（电力系统及其自动化专业论文）直接负荷控制和分布式发电研究.pdf

a b s t r a c t p o w e rd e m 趾ds i d em 锄喀e m e n t ( p d s m ) p l a y sa i li m p o r t a n tt o l ei n 也ep r e s e n t e l e c t r i c a le n e r g ys c e m 血on o w ，a sa ne 伍c i e n t 、a yt or e d u c ea 1 1 dp o s t p o n e 恤e c o n g 咖c t i o no fe l e 出i cn e t w o r k ，t 0i m p r o v em ee m c i 髓c ya i l dr c l i a b i l i t yo ft h e n c 竹m r ko p 刊o n ，t or e d u c et h ee l e c 硒ce n e r g yc o s to ft h ec u s t o m e re t c t h e r ei so f g r e a ts i 卿f i c a l l c et od e v e l o pa d e q u a t e l ym ed s mt e c h n i q u e sf 研m er e l e a s eo fe n c r g y e m e 唱e n c y ，e n h a l l c i n gm ee 伍c i e i l c ya n dp m t e c t i i l gm ee n v i r o 蛳e n t d i r e c tl o a dc o n t r o la n dd i s 订i b m e dg e n e r a t i o na r em ei i r l p o n 髓tp r o 罂铷 n so f d s m t h i sp 印e rs h o w sh o wm ea p p l i c a t i o no f d s mc a nb eav e r ye 伍c i e n tt e c 圭1 1 1 i q u e f b r锄e 曙yc o 璐e r v a t i o n c o n s i d e r i n g _ 【h ef a c t i l a l c o n d i t i 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系列相应法规、标准和政策，推动了能源开发和能源节约两种资源的竞争，鼓励 节能研究和开发高效节能产品，强化民众的节能意识，大力培育节能市场，特别 是积极研究更适应现代社会发展要求的资源配置方法和管理方式，使现行的管理 职能符合市场经济体制要求。综合资源规划( i n t e g r l t e d r e s o u r c e p r o g r a m ，简写为 i r p ) 和需求侧管理( d e m a n ds i d em a i l a g e m e m ，简写为d s m ) 就是在这种背景下提 出的，它从根本上改变了单纯注重依靠能源供应来满足需求增长的传统思维模 式，建立了把需求侧节约的能源作为供应方一种可替代资源的新概念。 1 1 2 需求侧管理基本概念 电力需求侧管理作为需求侧管理的一个分支( 本文如不特指需求侧管理就是 指电力需求侧管理) ，在国外已开展了将近2 0 年，在国内开展也有1 0 年历史。 随着社会经济的发展，计划体制下的电力工业逐渐向市场化过渡，电力需求侧管 理也发生了相应改变，相关措施和目的也发生变化。本文将需求侧管理定义如下： 电力需求侧管理是指在电力市场中电能供应方、电能中介者、政府与用户共同协 力，采取各种措施( 包括经济激励、技术措旌、政策措施等) 以改变用户用电方式、 减少用电消耗、降低系统负荷峰谷差，从而提高各参与方的利益而进行的管理活 动。该定义突出d s m 的经济性和用户的参与性，通过各参与方的协调优化运行， 降低系统负荷峰谷差，减少环境污染【2 】。由于需求侧管理减少用电和改变用电方 式，从而提供供电资源，有人又把需求侧管理称为“负瓦管型1 1 ”。 浙江大学硕士学位论文 1 1 3 需求侧管理的特点 需求侧管理与电力部门传统用电管理相比本质上不是一回事，是管理方式的 一种演变和改革。 需求侧管理强调在提高用电效率的基础上取得直接的经济效益 电力市场条件下需求侧管理的实施，在提高电力效率的同时也追求各参与方 的经济效益。没有效益的节能节电活动将损害社会的整体利益和电力公司及用户 的群体效益，从而有损各方实旖d s m 的积极性。 需求侧管理注重用户的参与积极性 需求侧管理打破过去用户与电力公司的不平等关系，强调用户积极参与提高 电能使用效率等活动的必要性。在实施需求侧管理措施过程中，如果用户积极性 得不到提高或用户没有参与d s m 活动的动力，需求侧管理很难得以开展。 