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5 环境协同调度的研究思路
本文在深入分析大气环境与电力系统相互作用基础上,探讨环境协同调度的潜在研究方向,具体如图1所示。
图1 环境协同的电力系统调度研究思路
6 环境协同调度的研究挑战与展望
6.1 气象条件对电力系统运行方式的影响机理
需要总结提炼影响电力系统运行方式的环境因素与运行状态;描述电源运行状态受环境影响模型;分析环境因素对发、输、配、用各环节运行方式的影响;研究各种典型综合气象条件下电力系统运行方式呈现的环境敏感程度,分析其与常态运行方式之间的差异;从而实现环境因素、气象条件与电力系统运行方式的耦合建模分析。
6.2 电力系统多维度污染物排放特性
需对各种清洁发电技术的减排特性和运行机理进行基础性研究,对其在不同运行状态下的技术特性进行抽象提炼与数学描述,并分析发电机组运行状态对清洁发电设备运行状态的影响;考虑各种清洁发电技术的综合应用,描述发电机组在氮氧化物、二氧化硫、细颗粒物、二氧化碳等多维度污染物的排放特征,并分析多维度污染物排放间相互制约、相互协调的关系。
6.3 污染物对空气质量变化的作用规律
需要研究各种污染物在不同气象条件下的扩散机理,基于大气动力学等理论构建污染物扩散模型;研究不同城市地貌、人口对排放水平的承载能力,研究适应当地经济水平、环境特点与排放结构的最佳污染标准,提炼与环境气象因素协同的电力系统运行环境约束;分析发电的不同污染物排放水平与区域分布特征对于重污染气象条件形成的贡献,以及对于空气质量指数变化的作用规律。
6.4 环境协同的多能源系统调度决策方法
需要对采用不同类型清洁发电技术的“环境敏感型”发电机组的运行模型、技术约束与排放特征函数进行抽象归纳与数学建模,将其与各种环境因素关联起来,成为电力系统调度模型的新的基本组成单元;其次,将电力系统的运行方式与不同气象条件下环境的承载能力关联起来,提炼出不同气象条件下环境的扩散能力,并将其转化为可允许排放的污染物限额,对电力系统的调度运行形成环境约束,并考虑不同污染物排放情况对于空气质量的逆向影响,从而形成一个闭环协同的环境气象-电力调度复杂系统;再次,考虑不同城市、地区环境气象条件的差异与变化情况,将热电联产机组的热力供应与电能供应同时纳为决策变量,考虑电厂、热网与居民建筑的储热能力与热量辐射惯性,协调远方电源基地、城市中心热电机组群的发电计划与输电系统的联络线送电计划。从而构建了以电网为载体,在大电网控制区内大气污染防治、环境因素耦合、电热供应协调、多发电方式协同的复杂巨型能源系统,针对该复杂系统的基础建模、调度技术与决策方法开展全面的研究工作。
6.5 环境条件对于电力系统安全稳定的影响及应对的协同调度策略
需要研究大气污染防控带来的电力系统安全稳定问题,例如由于本地发电量急剧减少所引起的电源支撑与电压稳定问题、由于关键断面远距离大功率送电所引起的小干扰与暂态稳定问题、由于运行方式频繁切换所引起的系统爬坡不足问题、由于关键线路潮流阻塞所引起的局部调频与备用不足问题、由于极端发电方式所造成的调峰能力不足与弃风(弃光)问题等。对上述问题进行建模描述,研究考虑上述稳定问题的环境协同供调度策略。
7 结语
本文分析了开展环境协同的电力系统调度运行的时代背景及其内涵,围绕污染物排放特性、考虑排放的系统运行、环境敏感型电源三个方面总结了国内外环境协同调度研究进展,阐述了中国开展环境协同调度实践,构建了环境协同调度研究思路,挖掘了环境协同调度的研究方向,指出了实施环境协同调度所面临的重大挑战与亟待解决的研究问题。
需要指出,环境协同的电力系统调度运行,其本身是一个十分复杂的问题,涉及到环境、电工、化工、热能、经济等多个学科交叉。希望本文能够为中国未来环境协同的电力系统调度运行研究提供参考。
作者及团队介绍
耿照为,博士,清华大学电机系工程师。主要研究方向:环境协同的电力系统调度。
陈启鑫,清华大学电机系副教授。主要研究方向:电力系统优化运行,电力市场,电力系统规划等。
夏清,清华大学电机系教授。主要研究方向:电力系统规划,电力市场,电力经济与信息等。
康重庆,清华大学电机系教授。主要研究方向:电力系统负荷预测,电力经济与信息等。
清华大学电机系夏清教授、康重庆教授团队目前主要从事电力系统规划、调度运行、智能电网、电力市场、负荷预测、新能源、低碳电力和综合能源系统等领域的研究工作。近5年团队发表或录用SCI论文80余篇,其中50余篇发表在IEEE Transactions上,近5年EI论文140余篇。深度参与了我国新一轮电力体制改革的各项工作,负责全国多个省区电力市场的机制设计与交易平台开发,所研发的负荷预测软件在我国200余家地市电网得到推广应用,发电计划与检修计划软件在全国10余个省级调度中心应用,电力系统运行模拟软件在全国10余个省级经研院或规划中心应用。
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