智能电网节能新用

智能电网节能新用（精选5篇）

智能电网节能新用 篇1

摘要：智能电网是当前电力系统正在逐步升级的一个方向, 大规模智能电网是对原有电力系统的优化, 在其过程中, 终端用电节能是关键性的问题之一, 如何能使系统最优化, 同时能量消耗最少成为讨论的一个热点。

关键词：智能电网,终端,节能

1 终端用电节能的概念

在电力行业内, 已进行了多年激烈争论的焦点问题是终端用电能源效率和终端节能问题。对于终端节能问题的讨论, 主要集中于是否将终端节能作为补充传统供电资源的一种方式, 是否将其作为替代目前使用石化燃料的终端用户的一种选择。随着电力的普及, 这些争论现在似乎已经停止。电力行业已深深地扎根于对传统的、可控制的供电容量和电量的需要上, 如对长期售电合同或发电容量的需要。由于电力系统的供电成本上升, 政府对电力行业的监管更加严格, 人们对全球气候变暖等问题的关注程度的上升, 已促使电网管理者开始考虑电力需求侧的选择等问题。需求侧计划是实现需求侧选择的重要途径之一, 由那些以影响电力用户的用电行为和电力企业行为的相应活动共同构成, 通过需求侧计划的方式得到电力系统所期望的负荷形状的改变, 即通过这样的方式, 改变电网中用电负荷的用电模式和用电数量。将节能措施作为一种相当于增加传统供电资源的一种方式, 即通过减少用电需求, 相当于增加传统供电资源的一种方式, 即通过减少用电需求, 相当于从另外一个角度增加了系统的发电容量, 其目的是实现系统的供需平衡。这种方式在电力行业内已是不争的事实。由于对该问题的争论已经得到了明确的结论, 因此用高效节能的终端用电设备取代传统石化燃料再次成为总体节能策略的重要组成部分, 重新被提到了议事日程, 尤其是随着智能电网战略的提出, 智能电网技术已成为推动节能战略实施的重要因素。

2 节能

电力需求侧计划包括许多可改变用户负荷形状的活动, 涵盖了储能、可中断负荷、用户负荷控制、分散式发电和节能技术等。节能设计通过促使用户改变自身用电负荷形状, 努力提高整个电力行业利益的各种活动, 包括与硬件有关的和与非硬件有关的各种活动。其中, 与硬件有关的活动包括改进楼宇热能完整性和新增节能设备等;与非硬件有关的活动包括选择用户的用电模式以及通过采用电力替代传统石化燃料, 以减少总的能量消耗和污染排放等。

电力行业内部的许多人员在谈及节能问题时, 都显得很不情愿, 因为这些人在电力行业内从事着把点能量传递给电力用户的工作, 其中可能存在极少数个人或企业为了达到赢利目的欣然采取可能侵害用户或社会利益的行动, 在这种情况下要其花费时间和金钱去采取会减少其电力销售量的行动, 的确很难的到拥护, 也很难使其主动想办法去促使拥护相信, 减少电网的电力供应量和服务是很有意义的必然规律。但是, 近年来在电力行业内部谈论能源效率问题时, 电力行业内部的从业人员通常认为, 为了很多原因, 电力行业已有考虑用户利益和社会利益的愿望。

节能策略的实施具有节约所有非可再生资源的能力, 虽然, 节能似乎与从事电力销售的电力企业的经营使命不太一致, 但是, 对于供电企业及其用户和特定的环境而言, 开展节能活动都是很有好处的。

3 期望的节能效果

从工业用户的角度来看, 采取各种节能措施所能达到的期望结果取决于很多因素。其中, 从供电区域内电力市场的参与者的角度看, 这些因素包括混合燃料、备用容量、经济能力、二氧化碳减排量等。

电力趸售市场的容量、电价、混合燃料和购买容量等构成了市场边际成本, 从而成为影响系统负荷形状改变的主要决定性因素。对于负荷峰期和非峰期, 当电力市场的边际燃料是石油或者天然气时, 能量效率的提高可以为减低能源成本提供巨大的潜力。如果混合燃料是非负荷峰期时市场的边际能量源, 那么, 通过采用煤电、核电、风电或水电等来降低电力市场的边际能量, 以及采取其他一些节能措施, 如进行负荷转移等, 也可得到令人满意的效果。

电网的临界容量为提高节能效率提供了很大的动力, 尤其在本区域内新建发电厂的装机容量受到限制时, 节能效果更为明显。对于投资者所拥有的电网而言, 如果电力销售价格低于其成本价格, 电力监管部门不会同意给这样的电网支付政府提供的售电返还折扣率。这样, 地域成本的每一次新的电力销售活动均会伤害现有投资人的利益。对于没有发电资产的配电企业而言, 可根据转化率来支付发电成本, 对于实施的具体节能计划, 边际收益有可能会超过成本。

另外, 如果电网的发电容量充足, 或电网拥有者有能力新建发电机组, 那么电价就有可能低于采取某些节能措施所需的成本。但是, 无论采取其他哪种发电方式, 均难以达到采取节能措施所达到的要求。由于很多地区的社会、经济都正在快速发展, 在分析节能计划时, 将节能成本等值为额外增加供电能力所需的成本, 利用减少潜在的电力供应所需支付的单位成本来评价节能计划的经济效果是符合逻辑的。

在很多情况下, 由于来自通货膨胀等方面的压力, 使得电力边际成本可能超过了平均成本。对于较小的电力销售量的变化, 比较合理的方法是说服供电企业采取相应措施弥补该差值, 以推动或补贴节能措施的实施。

