研究静态电压稳定的低碳电力调度运行

研究静态电压稳定的低碳电力调度运行

翁应能

翁应能

（广东立胜综合能源服务有限公司）

摘要：由于世界科技、经济的高速进步和发展，社会各行业对电力的需求日益增多。然而，在现如今形势下，许多电力企业过多的电力运行活动给人们的生活环境带来的负面影响，违背了人与自然和谐发展的理念。针对这种情况，将电力调度与低碳技术相结合是非常有必要的。本文重点研究静态电压稳定的低碳电力调度运行。

关键词：低碳电力；电力调度；静态电压

引言

发电过程中的节能减耗对于资源节约、环境友好型社会建设非常关键，同时对于降低温室效应，减轻气体排放具有实质意义。然而，由于我国目前技术和有限的资源带来的限制，使得我国绝大部分的用电来源依然由燃煤机组供应。尽管我国始终在对电力产业的供电结构进行不断的优化改进，大力倡导电力供应多样化，但这种基于火电的电力生产结构并没有得到很大的改观。单纯从长远发展的角度来讲，未来几十年内的主要发电能源仍然是化石燃料。但是对于使用化石燃料的发电厂来说，要想实现低碳化发展，那么二氧化碳收集和封存（即CCS技术）技术便是实现这一目标的核心技术。尤其是在国家设立碳税、碳配额、碳交易等监管手段和经济机制之后，引进碳捕集设备必然会成为发电厂实现低碳发展的必然途径。

1CCS技术综述

CCS技术是指当发电厂排放烟雾时，将其中的二氧化碳气体分离出来，并输送到特定位置进行封存，选择封存的地点必须保障其可靠性，并且要能和大气相隔离，从而降低排放气体对空气的污染。这种技术在国外的电力行业已经得到了更普遍的采用，并取得了许多意义非凡的成果。

CCS技术对于降低现在火电厂的温室气体排放量具有显著的效果，是主要方法之一，但因为安装相关的设备所消耗的资金成本较高，同时还可能造成一些不可控制的损耗，因此现如今这种技术在我国电力行业还没有被普遍接受。随着我国电力企业对电力观念的变化，不只要尽可能地满足用户的电力需求，而且要保证对排入环境的二氧化碳量不能超标，并平衡电能，同时要确保电力使用的安全性和可靠性，但是在用电旺季的夏、冬两季，电力系统的负荷将会急剧增加，峰值电力用户的日常电力负荷和电力供应差异较大，极易造成发电厂出现电压不稳定等问题，严重不利于用户的日常用电和电网的正常运行。所以，在发电机安装设备的过程中，电力企业一定要合理规划设备的安装工作，保证其合理性和可靠性，提高电力系统的运行能力，保障高峰负荷期内的正常运行。这样可以在一定程度上能够减少投入成本和发电设备的应用以及二氧化碳排放，值得在电力行业中进一步深入研究。

2研究静态电压稳定的低碳调度

以往的电力调度模型通常以系统中各种电源的输出曲线作为调度的依据，在符合电源技术特性，网络传输条件、系统负载等条件下，还需要保证最小的总发电成本。考虑到低碳调度的静态电压稳定性，需要进一步研究电力生产中二氧化碳排放的特性和减排能力，综合兼顾电力的外部成本，执行“公平性”、“经济性”，“环保性”节能性“的电力调度原则，在保障系统稳定运行和静态电压稳定约束的情况下，实现电力调度整体成本的最低值。为完整说明该问题，本文仅讨论单时段电力调度模型。

2.1目标的优化

在“碳成本”逐渐市场化的今天，电力调度的总成本（下文简称为购电成本）大致可以分为四个部分：发电成本、未安装碳捕集设备的碳排放成本、安装碳捕集设备后的碳回收利润以及发电公司的利益。此处的单位结算时间设定为一小时，并且大致认为二氧化碳的排放和捕集在同时完成。如果不考虑企业利润的情况下，针对最低电力购买成本为目标的低碳调度模型可以表示为：

由此公式可以掌握CCS技术是否能够为发电企业带来利润收益，利润不仅和碳的市场价格相关，还和每个发电机组的单位发电成本以及碳排放量、碳捕集量密切相关。

2.2系统运行的约束

倘若一开始时发电机的初始运行功率为Pgn则如下的几个运行电位电力负荷高峰期，设电力负荷的增长形式为b，λ为电负荷增长因子，且均已知。在购电时，需要满足如下的约束：

（1）潮流方程约束：。其中下标因子p和0表示初始运行点和电力负荷高峰期点。L0代表了发电机组运行时节点的初始功率，G表示机组输出功率时节点的扩散映射，除了机组输出功率外，其他的常量都为零。

（2）发电机组输出约束：。

（3）碳捕集装置的运行功率区间：。

（4）电压极限值约束：。

2.3静态电压稳定约束

为了促进电力系统能够安全高效地通过电力负载峰值负载点，务必要确保电网的静态电压稳定供给，裕度超过额定值。同时在分析静态电压的稳定性过程中，一般常见的负载余量指数通常用于测量电网的静态电压稳定性水平。电力系统要符合的稳定性约束主要有：

（1）电压临界稳定点处的潮流方程：

（2）负荷极限约束：。

（3）发电机组输出功率约束：。

因为现实中，电力系统运行时不会到达负载的临界点。为了确保系统以更好的状态通过电力负荷极限点。文中所叙述的模型不考虑临界点处有功功率输出的约束。

2.4求解模型

根据内点法用于求解上述的模型。为了能够准确地反映购电方式对碳排放成本的影响，以及对静态电压稳定裕度的影响，在求解模型的过程中可以不考虑分支路束和无功电源的优化控制。当发电机组的两段电压不能够对变量做出最优控制时，应该利用这种电压和无功功率输出之间的互补约束关系。如下式表示为：

（下转第139页）

3算例分析

（1）IEEE30节点系统

在计算电力负载的裕度过程时，假设电力负荷以b方式快速增加，并依照初始值的大小成比例地升高，则在当前负荷条件下的峰值负荷点处的负荷将根据模式b增加20％功率实现负荷增长，即λp=0.1。如果每吨的碳为每吨76元，则每个单位机组的最大碳捕获率为Krmax=0.76。各单位节点的碳捕获量Kb和单位能耗以及单位时间内的碳排放强度Ke以及发电成本C和临界碳价格C等参数如下表所示。

表1机组运行参数比较

（2）具体系统

举例的具体系统采用某省级特定区域的大型电网，包括3331个节点和2012个分支线路构成。其中，属于网格生成的节点有80个。碳价格为每吨100元，负荷边际阈值为0.1。通过传统的成本模型优化发电机的输出而不考虑碳排放。每小时碳排放量为600t，发电成本为120000元，购电成本为220，000元。采用本文给出的优化模型后，每小时碳排放量为450吨，发电成本为110，000元，购电成本为200，000元。所以可见，采用静电压稳定模型可以大大地降低碳排放率，且增加经济效益。

4结语

综上所述，本文研究了静态电压稳定的低碳电力调度运行模型。通过分析碳价，可以看出其对提高经济效益，降低碳排放有显著效果。该模型应用于多个系统，结果表明，如果认为静态电压稳定约束的低碳电力调度尽管可以最小化电力购买成本，但降低系统稳定裕度，增大了电网的负荷，不利于电力系统的稳定运行。

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