需求侧管理需要行政部门的法律规范为依托 电力市场中，为了保障d s m 措施成功实施，政府法律规范必不可少。保障 市场秩序性、监督参与方利益分配、需求侧经济激励咨询等管理活动都离不开政 府的参与。 第二节负荷管理概述 负荷管理( l o a dm a i l a g e m e m ，简写为l m ) 是配电管理系统中的一个子系统， 同时也是需求侧管理中的一项基本工作。它面向用户，借助于各种经济、技术手 段，在保证电力网络可靠性的同时，改变系统负荷曲线形状以达到不同负荷管理 目标，从而为电力系统安全、经济运行服务。一般有六种修正目标：移峰( p e a k c 1 虹) p i n g ) 、填谷( v a l l e yf i l l i i l g ) 、移峰填谷( l o a ds h i f i i n 曲、战略性增加电力( s 仃a t e l ；y l o a d1 1 1 c r e n l e n t ) 、战略性节电( s t r a t e 影c o n s e r v a t i o n ) 和柔性负荷( f l e x i b l el o a d ) 。 传统负荷管理一般采取拉闸限电和强行中断负荷等措施，虽然在一定程度上 缓解了电力负荷需求紧张的局面，但是以牺牲用户利益为代价。随着电力市场放 松管制步伐加快和需求侧管理在电力行业中的广泛深入，负荷管理内容和目标都 有了新的拓展和延伸，主要有：直接负荷控制( d i r e c tl o a dc 0 n 们l ，简写为d l c l ， 允许电力部门单方面控制终端用户负荷；间接负荷管理( i n d i r c c tl o a dc o n n d l ) ， 2 浙江大学硕士学位论文 用户根据电力公司提供的电价激励信号主动进行独立的负荷控制：就地能源储备 ( l o c a le n e r g ys t o r a g e ) ，用户在低谷时段进行能源的储备而在高峰时间消耗。 第三节分布式发电概述 集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和 分配的主要方式、正在为全世界9 0 以上的电力负荷供电。但它也存在一些弊端， 主要有：不能灵活跟踪负荷的变化。如夏季空调负荷的激增会导致电力供应 短时不足，而为这种短时的峰荷建造发输电设旌是得不偿失的，因为其利用率 极低。随着负荷峰谷差的不断增大，电网的负荷率正逐年下降，发输电设施的 利用率都有下降的趋势。大型互联电力系统中，局部事故极易扩散，导致大 面积的停电。而电力系统越庞大，事故( 如雷击) 发生的概率越高。因此可以说， 现有的电力系统是既“笨拙”而又“脆弱”的。 基于以上提到的问题，分布式发电技术被电力工业广泛的关注，也进行了很 多相关研究。目前，大电网与分布式发电相结合被世界许多能源、电力专家公认 为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是 2 1 世纪电力工业的发展方向。 分布式发电指的是通过规模不大( 几十k w 到几十m w ) 、分布在负荷附近的发 电设施经济、高效、可靠地发电。分布式发电并不是一个全新的概念，早期的小 火电、小热电也属于分布式发电，只是由于技术经济性能不好，逐渐被淘汰了。 近年来、对新型分布式发电技术的研究取得了突破性的进展，分布式发电有望在 电能生产中占有越来越大的比重，并对电力系统产生重大的影响。这些新型分布 式发电技术主要有以下几种：发电容量为几十k w 到几百k w 的微型燃气轮机、从 几k w 到m w 级的燃料电池( f u e lc e l l s ) 以及用于屋顶式太阳能发电的光伏电池发 电技术等。另外，迅速发展的储能技术也将在分布式发电中起重要的作用，例如 用户在从分布式电源取电和从电网取电之间的切换过程中，需要储能装置提供可 靠的过渡电力。目前，飞轮储能、高密度电容储能以及超导储能技术都已取得了 长足的进步。 需求侧管理包括用户自备电站，从需求侧管理的角度来看，用户自备电站和 分布式发电技术紧密相关，而且也是分布式发电技术进入电力工业最得当和迅速 浙扛大学硕士学位论文 的途径。把用户电源纳入现有电力系统的需求侧管理系统，为电力企业提供紧急 功率支持等服务，此时电力企业和分布式发电厂商之间形成买卖关系。分布式电 源供电与大电网供电互相补充、协调，是综合利用现有资源和设备、为用户提供 可靠和优质的电能的理想方式，这方面的研究还有许多课题和方面有待重视。 第四节本论文的主要内容和主要工作 本文先简单介绍了需求侧管理的起源、概念和特点以及负荷管理和分布式发 电的概念，然后系统介绍了负荷管理中的直接负荷管理和间接负荷管理的研究现 状。接着针对直接负荷控制和分布式电源准入功率进行研究和数字仿真，做了以 下几项工作： 本文在已有的线性规划求解真接负荷控制数学模型基础上，引入了模糊性和 隶属函数，提出了一种模糊线性规划模型，并利用容差法求解其数学模型，从而 得到更优的仿真结果。 