智能电网节能新用 篇2

1智能电网节能调度功能带来的电力产业机遇

(1)对发电调控带来的机遇。对于电力企业的发电功能来说，控制发电的速度、发电量是重要的节能调度工作内容，同时节约发电能耗也是需要重点关注的工作内容。智能电网这体系的出现不仅能够实现高水平的节能调度，同时还能够以自动化、互动化的模式来实现更加智能化的电力能源有效控制。在我国对电力改革的关注度不断增加的背景下，电力企业渐渐分离为发电企业与电网调控单位两个方向，从根本上实现了厂网分离的电力管理模式，这种电力改革手段将电力产业的受利方分散化，使发电厂与电网控制分离成为一个单独的生产调节体系，智能电网的开发对于发电事业来说意义重大。通过智能电网的调控手段将能够使电力网络控制更加高效、灵活性更加，能够最大限度的满足电力节能调度工作的需要。智能电网系统对电网控制的日趋智能化，将为发电企业带来更为理想的节能调度环境，发电节能调度水平提升发电企业的自主性也更加强烈，能够拥有更大的自主控制空间，利于整个发电产业的发展;

(2)对用户用电调控带来的机遇。智能电网由于具有了更高水平的电量调节、输送控制能力，因此对用户用电来说也增加了更多的灵活性。以往在夏季出现供电压力时往往会通过定时断电的形式来实现对电网的卸压，保持日常其它时间的用电稳定性不被影响，然而这种调节手段虽然是比较有效的，但却与智能化的节能调度要求相距甚远，同时也缺乏人性化特点，即使在断电阶段用户有强烈的用电需求也无法得到满足。智能电网体系中完善的电网信息体系能够将电网的运行状态与调节操作等信息及时传达到网络上的每一位用户，这就能够使用户不仅可以接收到电网运行的信息，还能通过信息上传将自身的用电量需求及时传达给智能电网体系，实现电力的智能化调节和分配。这种互动式的调节模式就是为了实现对电力资源的最大化节约，根据每一位用户的具体用电情况调配最为合理的电力优化策略，有助于提高国民用电的稳定性与灵活性。

2智能电网节能调度互动式的实现

(1)发电企业互动式节能调度的实现。发电企业是国家节能减排要求重点管理的企业之一，由于传统的发电形式是火电发电，因此会产生非常严重的污染物排放，要达到国家对电力行业所规定的排放标准就应当从节能调度入手。智能电网的互动性对于发电企业来说就是将电网的需求量进行信息反馈，使发电企业的发电指标制定有充分的数据依据。根据智能电网中的发电指标电力企业能够有更多的自主权限，例如某个区域电网的最大负荷为 7000 万千瓦，那么这一时期内的发电量就应当以这个标准为依据来决定发电量，从而能够更加合理的规模原料的用量与发展效率，实现对能源的节约和污染物排放量的有效控制;

(2)用户互动式节能调度的实现。供电网络的稳定状态主动权集中在用户方面，所以智能电网实现节能调度的根本在于和电力用户之间的信息互动。一方面用户自身的用电量存在一定的习惯性和规律性，另一方面电网的供需状态数据也能够被终端电力用户所接收到，使用户能够根据电网的供需紧张状态进行用电量的调整，实现整个电力网络的智能化互动式节能调度。国家电网在用户用电过程中的电能浪费主要是由于电力系统负荷波动造成的，如果能够加入智能电网的互动式调节就能够平衡电力供需状态，从而使电力系统的负荷趋于稳定，实现节能调度的目的。

3用户参与互动式节能优化调节的实现条件

(1)技术条件。目前智能电网已经接近成熟的网络体系为实现与用户之间的互动式节能优化调节提供了足够的技术基础，然而要实现高效的节能优化调节完善的信息化平台是必要条件。目前已经有 AMI 技术为实现这个信息平台提供了稳定支持，在此技术前提下建立起全面的智能电网互动式信息平台，将每位用户的信息实时传达至节能调度中心，再将智能电网的调度信息发送到每位用户终端，使用户随时能够掌握电网运行状况;

(2)政策条件。参与互动式节能调度系统是用户的自愿行为，从政府方面应当对这种行为予以积极的政策性支持，必要的可运用激励手段增加用户加入智能电网信息化平台的行为，例如通过对信息化平台的有效宣传让用户提高对智能电网互动式节能优化调节给自身带来的益处，或者是直接运用电费价格给予一定补偿的经济手段增加用户加入信息化智能电网调度系统的数量。

4结语

浅论智能电网与节能增效 篇3

1 智能电网的优越性

1.1 对于电力企业来说, 提高电网效率降低用户负担

对于电力企业来说, 一方面可以减少发电、输电及配电过程中的电能损耗, 降低电力公司能源成本, 降低发电过程中的二氧化碳排放量。同时实现节能减排的目标。另一方面降低了用户的用电成本, 从而提高了客户的满意度。

1.2 对于政府来说, 实现了节能减排

1) 电能损耗的降低将直接节省国家的能源储备, 同时缓解全球由于二氧化碳排放造成的温室气体效应, 有利于国家环保。

2) 智能电网推动相关领域的技术创新, 促进装备制造和信息通信的个行业的技术升级, 从而促进了社会就业。

1.3 对于用户 (消费者) 有如下益处

1) 用电费用的降低。2) 获得更好的服务, 停电率降低;用电更加可靠;能获得更快速的响应服务。3) 消费者用电习惯的转型:从被动型用户转向双向选择型———电力公司提供不同时间不同, 电价等多样化服务, 消费者可选择最佳时间和方式。

