèi)的運營陷入不合理競爭關(guān)系中，從而影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要基于經(jīng)濟(jì)性角度，對電力系統(tǒng)安全運行方法展開研究，針對保障新型光伏電站中保障新型物的負(fù)荷率和經(jīng)濟(jì)性等問題深入分析，為提高發(fā)電企業(yè)更高的價值提供全面的幫助。

2 建立保障新型光陣列模型與光伏電池充放電模型

為實現(xiàn)對電力系統(tǒng)調(diào)度的全面優(yōu)化，在設(shè)計方法前，根據(jù)保障新型電力系統(tǒng)運行方式，建立集成在保障新型中電力系統(tǒng)的陣列模型[3]。在此過程中，參照經(jīng)驗公式，根據(jù)發(fā)電時其中電力組件的作業(yè)方式，計算系統(tǒng)中電力組件在發(fā)電過程中的溫度。計算公式如式（1）：

式（1）中：T1為系統(tǒng)中電力組件在發(fā)電過程中的溫度；T2為光伏電力組件周圍環(huán)境溫度；G為組件能接收到的太陽輻射值。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶钟涗浥c統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設(shè)定此次計算中G的取值為1350W/m2。在此種條件下，計算電力系統(tǒng)光伏蓄電池在運行中的輸出功率[4]。計算公式如式（2）：

式（2）中：P1為電力系統(tǒng)光伏蓄電池在運行中的輸出功率；P2為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)環(huán)境下，蓄電池的最高測試功率（其中標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)環(huán)境為：環(huán)境溫度23～28℃，光照強(qiáng)度為1.0×103W/m2）；G1為光照強(qiáng)度；G2表為光照歷史值；k為溫度系數(shù)，取值為0.0047；T3為參照溫度，取值為25℃。完成上述計算后，考慮到發(fā)電可能會受到外界相關(guān)因素的影響，因此，本文在研究中，引進(jìn)蒙特卡洛隨機(jī)模型，在考慮多種隨機(jī)因素與不穩(wěn)定因素對電力系統(tǒng)造成影響的條件下，建立保障新型電力系統(tǒng)陣列模型，模型表達(dá)式如（3）：

式（3）中：α為光照強(qiáng)度平均值；β為光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差；P1,max為電力系統(tǒng)光伏蓄電池在運行中的最大出力值。在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)保障新型用電需求，設(shè)計電力系統(tǒng)中蓄電池的選型。完成電力系統(tǒng)儲能裝置的選型后，建立光伏電池充放電模型。在此過程中，假設(shè)系統(tǒng)中光伏蓄電池在t時刻下剩余的發(fā)電量與t- 1時刻下光伏蓄電池的儲備電量兩者存在一定的供給關(guān)系，則光伏蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)蓄電量與其荷電量的關(guān)系可用公式（4）：

式（4）中：S(t)為光伏蓄電池在t時刻下剩余的發(fā)電量；η1為保障新型電力系統(tǒng)發(fā)電蓄電池充電效率；P3表示調(diào)度負(fù)荷；S1為逆變器的運行效率。

根據(jù)上述計算公式可知，光伏蓄電池在t時刻下，對應(yīng)的放電行為為正向輸出功率，對應(yīng)的充電行為為負(fù)向輸入功率。按照上述方式，完成保障新型電力系統(tǒng)發(fā)電模型的構(gòu)建。

3 基于經(jīng)濟(jì)性角度設(shè)計電力系統(tǒng)安全運行目標(biāo)函數(shù)

完成上述設(shè)計后，基于經(jīng)濟(jì)性角度，建立電力系統(tǒng)安全運行目標(biāo)函數(shù)[5]。在此過程中，以某家庭并網(wǎng)為例，將調(diào)度過程中的最高收益作為調(diào)度目標(biāo)，結(jié)合電力企業(yè)在供電過程中的買電電價、補(bǔ)貼資金等參數(shù)條件，設(shè)計一個針對蓄電池在發(fā)電過程中的充電因子，將其表示為λ，按照下述計算公式（5），設(shè)計系統(tǒng)在發(fā)電過程中的協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)。

式（5）中：C為發(fā)電過程中的協(xié)調(diào)調(diào)度目標(biāo)函數(shù)；P3為蓄電池負(fù)荷量；χ為標(biāo)桿電價。為確保建立的目標(biāo)函數(shù)可以在調(diào)度過程中發(fā)揮對應(yīng)的效果，應(yīng)在建立目標(biāo)函數(shù)時，根據(jù)調(diào)度需求，設(shè)計函數(shù)中參數(shù)的約束條件。其中P3的約束條件可用計算公式（6）：

式（6）中：P4,t為電力系統(tǒng)運行中的交換功率；P5,t為電力系統(tǒng)運行中充電功率；P6,t為放電系統(tǒng)運行中充電功率。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)保障新型光伏發(fā)電模式，設(shè)計λ的取值在0～1 范圍內(nèi)。在發(fā)電過程中，根據(jù)參數(shù)的取值約束條件，對函數(shù)進(jìn)行約束。以此種方式，完成基于經(jīng)濟(jì)性角度的目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建。