结合分布式电源准入功率的研究，提出在配电网同时采用直接负荷控制和分 布式发电，对这两种需求侧管理的手段综合利用以达到削峰填谷的作用，进行仿 真得到结果。 4 浙江大学硕士学位论文 第二章预备知识 第一节需求侧管理 2 1 1 需求侧管理的内容和方法 需求侧管理的管理目标，对电力公司来说，主要集中在用户电力和电量的节 约上。电力的节约是通过负荷管理技术，改变用户的用电方式，降低电网的最大 负荷，取得节约电力，减少电力系统装机容量的效益，这方面的技术不一定带来 电量的节省，如移峰填谷技术。电量的节约是通过用户采取先进的技术和高效设 备提高终端用户效率，减少电量消耗，取得节电效率。 需求侧管理主要包括：负荷管理，新用电服务项目，战略性节能，电气化， 用户自备发电和用电市场调整等内容。目前较为成熟的电力需求侧管理技术项目 分为两大类：一为提高能效的产品和技术，如绿色照明工程、高效通用机电设备 及其节能技术( 变领调速、无功补偿、智能控制技术等) 、热电冷联产技术，以达 到提高电能用能效益、降低整体消耗水平及改善工业产品质量，减缓高蜂用电压 力的目的；二为移峰填谷技术，如电蓄能技术( 蓄冷( 热) ) 技术、大功率的蓄电 池等、地热源储能技术等等。 需求侧管理的技术手段：d s m 管理的技术手段对电力公司来说包括节约电量 手段和节约电力手段等。 节约电力技术，是指通过负荷管理改变用户的用电方式，达到节约电力的效 果。有以下几种： ( 1 ) 削峰技术，如常见的拉闸限电，可中断负荷等，即根据双方事先签定 的合同约定，电力公司在电网峰荷时段向用户发出信号并得到响应后中断部分或 全部负荷： ( 2 ) 填谷技术，增加季节性负荷，增加蓄能用电； ( 3 ) 移峰填谷，如蓄冷蓄热技术，比如空调蓄冷技术等： ( 4 ) 能源替代运行，如用煤气和太阳能与电能相互替代。 节约电量技术，通过改变用户的消费行为，采用先进的节能技术和高效设备， 浙江大学硕士学位论文 来提高终端用电效率，达到节约用电的目的。它包括以下几方面： ( 1 ) 照明方面，尽量采用节能灯替代普通白炽灯，用电子整流器代替普通电 感整流器； ( 2 ) 电动机方面，采用高导电、高磁性能电动机代替普通电动机，应用变频 调速技术； ( 3 ) 制冷空调采用溴化铿吸收式制冷建设用电等； ( 4 ) 变配电方面，采用高效变压器。 2 1 2 需求侧管理的作用和意义 电力需求侧管理是9 0 年代初期与综合资源规划方法一起介绍到我国的，是 当前国际上推行的一种先进的资源规划方法和管理技术；其实质是运用市场模 式，强调利益、满足需求原则，来引导客户改变用电方式、用电时间，合理消费， 多用低谷电、季节电，多采用高效设备；方面使自己的用电成本下降，另一方 面使电网负荷率获得提高，既改善了电网的经济性，又使国家电力资源得到优化 配置，且环境受到有效保护( 减少高蜂发电的资源配置，减少锅炉烟尘的排放量， 从中获得社会效益) 。这是一项使国家、用电客户和电力公司三者共同受益的先 进的电力资源优化配置管理技术。 需求侧管理是综合资源规划i r p 的一项主要内容，重在提高终端用电效率和 改善用电方式，提供节电资源，减少对供电的依赖。d 跚是作为一个新的概念纳 入1 r p 中的，其实质内容为：需求侧管理是作为供应侧的电力公司采取有效的激 励和诱导措施以及适宜的运作方式，与用户同心协力提高终端用电效率和改变用 电方式，为减少电量消耗和电力需求所进行的管理活动。 可以说，开展电力需求侧管理，其优越性在于：对政府，可以更为合理、有 效地利用电力资源，发挥市场经济化社会资源配置的功能，同时有效地控制环境 质量；对客户，可以降低单位节电成本，减少电费支出，以合理用电改善成本效 益；对电力公司，可以避免新增电量成本和峰荷容量成本，降低供电成本，减少 电建投资，同时通过推广节电技术、电蓄能技术，达到既为客户提供低成本的优 质电能服务，又可扩大电量销售、提高电网负荷率和发电设备利用率的效益目的。 因此，在当前电网形势下，只有进一步做好电力需求侧管理工作，才能有效加速 6 浙江大学硕士学位论文 电力资源的优化配置，实现社会、用电客户与电力公司“三赢”的目标1 3 4 1 。 2 1 3 我国开展d s m 工作的意义 回顾过去，特别是近2 0 年来，我国社会生活发生了重大的变化，2 0 0 0 年人 均生产总值超过了8 4 0 美元，步入了中等收入国家的行列。党的十六大提出了今 后我国经济和社会发展的宏伟目标，展望未来，我们国内生产总值要用2 0 年的 时间再翻两番，全面建设小康社会，人民享有更高的物质与精神文明。这一宏伟 目标能否顺利实现，相当程度上取决于能源( 电力) 在未来2 0 年所能做出的贡 献。 ( 1 ) 实施d s m 是可持续发展战略的需要 可持续发展主要有三个方面的内涵：从自然属性看，指保护和加强自然环境 系统的生存和自我更新的能力；从经济属性看，指在保护自然资源的质量的前提 下，使经济发展的净利润达到最大；从科技属性看，是指建立极少产生废物和污 染的生产和技术支撑体制，尽可能减少能源和其他自然资源的消耗。 