2 实现智能电网, 电力行业的专家及技术人员面临着巨大的挑战, 同时需要制定一套崭新的管理标准

1) 随着智能电网发展的需求, 与智能电网产业息息相关的电力企业, 供应商们熟悉的传统原则已经受到了挑战。为了实现智能电网长期、有序、协调发展, 一个统一的技术标准必不可缺。而对于处于发展中的微电网等技术来说, 技术标准则显得尤为重要。由于可持续能源产生的电量具有时间、地点上的不确定性, 从而存在发电之后不能入网的问题。这是因为对于用电单位来说, 却是在需要用电的时候, 这些可持续能源不一定能发电;而用户在使用的时候, 并不是根据这个可持续能源什么时候发电来决定的。

分布式发电:指可持续能源分布在不同的地点, 呈点状分布。能源储备:把可持续能源发出的电用一种合理的方式存储起来。如提水储能、电池储能 (目前还没有突破) 等。微电网:就是在可持续能源发电的地点, 建立一个小型的电网, 这些小电网几乎具备了大电网具有的所有技术环节, 包括发电、供电、配电、用电整个环节。就是在可持续能源附近形成一个微电网, 使得这些能源能被就近消化。

如何将这三种技术有机的结合起来, 形成一个可持续能源在世界上和我国的发展。当然, 这种形式目前还面临者很大的难题, 尤其是能源储备上, 大型的能源储存是非常有技术挑战性的。现在专家及技术人员在研究能源储备的技术方案。比如提水储能、电池储能 (目前还没有突破) 等。

2) 还有一个非常大的挑战, 储能、微电网、分布式发电三者不同的技术概念, 要把他们有机的结合在一起, 要让不同的厂家生产出的设备能够互相连接, 互相之间能够正常工作, 需要一个统一的技术标准及微电网根据的标准。

3) 同时还存在着两个弊端。一个是可持续能源成本高, 发出的电能价格还比较高, 这在世界上普遍的解决方案都是通过政府进行补贴。而是可持续能源具有不确定性, 很难根据用户需求主动进行发电。解决这个问题就需要用微电网、电能储存及技术来解决这方面的技术问题。这是又一大挑战。

3 未来展望与高效发展

1) 为电网公司带来额外道德能源选择, 在过去, 电网公司更多的依赖火电和水电等常规能源, 分布式发电介入到电网后, 可以使电网公司不再过多地依赖火电和水电等常规能源, 比如在火电将来燃烧价格提高到一定程度后, 还能有其它的能源供应商, 从而分散电网公司的经营风险。2) 针对传统电网, 过度消耗不可再生能源及常常出现的产能过剩问题, 智能电网可以优化能源结构, 实现多种能源形式的互补, 确保安全性、可靠性可灵活性。在未来, 可再生能源在能源结构中占比将越来越高。近年来, 我国光伏装机容量不断上升, 光伏“十二五”规划装机容量目标从2011年的1000万k W, 逐步被提高到1500万k W、2100万k W。未来在不断增长的总量中, 大型光伏电站和分布式光伏发电会占一半份额。在世界上一些自然条件容许的情况下, 发展太阳能发电, 也是将来提倡的清洁能源。3) 智能电网的低耗高效是如何体现出来的呢?以2008年为例, 全社会用电量近35000亿k Wh, 如果实现智能转型, 相等于每年可省其中5%~10%左右的电力资源, 折合2000亿人民币。以深圳市为例, 用电峰谷从高到低, 800、700、600、500、400、300、200、100、0, 通过移峰填谷的错峰用电, 可以少建一个40装机容量, 少建一个万千万装机容量的电厂, 减少40万k W高峰期负荷, 从而减少40万k W高峰期。少建一个500k VA的变电站, 节省人民币无5、6亿元。那么, 从全国推广智能电网, 将产生巨大的经济效益。4) 能源储备、分布式发电和微电网技术为生产商、电力公司、终端用户和第三方供应商等创造处额外的巨大收益。可持续能源发电是一个特别广大的市场。不同的专家有不同的统计手段, 有说世界范围内创造了几亿美金的市场, 还有人说创造了几万亿美金的市场。但毋庸置疑的是, 可持续能源为我们设备生产厂商、电网公司提供了一个广大的市场。我们也看到了一个庞大的光伏发电和风电产业, 从业人员达到100多万, 创造了一个广大的就业市场。

4 结论

经济的发展, 社会的需求, 不可再生资源的日益减少, 全球环境的恶化, 普通电网已经受到了挑战。发展智能电网不仅使电能供应多元化, 使光伏发电、风能、核能等清洁能源在电网中所占份额越来越大, 保证了电力企业的可持续发展;同时采用分时电价, 移峰填谷的方式减少了用电高峰期, 这不仅降低了用户的用电成本, 同时使发电厂减少了发电量, 电力建设也相应大幅减少, 实现了节能降耗的目的。创造了巨大的市收益。所以, 智能电网可以保证电力系统可持续高效发展, 是世界各国共同大发展方向。

摘要：随着能源消耗的不断增加, 不可再生资源的日益短缺, 及全球节能减排、绿色环保的迫切需要, 发展智能电力, 才是电力系统可持续高效发展的一条出路。

关键词：智能电网,分布式发电,微电网,清洁能源

参考文献

[1]国电能源研究院"智能电网讲座".