4 電力系統(tǒng)電能資源動態(tài)調(diào)度

為了改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量，提高電能的利用效率、供電的安全性，建立電價調(diào)節(jié)機(jī)制，是當(dāng)前我國電網(wǎng)供電管理中的一項重要任務(wù)。根據(jù)我國《電廠出力預(yù)測與負(fù)荷調(diào)整技術(shù)導(dǎo)則》的要求，保障新型電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)出力計劃調(diào)整時要有一定的幅度控制，機(jī)組出力計劃調(diào)整時，需要將調(diào)峰電量、調(diào)整電價因素考慮在內(nèi)。同時，機(jī)組出力計劃調(diào)整一般通過電價調(diào)節(jié)器實現(xiàn)，在此過程中，設(shè)計電力系統(tǒng)控制子工程，包括現(xiàn)場監(jiān)測與監(jiān)視程序、數(shù)據(jù)采集程序及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端三部分，在每個子模塊中各安裝1 臺數(shù)據(jù)采集終端，通過現(xiàn)場運行設(shè)備實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。現(xiàn)場實時采集數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送至控制子系統(tǒng)管理終端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。通過現(xiàn)場監(jiān)測與監(jiān)視子系統(tǒng)對各子系統(tǒng)中各個參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視與調(diào)節(jié)操作，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測與監(jiān)視子系統(tǒng)的無人值守，避免在調(diào)度過程中出現(xiàn)異常行為與超額電力數(shù)據(jù)。

通過上述方式，實現(xiàn)對保障新型電力系統(tǒng)在電能調(diào)度過程中的動態(tài)監(jiān)控，確保對調(diào)度全過程的全面優(yōu)化與控制。綜上所述，完成基于經(jīng)濟(jì)性角度的電力系統(tǒng)安全運行方法設(shè)計。

5 實例應(yīng)用分析

上文從三個方面，完成了基于經(jīng)濟(jì)性角度的電力系統(tǒng)安全運行方法設(shè)計。為實現(xiàn)對上述設(shè)計方法在實際應(yīng)用中效果的校驗，選擇某地區(qū)光伏發(fā)電站作為測試單位，通過設(shè)計實例應(yīng)用試驗的方式，對本文設(shè)計的電力系統(tǒng)安全運行方法展開測試。測試前，對某地區(qū)保障新型電力系統(tǒng)運行參數(shù)展開分析。保障新型電力系統(tǒng)運行參數(shù)如表1所示。

表1 保障新型電力系統(tǒng)運行參數(shù)

在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，建立針對此保障新型的電力系統(tǒng)發(fā)電模型如圖1所示。

圖1 保障新型電力系統(tǒng)發(fā)電模型

通過上述方式，完成本次測試的準(zhǔn)備工作。在此基礎(chǔ)上，按照本文設(shè)計的方法，安全運行保障新型電力系統(tǒng)。調(diào)度過程中，根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)電結(jié)構(gòu)，建立保障新型電力系統(tǒng)陣列模型。結(jié)合地區(qū)光伏發(fā)電的儲能方式，建立光伏電池充放電模型。同時，基于經(jīng)濟(jì)性角度分析，設(shè)計針對電力系統(tǒng)的安全運行目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合函數(shù)的表達(dá)方式，設(shè)計函數(shù)運行約束條件。以此為依據(jù)，設(shè)計電力系統(tǒng)在運行中，其動能資源的動態(tài)調(diào)度。

將本文方法使用前后，光伏發(fā)電站某時段供電電費作為評價指標(biāo)。統(tǒng)計結(jié)果測試結(jié)果，電力系統(tǒng)安全運行前后的供電電費統(tǒng)計如圖2所示。

由圖2可知，使用本文設(shè)計的方法，進(jìn)行電力系統(tǒng)安全運行，可以有效控制光伏發(fā)電站在供電過程中的電費，通過此種方式，提高現(xiàn)代化光伏發(fā)電站企業(yè)的運營收益。

圖2 電力系統(tǒng)安全運行前后的供電電費統(tǒng)計

6 結(jié)語

保障新型電力系統(tǒng)具有投資小、不受地區(qū)限制、不受自然條件影響、接入系統(tǒng)后能夠快速可靠運行等優(yōu)勢。但由于現(xiàn)階段電力市場的系統(tǒng)安全運行方法設(shè)計仍存在不成熟且并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在實際運行中存在一定問題。為了使其更好地為市場企業(yè)提供可持續(xù)發(fā)展服務(wù)，本文基于經(jīng)濟(jì)性角度，通過建立保障新型電力系統(tǒng)陣列模型與光伏電池充放電模型、設(shè)計電力系統(tǒng)安全運行目標(biāo)函數(shù)、電力系統(tǒng)電能資源動態(tài)調(diào)度三個方面，完成了調(diào)度方法的設(shè)計。該方法在通過實例應(yīng)用試驗的測試后證明了可以起到提高地區(qū)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的綜合效果，以此種方式，深化我國電力行業(yè)的發(fā)展。