我国是世界上煤炭消费第一大国，而且短期内要改变以煤炭为主的能源结构 比较困难。面对能源短缺和环境日益恶化的双重压力，电力工业部门只能在满足 供电服务的同时，大力提高用能用电效率，减少经济增长对能源供应的依赖程度。 也就是说，面对未来如此巨大的能源和电力需求，要以较低的能耗和电耗实现奋 斗目标，就必须赶上发达国家的能源利用效率。近一年来我国能源电力严重短缺 的局面警示我们：当电力短缺局面出现阶段性缓解的时候，决不能放弃或忽视提 高能效的努力，而提高用能用电效率需要一个长期渐进的历史过程，要长期的不 懈努力。 实施电力d s m ，努力提高能效和节约能源，是缓解中长期能源和环境压力、 增强经济竞争力的有效手段，是适应可持续发展的资源配置方式和管理方式。 ( 2 ) 实施d s m 是改善电力负荷特性、优化电网运行的有效途径 由于我国近几年经济的飞快发展和人民生活水平的提高，电力负荷特性也发 生了很大的变化。上世纪9 0 年代以来，全国各地电网负荷特性总体上都有一个 共同的特点：年最大负荷、年最大峰谷差、年平均日峰谷差、年平均日峰谷差率 逐年上升，年平均日负荷率呈现总体下滑趋势。我国上世纪9 0 年代各地电网统 浙江大学硕士学位论文 调部分负荷特性情况如表2 一l 所示： 表2 1 各地电网统调负荷特性 地区电网最大负荷增长率年最大峰谷差增长率电网负荷率增长率 东北电网( 9 5 9 9 ) 2 2 1 8 61 1 3 华东电网( 9 5 9 9 ) 8 88 53 1 华中电网( 9 5 9 9 )9 o l o 3 9 6 山东电网( 9 5 9 9 ) 8 51 2 7，一7 5 华北电网( 9 5 9 9 ) 6 41 0 73 5 我国“九五”期间主要地区电网统调最大峰谷差情况如图2 1 所示，大部分地区 的峰谷差有逐年递增的趋势，其中华东电网的最大峰谷差远远高于全国其他地 区。此外，近几年各电网尖峰负荷持续出现的时间逐年下降，尤其是夏季尖峰负 荷持续时间很短。以负荷形势严峻的华东电网为例，2 0 0 1 年用电最高负荷的9 5 ( 4 0 1 5 万k w ) 以上持续时间约为8 4 小时，仅占7 、8 月份的5 6 ，占全年的 o 9 6 。2 0 0 2 年7 、8 月份用电高峰期间，用电负荷达到最高负荷9 5 ( 4 8 5 l 万 k w ) 以上的持续时间约为1 3 小时，仅占7 、8 月份的0 8 7 ，占全年的0 1 5 。 图2 1 我国“九五”期间主要地区电网统调最大峰谷差 我国“九五”期间发电机组利用小时数如图2 2 所示。 浙江大学硕上学位论文 1 9 s ；蓼9 努；譬1 9 0 8 毒 i 静键i：豺o i 簪 孙街 图2 2 我国“九五”期间发电机组利用小时数 由于系统峰谷差的拉大，峰荷时段与低谷时段发电设备利用率的差值也拉 大，即峰荷时要运行较多的发电设备，低谷时又要停下部分发电设备，严重影响 了发电机组的运行效益。以3 0 万k w 的国产机组为例，机组的经济负荷区为8 0 1 0 0 额定负荷，在8 0 9 6 负荷下降到6 0 负荷阶段，机组煤耗上升很快，负荷过低 则需要投油助燃，从而大大增加发电成本，国产3 0 万机组启停一次的额外费用 约为5 0 万元。此外机组的频繁启停也使电网的安全稳定运行受到威胁。 有些大电网为应付过大的峰谷差，不得不投入巨资建设调峰电厂、抽水蓄能 电站，调峰成本很高。在这样的情况下，如果单纯依靠扩大投资规模增加装机容 量来满足短暂的尖峰用电，不仅要付出巨大的投资，而且会造成发电设备利用小 时数进一步下滑，很不经济。 采用d s m 措施可以达到移峰填谷的效果，一方面减少高峰负荷，同时增加 低谷用电，不仅提高了发电设备的利用小时数，而且减少了停机次数，直接降低 了发电企业的发电成本；另一方面增加了电力系统运行的稳定性和可靠性，优化 了电网的运行。 ( 3 ) 实施d s m 可以提高企业的竞争力 大力实施d s m ，提高工业产品的能效，是转变经济增长方式、增强企业竞争 力的重要措施。资料显示，我国工业产品能源、原材料的消耗占企业生产成本的 7 5 左右，若降低一个百分点就能取得1 0 0 多亿元的效益。目前我国能源利用效 率为3 2 左右，仅仅相当于发达国家8 0 年代的效率水平，主要工业产品单耗比 9 一 船 渤 蚴 t * ， ； 浙江大学硕士学位论文 发达国家高出3 0 一9 0 ，主要耗能设备效率低l o 2 0 。由于低能效造成的巨大 电费支出造成许多高能耗行业成本上升、经济效益差，在国际市场上与同类产品 对比缺乏竞争力。 ( 4 ) 实施d s m 是电力市场发展的客观需要 随着电力市场从计划供电的卖方市场向市场销售的买方市场转变，消费者越 来越成熟，消费行为越来越理性。客户会按照经济准则选择电器设备及用电方式。 