智能电网节能新用 篇4

在能源结构的调整、节能减排的实施、优化 配置资源 等方面,智能电网具有举足轻重的作用。智能电网对于我国建设友好型、资源节约型社会而言意义重大,同时这也是电网发展 的趋势。节能调度是智能电网的一个重要组成部分,智能电网的节能调度为解决能源紧缺、环境污染以及气候变暖提供了有效措施。目前,智能电网在我国进入了全面建设时期,大规模的电网互联以及特高压电网的建设无疑为在全国范围内实施 节能发电调度创造了条件。节能调度是智能电网运行控制的 核心,对于电力行业的节能减排具有非常重要的实际意义。

1面向智能电网的节能调度

我国传统的电力系统中一般采用统一调度的管理方式,这种方式使得用户及发电企业被动接受相关的调度指令,从而严重阻碍了节能调度的发展,造成高能耗机组的发电量过大等问题。智能电网指的是以先进的信息技术为基础,通过控制技术及通信技术,实现电网的自动化、互动化以及信息 化。本文基于智能电网的建设,与我国电力行业实际相结合,从而提出 节能优化调度新的措施。

1.1基于智能电网的节能调度在发电方面的机遇

随着我国电力改革的不断深入,厂网实现 分离,受利益主体多元化的影响,发电调度在考虑社会效益的基础上,也应注重企业的经济效益及发展。随着我国电力事业的不断发展,电网规模越来越大,电网的自动化程度及互联程度逐渐提高。因此,在智能电网通信技术以及控制技术快速发展的基础上,赋予发电企业相应的自主权,使其实现与调度机构之间的互 动,在编制调度计划时发电企业间实现发电权的转移,能够使节能调度在发电企业中得到良好的实施。这对发电企业抓住机遇,实现自我发展有着非常重要的意义。

1.2基于智能电网的节能调度在用电方面的机遇

在我国传统的调度体系中,如果机组出力不能满足负荷增长的需求,为了使电力系统功率平衡得到保障,通常采取拉 闸限电的方式或者切负荷的策略。因此,对于调度指 令,电力用户只能被动地接受。在智能电网中应用高级测量体系,使得用户能够及时地获取电力信息,从而实现了电网和电力用户之间的互动。在用户的用电负荷中,包括空调、电动汽车 等在内的很大一部分负荷,其用电时间是非常灵活随机的。因 此,在智能电网中应深入研究适用于用电时间灵活的负荷的用电技术,通过研制新型控制 器并将其 应用在冰 箱、热水器等 家用电器中,能够实时监控电网的运行状态,并做出响应。如果 电网负荷出现过载的情况,那么控制器控制电器关闭,使得电网中 的部分负荷减少,从而对供需平衡进行调节,这对电网稳定运 行具有非常重要的意义。

2互动式的节能调度

智能电网互动式调度指的是基于电网安全稳 定运行的 前提下,给发电企业、用户一定的自主权,从而使其能够在节能指标下调整发电计划和用电计划,最终在调度中获得经济 效益。在互动式节能调度中,发电企业通过自主的调度以及发电企业参与到集中调度的互动中,能够满足节能调度的协调性 要求;互动式调度就用户而言,指的是用户在互动调度的参与 中,优化用户侧的尖峰负荷边际能耗。

2.1发电企业节能调度互动

当前,我国市场经济还在不断的完善 过程中,通过对电 力企业的市场化改革,能够使电力行业达到节能减排的要求。发电交易权对节能减排起到积极促进作用,因此得到人们的广泛重视。通过政府引导,实现了能耗高机组发电量向能耗低机组进行转移,从而使电力行业实现节能减排。

电力企业根据自身实际,确定调度初 始计划,分解发电 量的指标。互动式节能调度允许发电企业对发电权进行自 主的转移。因此,高能耗的发电企业同样能够获取发电指标。为了使发电企业的发电计划不会对电网稳定安全运行造成影响,也需要对每个发电企业的互动调度计划进行约束,对发电企业内部进行优化。通过对发电企业内部的能耗约束,确保在自主调度过程中,发电企业不额外增加能耗;同时,调度机构对于电网的安全约束进行严格管理,确保电网能够安全稳定运行。对于实施调度过程中出现的操作时间不够的问题,可采用优化厂级负荷或是对用户的负荷进行实时调度等措施。通过上述措施,使得在电网的互动调度过程中,充分提高发电企业节能的主动性,最终提升电力系统的经济性,对于电力行业节能减排 而言意义重大。

2.2用户的节能调度互动

在电力系统中,供需平衡的主动方是用户端,因此,机组的出力应该对用户的负荷需求实现主动跟踪。系统的边际 能耗随着负荷水平的不同、负荷波动速度的不同以及负荷波动幅度的不同而有所不同。解决系统边际能耗大的问题,无疑可以极大地推进节能减排。目前,火力机组发电是我国最主要的发电形式,基于此,与用户负荷能耗的特点相结合,采用电力系统负荷预测的方法,对尖峰负荷进行准确的预测,并根据尖峰 负荷的峰值、负荷率、持续时间,对尖峰负荷的边际能 耗进行预 测,同时对比平均能耗,利用对用户负荷的改变,实现尖峰负 荷的削峰,从而大幅度地降低由于尖峰负荷而产生的边际能耗。在尖峰负荷到来之前,积极与用户进行互动,利用调度中心 对部分用户的负荷进行调度,实现削峰。下面将从技术以及政策两个方面加以分析:

(1)技术方面,构建便于用户参与互动的信息化平台。通过在用户与调度中心之间进行智能电网互动信息平台的建设,基于AMI技术,为用户提供各种用电信息,同时利用用户家中的智能电表,实时向调度中心反馈用户用电负荷大小、种类等。调度中心分析用电企业数据,对电网实时运行的情况以及能耗水平进行分析,与用户的实际用电情况相结合,将电价等信 息向用户发送。根据用户的用电历史数据以及实时数据,预测用电负荷的高峰,利用互动平台向用户提供负荷用电信息,给出负荷调整的意见,用户则结合自身实际情况主动响应,对用电策略进行及时调整。