客户对电力公司的要求也越来越高、不再是单纯的要求电力公司供电、也要求电 力公司提供各类配套服务。 近年来，国外一些电力公司的客户已经开始主动要求电力公司提供需求侧管 理服务，在我国，也有一些客户向当地电力公司提出诸如分时电价、负荷管理等 方面的服务要求。 随着电力市场化转变，会有越来越多的客户提出这方面的要求，客观上也要 求电力公司展开需求侧管理研究。 第二节负荷管理 2 2 1 负荷管理的内容和目标 负荷管理是需求侧管理一个重要的手段，主要是指电力公司通过需求侧管理 技术来改变用户的用电行为从而改变负荷曲线的形状。图2 3 中分别为六种需求 侧管理下的负荷改变目标：削峰，填谷，负荷转移，策略性节电，策略性发电； 柔性负荷。 随着电力市场研究的不断深入，l m ( l o a dm a n a g e m e n t 电力负荷管理系统) 在d s m 得到了广泛的推广和应用。在需求侧管理中，采用电力负荷管理系统对建 立正常的供电秩序，防止无计划拉闸限电，保证重点企业和重要市政及人民生活 用电，维护社会安定，促进经济发展，具有十分重要的作用“3 。 d s m 的l m 主要目标就是为了改善负荷曲线的形状，使之趋于平坦，更重要 的是提供其它措施改变电力需求的绝对水平。其手段有：削峰、填谷、错峰以及 战略节电、战略用电和提高用户控制能力，前三者为传统的l m 的目标，后三者 为其增加目标。所以d s m 的l m 与传统的l m 有所不同，它不由电力公司( 供方) 1 0 浙江大学硕士学位论文 单方面管理用户负荷，而是调动用户( 需方) 的积极性，双方密切配合，共同实 现管理负荷的目标： 摹糍 嘲蜊嗡 策麝撩节毫 国棚啦妇塔聃搿_ 匦妨 繁略毪负撩蟪长 ( 融呶蕊b 醚g 蝌融) 黎蝴德 ( 融x 谗i cl 翻魁帮魂) 图2 3 负荷管理的目标 ( 1 ) 削峰可减少在峰荷时调用机组，减少备用容量，降低运行费用。 ( 2 ) 填谷是提高低谷负荷，用峰谷电价刺激低谷时的用电需要，充分利用空 闲机组、降低峰谷差，增加电力销售的收入。 ( 3 ) 负荷转移将高峰负荷推移到非高峰阶段。实施手段：分时电价，对储热、 储冷设备提供优惠电价，鼓励电力设备交换运行。 ( 4 ) 节能。鼓励用户采用新技术，以减少对电力电量的总需求，提高用电效 率；为用户提供灵活的供电方式选择。 ( 5 ) 战略负荷增长。供电方利用空闲容量，鼓励用户实施新的电气技术，如 用电瓶代替汽车的燃油。 负荷管理的手段主要有行政和商业手段：在行政手段方面：有宣传推广，技 浙江大学硕士学位论文 术交流，法规制度。在商业手段方面：主要是电价结构、折价、奖励、补贴，遵 循电力经济运行规律，严防“空运”。 另外，在电价结构中，分时电价、季节性电价等，均用于实现需求的目标。 负荷管理主要可以分为两部分：1 直接负荷控制( d i r e c tl o a dc o m r o l ，简写 为d l c ) ，允许电力部门单方面控制终端用户负荷；2 间接负荷管理( i n d i r e c tl o a d c o n t r 0 1 ) ，用户根据电力公司提供的电价激励信号主动进行独立自主的负荷控制。 2 2 2 直接负荷控制( d l c ) 研究现状 直接负荷控制是指电力部门在系统高峰负荷时段利用电力监控和电力信号 切断所需控制负荷( w a n t e dc o n t r o ll o a d ，简写为w c l ) ( 主要指空调和电热水 器负荷) 与系统的联系，由于在不同时段对不同负荷进行控制，即控制方式是循 环的( c y c l e d ) 和分布式的，从而可以降低系统高峰负荷，提高负荷率，而且可以 尽可能降低对用户和电力公司的影响。国外对d l c 的控制策略求解算法进行了大 量研究： 6 将已有的评价各种负荷控制可带来的收益的方法归结为两种：负荷修 正：确定性的仿真。作者指出确定性的仿真要更贴近实际，但同时也由于没有 考虑随机因素而不能充分地估计出潜在的可变成本节约。作者最后在确定性的仿 真的基础上，引入一个考虑了随机负荷模型，系统故障率和备用经济性的算法， 通过一个实例，做出结论认为使用d l c 来减少系统旋转备用可以节省大量的可变 成本。 7 描述了威斯康辛电力公司载波负荷管理系统。通过对热水器的负荷控制， 将电能消费从高峰段转向低谷段，消除机组的开机费用或者在一天中早一些时候 开启机组从而减少系统的运行费用。作者还另外描述热水器负荷从中断到进入补 偿后随时间呈指数递减的负荷特性。 8 是一篇经典文章，被许多论文列为参考文献。作者认为电力公司进行负 荷控制的目的与运行成本，系统安全和负荷研究有关，两个主要的目标是最小化 系统峰荷和运行成本。通过总结以往的负荷管理的算法，作者作出结论认为大部 分的这些算法存在下面局限性。一是需要所有的备选方案是预先确定的。二是没 有解决在负荷控制的中间时段重新调度的问题。最后，本文改进了其列举的参考 浙江大学硕士学位论文 文献 9 的算法，详细的描述了问题的模型，通过一次优化一组d l c 可控负荷的 方法，利用前向动态规划求解问题。文章最后还通过实例表明了允许循环率 ( c y c l er a t e ) 变动的优点。循环率是指：例如2 5 的循环率是指在一组负荷被控 制时，该组中的每个小负荷将被控制1 4 个时段，并且彼此是错开的。 1 0 f 1 0 r i d ap o w e r l i g h t ( f p l ) 的负荷管理包括两个部分：对居民装置 的d l c 和对包括工业，商业和居民用户的t 0 u 。本文讨论了其中d l c 功能的设 计。特别的，介绍了f p l 在设计中提供的计划和使用的灵活性以得到有价值的 系统资源。 1 1 首先将d l c 调度模型与机组启停模型相结合，在前面所述的d l c 调度模 型做了一定的简化：1 就是假设每组可控制的负荷容量相等；2 就是采用1 0 0 的补偿率，1 个单位的能量中断将分别在随后的3 个时段分别补偿o 6 ，0 3 ，0 1 。 然后将每个时段的机组调度和d l c 负荷控制组数作为状态变量，利用动态规划求 解，最小化运行成本，最后以台湾电力系统的某一天的负荷曲线为例证明了其有 效性。在本文中，作者是通过仿真求解得到最大的负荷控制容量的，现在看来是 不符合事实的，它应该由电力公司与用户签订的协议来决定。后面的文章随即改 正了这一点。本文数学模型很清晰，算法也明了。 1 2 作者首先分析了已有的文献，指出生产成本的节省和峰荷的减少是负荷 管理的最重要的目的。然后，它分析了文献 1 1 一文，指出在传统的动态规划方 法中，大数目的状态点将导致多到不合理程度的计算时间和存储管理，这将导致 只能研究很短的一段时间。因此，在 1 1 的基础上，提出了一个多步的动态规划 算法，该算法能迅速的收敛到d l c 的最优调度。该算法的思想是由粗到精，逐步 细化。他先把所有的可控负荷均分为1 6 组，每一次的求解时每个时段只有o ， 中间，最高三种控制负荷状态。在第一次的求解时，可控负荷只在0 ，8 ，1 6 组 中选择，当第一次的求解完成后，假设某个时段得到的结果是控制8 组，则第二 次的求解开始前，该时段的可控负荷选择范围为( 8 4 ，8 + 4 ) 组，然后进行第 二次的动态规划求解。这样通过四轮的迭代，以及最后的可能的一定调整后，将 得到最优的d l c 调度。除此之外，与 1 1 比较起来，都是以最小化成本为目标函 数，但也有自己的特点和改进：l 、由于不用考虑数目庞大的状态数，所以考虑 了很长一段时间的d l c 调度问题，在最后的例证中就是考虑了1 9 2 个小时的调度 浙江大学硕士学位论文 问题，2 、没有考虑开停机问题，而是简化成将开停机成本折算到可变成本中的 模型3 、比 1 1 要实际，认为最大的可控制的负荷由用户与电力公司的协议决定。 最后，作者以台湾电力系统的例子进行了实例分析。本文数学模型和算法都很清 晰的。 1 3 本文含金量很高，堪称用鸡刀杀死了牛。作者提出观点，将d s m 分为两 类，前面引言已经陈述。与 8 _ 一样，也是采用的每次优化一组d l c 可控负荷， 保持其它组负荷控制不变的前提下，本文采用的方法是两步走：在第一步，( 为 了简化没有考虑开停机问题而只是经济分配问题，后面将把开停机问题拉进来) ， 在所有可能的控制方案中，挑选出有“利润”的控制方案；第二步，在所有的方 案集合中，建立一个二迸制网络流问题( b i n a r yn e t w o r kf l o wp r o b l e m ) 的模型， 挑选出最好的方案组合。完成一组以后再进行第二组，直到最后一组。提出其基 本思路以后，作者进行了两个深化：1 就是考虑了机组启停问题。他采用了机组 启停和d l c 调度互相迭代，最后收敛于一点的算法2 考虑长期成本的投资节省。 考虑了一个系数c ( t ) ，用c ( t ) 于该时间系统负荷的变化来表示投资的节省。本 文还有另外两处新意：1 就是告诉了我们d l c 的可控负荷是要p a y b a c k 的，而不 是可中断的负荷，告诉了我们d l c 与可中断负荷的区别2 就是在计算成本节约 时，提出要把由于补偿因子导致的消费能量减少而导致的生产成本减少排除在 外。本文的数学方法很简单，有趣。数学模型清晰。 9 卜一文以最小化系统峰荷为目标函数，巧妙的用线性规划求解了问题。首 先，它将直接控制负荷分为工商业和居民负荷两类，对于工商业负荷是实行可中 断负荷管理，即中断负荷后不用补偿，补偿系数为零，不在本文之列。将居民负 荷分为p o o lp u m p ( p p ) ，a i rc o n d i t i o n i n gs h e d ( a c s ) ，a i rc o n d i t i o n i n g c y c l e ( a c c ) ，w a t e rh e a t e r ( w h ) 四类。