(2)政策方面,通过电力需求侧管理对用户参与电网调峰进行激励,对用户的合理科学用电进行引导。另外,基于价格补偿的形式,对用户的科学用电以及用户使用能够对电网信号主动响应的节能电器给予一定的鼓励。

3结语

智能电网节能新用 篇5

智能电网的发展方向是建设具有灵活、清洁、安全、经济和友好等性能的电网。可见,节能发电智能调度是实现智能电网关键的一环。与传统的调度系统相比,智能调度具有“多目标”、“可控制”、“自适应”、“自处理”、“自决策”和“快速性”等特征[1,2,3,4]。所谓“多目标”是指系统能协调“安全”、“经济”、“节能”和“环保”等多目标,可根据不同的任务状态制定不同的目标函数,最终达到总体最优的运行状态,即“多目标趋优”。“可监控”指可监测及控制设备的运行状态,出力情况及电网的潮流分布。“自适应”指可根据系统运行方式及实际情况设置运行参数,或充分利用风能及水情预测确立相应的约束。智能电网下,广而多的分布式发电的接入,随时都会导致系统功率失衡,因此应在调度过程中加以考虑和应用其预测结果,确立相应的备用及出力等约束,从而提高系统运行的经济性和可靠性。“自处理”系统能自动处理目标函数及约束的变化,并采用合理的算法解算出满足安全、经济、环保及节能的调度计划,指导系统运行。“快速性”主要指系统具有较强的负荷跟踪能力,能快速响应负荷的波动。此外,要有足够的旋转备用,以弥补负荷的突然变化和难以预计的发电机组开断所引起的功率失衡。大规模风电并网后,风电的随机波动与负荷的波动叠加在一起,使系统面临的不确定因素更大,因此需要配置更多的旋转备用。而备用配置过多会增加运行成本,过少则会增加运行风险,因此风电场的日前调度问题应着重考虑充分利用电网备用。

可见,传统的人工协调调度方式不可能满足智能电网下调度的要求。基于此,本文通过构建智能电网下节能发电调度的功能结构,充分利用多Agent的智能分散协调控制优势[5,6,7,8,9,10,11,12],建立实现节能发电调度的分布式智能系统。系统根据各功能结构设计单个Agent的目标及推理机制,当运行状况发生改变时(如风速、可用水量和机组出力等),各Agent能感知外部环境和条件的变化,通过相互协调、协商,获取所需知识和数据,按照定义的规则,启动推理及解算器,实现预期目标。同时各Agent相互独立,达到并行工作的效果,从而大大缩减调度决策时间。最后,以某一系统故障为例,对比说明了多Agent智能调度系统的调度决策过程,结果验证了该系统的“智能特征”,为实现智能电网环境下节能发电调度开辟一个有效的实施途径。

1 节能发电调度方式

节能发电调度方式[13,14,15,16,17,18,19,20,21]与传统的调度运行方式相比发生了重大的变革,其计划制定方式从传统的均衡发电到按机组的能耗排序发电;管理方式从传统的简单粗放到精细化边际化管理;调度运行方式从传统的仅考虑安全裕度到综合考虑安全、经济、节能和环保。也就是说,节能发电调度机组组合是考虑新能源在内的多种电源的组合优化,实现节能、环保和经济的综合目标。图1示出了节能发电调度的主体流程,从流程看,节能发电调度计划制定需要考虑负荷、备用、检修及安全等众多因素,仅依靠人工难以完成,因此建立能综合考虑上述因素的节能发电调度计划制定分布式系统势在必行。

2 节能发电调度分布式系统的实现

2.1 智能调度分布式结构

图2中,系统被封装为三种类型Agent,即控制Agent,协调Agent和基本功能Agent。控制Agent感受外界环境变化而对任务进行辨识和分解,基本功能Agent包括制定机组发电顺序、调峰调频、安全稳定控制、市场管理和备用管理等。控制Agent是系统的中心操作员,指挥协调Agent按照目标要求制作一个发电计划表。协调Agent属于移动的Agent,其通过在网络访问所有的基本功能Agent,为每个时间段寻找和评估出一个满意的发电计划。全局约束条件在协调Agent巡访基本功能Agent的时候得满足;每个基本功能Agent负责提供和校验局部约束条件的工作。

智能电网下,电网将建设为一个具有较强交互能力的综合型网络,能使其实现信息、电力数据的实时交换,上述各Agent之间能实现实时高速的数据信息交换。当运行条件发生变化,如负荷变化、机组故障或风速突然减弱,则对应负荷管理Agent、机组Agent发生改变,从而更新基础信息管理Agent。备用Agent等各功能Agent感受到变化时,将启动其目标检测部分,当目标与外部变化相关时,则执行其推理器,完成任务后将结果传给协调Agent,若检测到变化与其无关时,则拒绝工作,并告知协调Agent。协调Agent综合上述Agent的结果,重构一个调度模型并将模型传给调度决策Agent进行解算决策。调度决策Agent将待解算模型分解给n个计算Agent,多个Agent进行并行计算,最后将结果传给调度决策Agent,调度决策Agent综合结果并公布。

可见,该模型能自动感知外界运行状态和条件的变化,Agent之间通过相互协商、协调和协作,共同制定对应的调度决策,具有高度的智能性和自适应性。同时,各功能Agent相对独立,并行多线程工作,提高调度决策的速度,及时跟踪电力系统运行中的各种变化,具有快速性,从而保证电网安全稳定运行。