在考虑时间段允许三种控制方式：例如以 州为例，其最大的可连续中断的时间为4 小时，最少的两次控制间隙为l 小时， 这样，以1 5 分钟为一个周期的话，允许三种控制方式：1 在考虑时段内只允许 一次中断，且连续中断1 6 个周期2 在考虑时段内只允许一次中断，且连续中断 8 个周期3 在考虑时段内允许两次中断，且每次中断8 个周期，中间间隔4 个 周期。线性规划就是以每个时段发生的每类居民负荷的控制数目为变量求解。另 外，现有的研究还采用了模糊线性规划、多目标规划和遗传算法等来求解最优的 1 4 浙江大学硕士学位论文 d l c 策略，详见 1 4 ， 1 5 ， 1 6 ， 1 7 ， 1 8 。 2 2 3 间接负荷控制( i d l c ) 研究现状 l d l c 是指非直接负荷控制，是指用户在电价信号( 如分时电价，实时电价等 等、的驱使下自主控制它们的负荷而不是由电力部门直接控制负荷。 1 9 作者指出，在任何短期边际电价的情况下，优化用户反应的技术对于最 大化用户和电力公司的综合利益是必要的。作者首先阐明了边际电价的经济模 型，然后将负荷模型分成了下面的几类：l 存储类型的；2 过程类型的；3 简单 可转移的负荷；4 排他性的负荷；5 家庭和其他类型的负荷。并且分别进行了模 型上的分析。最后，作者分别给出了l ，2 ，3 种类型负荷各自一个简单的例子来 说明其对现货电价最优的反应。该文数学模型很清晰。 2 0 作者根据用户对现货电价的反应分为三类：1 减少负荷；2 其他能源取 代电力；3 存储类型。然后作者提出了存储类型负荷的数学模型，并提出一种 迅速的，最优的，非单纯形的( 该模型可用单纯形法求解) 方法求解，并用实例 证明。作者的方法将实际问题作了两点简化：l 没有考虑存储设备热损失；2 没 有考虑存储设备开、停的费用。 2 1 该文是一篇叙述性的文章，讲述了动态电价对达到电力公司需求侧管理 目标的必要和潜在的重要作用。首先，作者介绍了动态电价，包括如可中断电价， 分时电价，工业动机商业发展电价。随后，作者指出动态电价的合理性在于实 际情况总是与价格被预计算出来时的情况有很大的改变，从而使预先决定的以及 静态电价可能会发送不正确的价格信号。作者又说明了现货电价的各部分组成， 而且向读者介绍了成本持续曲线及其作用。然后，作者讲述了各国的动态电价实 行情况及其对需求侧管理的目标实现的作用。最后，作者做出结论认为动态电价 为设计更有效的负荷管理策略提供了基础，该策略是对容量缺少和供给暂时超出 做出反应的。作者提出并不一定动态电价就比静态电价要好。问题是决定在每种 情况下，决定最少的实时参数以获得经济效益。 2 2 实时电价( r e a lt i m ep r i c i n gr t p ) 为电力部门和电力用户提供了提高 电力服务计划的途径。本文报道了一个r t p 用于储热设备的一个第一阶段实验， 该实验是1 9 8 9 一1 9 9 0 年的冬天在e p r i 和n e w y o r k 电力公司的支持下进行的。三 浙江大学硕士学位论丈 个具有e l e c t r i ct h e r m a ls t o r a g e s ( e t s ) 系统的用户将他们的h e a t i n gl o a d 置于实验中的r t p 电价中。一个完全的自动的r t p 电价基础的控制系统被设计 用来取代已有的分时电价t o u 控制系统。本文描述了r t p 电价，用户反映算法， 能量管理系统的设计，发展和执行。提供这项服务的电力部门减低了成本达1 0 以上，相对于没有存储设备的t o u 控制下的情况。 2 3 本文验证了选出的五种工业用户对t i m e o f u s e ( 分时电价) 的反映。 一种自然对数模型电力成本用来估计价格弹性。模型显示价格弹性是电力成本分 摊( e l e c t r i c i t yc o s ts h a r e ，指各个时段成本所占总成本的比例) 的函数。对选 出的工业的分析表明t o u 下的电力消费对价格改变具有高度的反映能力。不同时 段的电力使用是相互替代的。通过对t 叫情况下的负荷形状与假设的在 e u r ( e q u i v a l e n tu n i f o r mr a t e ) 下的负荷形状相比较，表明t o u 用户大大的减少 了峰荷的电能使用，增加了非峰荷的使用。在t o u 和e u r 情形下的社会财富分析 表明通过t o u 可以达到巨大的社会收益。一般的，社会财富的大小依靠于用户对 t o u 的反映。在峰荷时段巨大的电力消费减少，可以大大的增加社会财富。 2 4 这篇文章研究了同时安排发电机生产和需求侧负荷减少的重要性，这对 完全电力市场是必要的，其中，需求侧有机会同发电机竞争，正如英格兰和威尔 士联营电力市场中的需求侧竞价一样( d e i i l a n d s i d eb i d d i n gd s b ) 。