2.2 各功能Agent的设计

功能Agent结构如图3所示,其由通信接口部分、任务控制部分、推理部分和知识库等四部分组成,各部分的功能介绍如下。

(1)通信接口模块负责与其他Agent间的通信,它是机组组合Agent与其他Agent进行相互作用的桥梁。

(2)任务控制部件,该部分保存了对Agent能力的描述,任务控制策略以及整个多Agent系统方法论知识的表述。若外部请求到达时,任务控制模块首先判断它的请求是否在自己的能力范围内,当不能完成请求时,则通过通信模块发出消息告知拒绝该请求;否则,则根据规则告知移动Agent,并启动推理机进行工作。

(3)推理部分。按照其所需完成功能制定相应的执行规则或算法,从而顺利完成任务。

下面对本文所涉及的各功能Agent的推理器进行介绍:

(1) 调峰调频Agent

节能发电调度环境下,制定机组发电计划时,应充分体现机组的调峰调频能力。该Agent负责确定参与调峰、调频、调压和备用的机组。其制定规则为:

规则1:有调节能力水电厂应充分发挥其调峰、调频作用,按预先制定的水库水位控制计划安排发电负荷;

规则2:天然气、煤气化发电机组按照气源情况和系统负荷特性参与电力系统调峰运行;

规则3:电力调度机构应积极开展流域水电优化调度和水火联合优化调度,提高水资源利用率,并充分发挥水电的调峰、调频作用;

规则4:电网调峰任务原则上由抽水蓄能、有调节能力的水电机组、燃气、燃油机组承担,必要时火电机组应进行深度调峰或启停调峰;

规则5:抽水蓄能机组根据电网调峰调频的需要安排发电和抽水;

规则6:天然气、煤气化发电机组按照气源情况和系统负荷特性参与电力系统调峰运行。

该Agent按照上述规则,确定在各时段的必开机组,从而满足电网调峰调频的需要。

(2) 发电序位管理Agent

根据机组的安全、环保及经济等指标,制定机组的发电序位,以体现节能降耗。按照节能发电调度的要求,可在其推理器设置如下排序规则[21]:

规则1。对不同类型发电机组,调度优先顺序为:

a)无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组;

b)有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组;

c)核能发电机组;

d)按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组,余热、余气、余压、洗中煤和煤层气等资源综合利用发电机组;

e)天然气、煤气化发电机组;

f)其他燃煤发电机组,包括未带热负荷的热电联产机组;

g)燃油发电机组。

规则2。对于同类发电机组,考虑安全、环保及经济等综合性指标,其主要涉及可靠性指标(R),经济性指标(E),环保指标(D)和热电比(H)等,分别赋予权值aR,aE,aD和aH,于是按如下式子计算其排序指标,按指标从大到小进行排序。

其中,aR+aE+aD+aH=1,可以由调度人员根据实际运行进行设置。

各指标的确定规则如下:

a)可靠性指标为发电机组的安全可靠运行的概率,由调度人员根据实际需要设定。

b)经济性指标按照单位出力消耗一次能源水平来确定,如火电机组则用单位出力耗煤量表示,燃油机组则用单位出力耗油量表示,水电机组则用单位出力耗水量表示,依此类推。

假设机组运行的经济性与出力的函数关系为E(P),则经济性指标的计算公式为:

c)环保性指标采用单位出力排放有害气体总量来表示,假设机组运行时的某种气体排放量与出力的关系为Di(P),则环保性指标的计算公式为:

d)热电比指标采用单位出力转换热量表示,即转换效率。假设机组热电转换的函数关系为H(P),则热电比指标的计算公式为:

式(2)、(3)和(4)中,P和Pmax分别为机组的出力和最大出力限制。

(3) 市场管理Agent

该Agent充分考虑电力市场的因素,使节能调度方案与电力市场平滑衔接和过度。在制定发电计划过程中应体现“三公”调度原则,跨区跨省地购销合同,阻塞管理及企业的利益调整和补偿等电力市场因素,如调峰、调频及备用的经济补偿。

该Agent主要负责计算机组的合同完成率,省际间或区域间的交易合同,提供该机组当日出力的上下限Pmin和Pmax,从而为制定发电计划提供依据。其计算规则为,假设某外资发电机组购电合同总量为P总,从合同生效之日至今累计发电量为P实,现距合同结束时间为T,则该机组当日发电的上下限可按式(5)确定:

Pmax设为机组出力的上限。

(4) 目标管理Agent

与传统的调度目标相比,智能调度的目标不仅仅考虑经济性,其目标应综合协调考虑经济性、节能环保性,安全性和可靠性。具体有如下几种形式。

1)运行费用最小;

2)购电成本最小;

3)反映资源配置效率的社会总收益最大;

该Agent通过其任务管理器确定目标函数的形式,并将其交给协调Agent。

(5) 机组管理Agent

该Agent通过可利用资源的情况,确定机组出力的上下限。

确定规则为:

1)除水能外的可再生能源机组按发电企业申报的出力过程曲线安排发电负荷。

2)无调节能力的水能发电机组按照“以水定电”的原则安排发电负荷。

3)对承担综合利用任务的水电厂,在满足综合利用要求的前提下安排水电机组的发电负荷,并尽力提高水能利用率。对流域梯级水电厂,应积极开展水库优化调度和水库群的联合调度,合理运用水库蓄水。