这篇文章也 强调了需求减少不能简单的视为仅仅是减少负荷，因为它具有随电价变动而重新 分布的能力。也就是说，对可利用资源( 从发电侧和需求侧来看) 的充分安排是必 要的，以利于电力市场。但是，当需求可以减少时，传统的发电机经济分配方法 是无用的，因为它是以负荷已知为前提。因此，本文提出模型以对发电机出力分 配和需求侧减少同时优化。这个模型可以对电力市场中需求侧竞价，d s b 对生产 费用，系统边际价格，容量费用( c a p a c i t ye l e m e n tp a y m e n t ) ，发电商和用户利 益分配的影响这些可能的情形作一个综合的评价。本文数学模型明了，提出了一 个系数矩阵来模拟负荷的减少，很有新意。 2 5 d s m 用于工业部门看来是经济可行的，因为其很大的可控制的负荷以 及相对小的每个控制点的控制成本。革新的电价形式提供了一种许多d s m 措施中 的一种。因为实时电价r e a l t i m ep r i c i n g ( r t p ) 被认为是一种优秀的管理选 择，它反映了实时的发电边际成本，本文表达了r t p 用于d s m 的成本节省潜力。 浙江大学硕士学位论文 其后提出了一种独特的方法来描述潜在的电力成本节省，这节省是如下一些变量 的函数：1 、装备的电能消费容量( i n s t a l l e d p o w e rc o n s u m p t i o nc a p a c “y ) ；2 、 空闲的能量消费容量( s p a r ee n e r g yc o n s u m p t i o nc a p a c i t y ) ；3 、描述r t p 的一 些参数。本文数学模型很清晰，在一系列的假设的前提下，首先在一篇描述负荷 持续曲线的论文的基础上，提出了边际电价持续曲线的模型，并得到最优化用户 反应的一个结论：在实时边际电价高于某个阀值时，电能消费为最小；在实时边 际电价低于某个阀值时，电能消费为最大。作者将最优反映与电能消费保持为平 均水平时进行比较而得到节省的费用，并分析了各参数的灵敏度。 2 6 需求侧竞价为在生产计划中满足峰荷提供了一个十分灵活的方法。本文 证明了：在一个竞争的电力库中，d s b 和别的机动的发电机的调度能造成高的、 不合理的价格增长( 因为统一出清价格的原因) ，如果生产计划是基于整个的生产 成本最小化。本文做出结论：在一个竞争性的电力库中，高度灵活性的发电机和 负荷减少将带来不合理的电价增长，在调度采用最小化生产成本的前提下。这样 的电力库面对拥有许多发电资源或者控制需求侧报价的发电商进行价格操作将 是薄弱的。d s b 的实际价值因此应该重新得到检验。 2 7 】本文是难得的引起我饶有兴趣的读下去的论文，用语简单，举例明了， 一口气读完的，大大的清楚了我对需求侧与电力市场的一些知识。本文讨论了从 需求侧看待电力市场的一些方面。本文提出增加短期的电力能量价格弹性将改善 电力市场的运行。但同时，也指出提高其弹性不是容易的。本文接着讨论了用户 和零售商需要借助以更活跃和有效的参加电力市场的工具。本文也描述了电力用 户如何有助于电力系统稳定。最后作者作出结论：提高需求侧对电价信号的反映 能力，不但有利于选择积极参与电力市场的用户，而且有利于使电力市场运行更 有效率和满意。不幸的是装各必须的装备和调整生产计划来利用低的电价带来的 好处经常不是经济上有效率的。然而，用户仍然可以通过参与与零售商签订合同 而获得收益。一些情形下，大的顾客也许可以参加电力市场，为电力系统的安全 提供资源。 浙江大学硕士学位论文 第三节分布式发电 2 3 1 分布式发电对电力系统的影响 分布式发电虽然发生在配电网，但它对整个电力系统的影响都将是巨大而深 远的： a 对发电、输电系统的影响：在于对新建集中式发电厂对远距离输电线的 需求将减少。首先，新增负荷相当大的部分将由分布式发电来满足；其次，由于 分布式发电的削峰填谷、平衡负荷的作用，现有发输电设施的利用率将大大提高。 那些利用率极低、仅为满足高峰负荷需要的发输电设施将不再有建设的必要。 b 对配电系统的影响：配电系统将发生根本性的变化：从一个辐射式的网 络变为一个遍布电源和用户互联的网络。有点类似i n t e r n e t 。配电系统的控制 和管理将变得更加复杂。首先，分布式发电的引入会使传统的配电网络规划、运 行( 如无功补偿、电压控制等) 彻底改变。其次，现在在兴起的配电网自动化和 需求侧管理( d s m ) 的内容也需要加以考虑。再次，分布式电源之间的控制和调度 必须加以协调，与分布式发电有关的法律、法规和行业规范也需要妥善制定。可 以这样说，对这种新型配电系统的研究将成为今后电力科学研究的重点之一。 c 对整个电力行业的影响。分布式发电的普及将对电力市场的走向和最后 格局产生深远的影响。首先，电力公司和用户之间将形成新型的关系：用户可以 从电力公司买电，也可以用自己拥有的分布式电源向电力公司卖电或为电力公司 有偿提供削峰、紧急功率支持等服务