4)资源综合利用发电机组按照“以(资源)量定电”的原则安排发电负荷。

5)核电机组除特殊情况外,按照其申报的出力过程曲线安排发电负荷。

6)燃煤热电联产机组按照“以热定电”的原则安排发电负荷。超过供热所学的发电负荷部分,按冷凝式机组安排。

7)火电机组按照供电煤耗等微增率的原则安排发电负荷。

(6) 安全管理Agent

该Agent不仅能为调度决策Agent提供安全稳定约束,且能独立完成安全稳定校核任务。

当任务管理器接受的任务为重构安全稳定约束时,此Agent依据《电力系统安全稳定导则》和相关安全规定的要求,为开停机方式和负荷分配提供安全稳定校核的约束,从而使调度结果满足安全稳定要求。该Agent的推理器根据系统的运行状态(如正常状态、异常或紧急情况和事故状态)或不同的网络拓扑情况,重构相应的安全稳定约束有电压无功约束,线路热稳极限,线路传输容量,断面传输功率,电网的N-1约束,区域最小开机约束,其他复杂网络约束等。并将约束通过协调Agent送给调度决策Agent,从而使所制定方式满足继电保护和安全稳定的要求。

当任务管理器接受的任务为对某种运行方式进行安全校核时,该Agent的推理器根据上述所获取的安全稳定约束(如图4所示)判断所给运行方式是否存在可行解。

即采用内点法求解如下模型,若收敛则说明运行方式可行,否则该运行方式不能满足安全稳定要求。

(7) 检修管理Agent

该Agent主要是确定可以安排检修的机组。燃煤、燃气、燃油发电机组检修应充分利用年电力负荷低谷时期、丰水期进行。各级电力调度机构应依据负荷预测结果和排序表,在保证系统运行安全的前提下,综合各种因素,优化编制发电机组年、月检修计划;依据短期负荷预测结果,安排日设备检修工作。

当该Agent接受了安排检修机组的任务时,其知识库向推理器提供负荷及备用约束、安全约束等,推理器计算校核各约束是否能满足,若能满足则该Agent同意批准该检修计划,否则不予安排。

也就是知识库建立含系统控制变量和状态变量的一组非线性约束:

a)网络潮流约束;

b)备用约束;

c)母线或变压器上的最大允许电流约束;

d)馈线的容量约束;

e)系统中各节点电压幅值约束。

即可转化为如下模型:

该Agent的推理器通过内点法求解模型,由该模型是否有解判断由a)-e)方程组是否存在可行解。

(8) 调度决策Agent

该Agent负责提供调度的决策和指令,负责机组发电组合调整,负荷分配,发电机出力调整及机组检修、调峰、调频及备用容量的安排等。

该Agent通过协调Agent获取各功能Agent的结果,从而得到含决策变量优化模型的目标函数和约束,表示为如式(8)所示的模型。

其推理器为基于内点法求解非线性规划的求解器,具体步骤可参照文献[20]。

(9) 备用管理Agent

安排备用容量应满足《电力系统安全稳定导则》和有关行业标准的要求,在不同类型机组和地区间合理分布。在智能电网下,大规模的风电并网后,风电的随机波动与负荷的波动叠加在一起,使系统面临的不确定因素更大,因此需要配置更多的旋转备用。而备用配置过多会增加运行成本,过少则会增加运行风险,因此节能调度问题应着重考虑如何优化和利用电网的备用。其推理器综合考虑逻辑推理和解算结构两种形式。

解算形式:

数学优化模型:

变量:承担旋转备用机组的出力。

备用:运行机组的容量-出力。

目标函数为:系统在调度周期内总备用最小。

约束:

a)系统功率平衡方程;

b)机组输出功率约束;

c)机组爬坡率约束;

d)节点电压约束;

e)输电线路电流约束;

f)机组备用容量约束;

g)系统稳定性约束;

h)输电线路容量约束;

i)联络线传输容量约束;

j)区域系统频率偏差约束。

从而得到如式(8)所示的数学模型,其推理器为基于内点法求解非线性规划的求解器。

推理形式:

上述的备用管理Agent。也可按如下规则确定备用。

式中:s1为平衡瞬间负荷波动与负荷预计误差的旋转备用容量,经验值为预测最大发电负荷的2%~5%,高峰时段按下限控制;s2为事故备用的可供短时调用的备用容量,经验值为预测最大发电负荷的10%左右,且不小于系统中最大单机容量或电网可能失去的最大受电功率;s3为满足运行机组周期性检修所需的检修备用容量,经验值为预测最大发电负荷的8%~15%;s4为应对水电来水以及其他可再生能源发电能力波动的备用容量,可依实际需要留用;s5为应对重大节假日和重大活动的备用容量,依实际需要留用;s6为应对新建机组投产日期不确定性和运行初期不稳定性的备用容量,依实际需要留用。

s1、s2、s3、s4、s5和s6可由该Agent与调度员交互,由调度人员根据实际经验确定,或该Agent通过建立最优备用模型自主确定。

2.3 Agent间的协作

智能调度系统中,在各个Agent不断地对其他Agent发送信息或服务求解,或者不断地响应其他Agent的消息的过程中,智能调度系统的功能得以实现。各类Agent的协作关系如下:

(1) 协调Agent:

是系统中最活跃的Agent。在其接收到控制Agent的命令之后,巡访所有的功能Agent,并和基本功能Agent进行沟通协商。通过与其他类型的Agent协商,完成在计划周期内的机组的开/停,和出力/备用容量状态的计划。协调Agent有自己的沟通规则,这些规则可使它的任务完成得更为出色,获得更加令人满意的短期发电计划。

(2) 基本功能Agent:

存在于每台机组的控制计算机,或者每个独立电厂的服务器上。其知识库中保存有机组的完整特性信息和相应的一系列规则(约束条件)。这些Agent不能移动,但是掌握着一些和协商Agent的简单计算规则和函数,并具有判断某些约束条件和自动改变机组状态(如:开/停状态)的功能。它们可独立完成某种任务,检修管理Agent能审核检修计划,安全管理Agent能校核系统安全性。同时,也能通过协调Agent为调度决策Agent提供对应的约束条件,从而获得最大利润的出力/备用参考服务计划。

(3) 调度决策Agent:

是系统的中心决策者。运行与控制中心的服务器上(例如,嵌入在电力系统监视和控制系统中),与其他分散在各地的计算机用网络相连。它从其他的支持系统获得预测数据(负荷/备用需求,实时电价,备用电价等),并命令协调Agent根据预测数据去完成短期发电计划任务。能观察到基本Agent的状态信息,还能发送调节发电信息要求给协调Agent,并等待接收协调Agent的应答。

以制定某日方式为例,介绍Agent间的消息传递过程,如图5所示。

(1)控制Agent接收到外界发送的“制定日调度计划”通知消息;

(2)控制管理Agent根据功能对任务进行分解,产生n个子任务,并向协调Agent发送消息;

(3)协调Agent收到子任务消息通知后,根据子任务的目标向各功能Agent发送任务消息,并等待结果;

(4)各功能Agent完成任务后,向基础数据管理Agent发送消息索取所需数据;

(5)基础数据接受到所要数据消息后,将数据返回各功能Agent;

(6)各功能Agent接到数据通知后进行计算,并将完成情况以信息形式返回协调Agent;

(7)协调Agent获得所有功能Agent的回应后,给调度决策Agent发送通知,并向其传送数据;

(8)调度决策Agent接受到任务后,向基础数据管理Agent发送消息索取所需数据;

(9)基础数据接受到所要数据消息后,将数据返回各功能Agent;

(10)调度决策Agent获得数据后,启动并行推理计算,并将结果通知协调Agent;

(11)协调Agent接受到结果通知后,向控制Agent返回调度结果;

(12)控制Agent通过通信管理Agent执行或公布调度决策。

至此,完成整个通信过程。

根据对Agent之间协作关系的讨论,可以看出在智能调度系统中,若干管理Agent起着主导作用,其他Agent则响应它的控制,提供服务,处于从属地位。这是一种主从服务的协作关系。例如,任务管理Agent和资源管理Agent之间存在服从关系。另外,在Agent之间还存在一种对等的协作关系,这些Agent处于平等的地位,彼此之间相互提供服务。例如,在单元管理Agent之间的协作就是对等的。

3 智能调度多Agent系统的应用举例

为了验证该智能调度多Agent系统的自适应性、智能性和快速性,本文采用如图6所示的某区域智能电网[21],对比说明传统调度系统与多Agent智能调度系统的决策过程。

(1) 传统自动化调度系统工作过程

0.6 s

如果发电机G1突然发生故障,变电站B的调控计算机一般会关闭L3号线,以减少供电需求。但是现在G1发电机是系统有意停止运转的,因此整个1号地区的计算机便发出通知,决定让一家大型工厂停止生产,大大降低供电需求。这一措施减少了发电量之间供不应求的状况,以保证诸如路灯照明和医院之类的重要职能部门的供电。

10 s

几秒钟后,由于供不应求的状况仍然十分严重,变电站的计算机检测到整个1号地区的电压开始波动,波动值超过安全允许的范围,有可能给L3和L4号地区和L7号地区的计算机将发电机G2的控制改为人工操作,并建议1号地区调度中心的调度人员增加发电量减少用电负荷,调度员会采取其中一项措施。

60 s

L3、L4和L7号线路已处于空载状态,而L4号线开始出现过载,该调度中心调度人员通过卫星通信与2号地区的调度员联系,请求帮助。2号地区调度员通过L8号线路发送电力;他们还命令其部门的调控计算机稍微调整供电电流,以平衡因突然借电而带来的电力失衡。一旦维修人员修复了受损坏的L5号和L7号线路,计算机便让L1号线路和发电厂G1马上投入正常运行。至此,三个地区的电力供应全面恢复正常。

(2) 多Agent智能系统工作过程

当系统检测处于紧急运行状态时,控制Agent首先通知1号地区的安全校核Agent,计算该地区满足安全稳定的运行方案,并向控制Agent返回计算结果。

若安全校核Agent计算收敛,则控制Agent将该计算结果返回通信管理Agent,由通信管理Agent执行。假设计算结果为请求2号地区支援50 MW。

2号地区的通信管理Agent接收到指令后,其控制Agent与安全校核Agent通信,安全校核Agent通过推理计算,获取一个满足该地区安全稳定调度方案后,其通信管理Agent通过L8线路发送电力,并按该方案调整本区内。

至此,两个地区电力供应恢复正常。

可见,与传统方案相比,所建立的多Agent系统具有如下特点:

智能性:多Agent能自动感知外部的变化,并通过计算获取合理的调度方案;而传统调度自动化通过调度员来决策,难以考虑众多方面,往往会出现调度不当,扩大事故,从而造成不必要的损失。

自愈性:该系统自动感知外界变化,系统中的多Agent相互协调、协商及协作自动处理了异常情况,所以系统具有很强的自适应性和自愈能力。

快速性:在整个处理过程中,并不需要调度员的处理,全靠计算机来实现,计算机处理的速度远优于调度员,因此,系统能及时跟踪外界的变化。

4 结论