电力市场节能减排方式研究.pdf

Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023文章编号：10 0 7-7 57 X（2 0 2 3)0 9-0 0 9 9-0 4摘要：针对电力市场能源浪费严重、设备电能利用效率低下的问题，根据市场设备运行状态和能耗关系设计节能减排系统。利用通用接口总线（GPIB技术对市场设备电能损耗进行检测，分析能耗过大的原因。运用精细化管理方式回收电力市场浪费的电能，实现电力资源的二次利用。通过启发式算法分析电力设备能耗规律，计算不同设备的电能利用效率，设立节能标准。通过Proteus软件仿真会议视频演示过程，试验表明对电力市场节能减排研究具有明显效果，最大装机容量为2 6.7 MW的电场，节能容量最大为32 3.12 kW，节能效率最高为9 8.4%，证实了设计的可行性。通过仿真比较3种不同系统节能容量和系统电能利用效率曲线，由此验证了研究的优越性。关键词：节能减排；电力市场绿色经济；GPIB检测技术；精细化管理方式；启发式算法中图分类号：F407.61Research on Energy Saving and Emission Reduction MethodGENG Lin,MENG Fanlin,ZHANG Ben,ZHANG Mengfan,SHI Puxin(North China Branch of State Grid Corporation of China,Beijing 10o053,China)Abstract:In view of the serious waste of energy in the power market and the low efficiency of equipment power utilization,anenergy saving and emission reduction system is designed according to the operating status of market equipment and the relation-ship between energy consumption.It uses general-purpose interface bus(GPIB)technology to detect the power consumption ofmarket equipment,and analyze the reasons for excessive energy consumption,uses refined management methods to recover thewasted electric energy in the electric power market and realize the secondary utilization of electric power resources.It analyzesthe law of energy consumption of power equipment through heuristic algorithms,calculates the power utilization efficiency ofdifferent equipment,and sets energy saving standards.Through the Proteus software simulation of conference video demon-stration process,the experiment shows that the power market energy saving and emission reduction research has obviouseffects.The maximum installed capacity of the electric field is 26.7 MW,the maximum energy saving capacity is 323.12 kW,and the maximum energy saving efficiency is 98.4%,which confirms the feasibility of the design.Through simulation and com-parison of three different systems,the superiority of the research is verified.Key words:energy saving and emission reduction;green economy in power market;GPIB detection technology;refined man-agement method;heuristic algorithm0引言随着能源污染的日趋严重，国家推出绿色经济发展，而节能减排是最为有效的能源控制方式。目前电力资源浪费较为严重，为保证电力市场绿色经济的推进，通过研究电力市场生产效率和能源利用效率1，设计一种现代化电力节能模式，进而提出本课题的研究。国外电力研究机构通过分析电耗过程，对电力设备的节能系统进行研究。文献1提出了间歇性能源接人方式，采作者简介：耿琳（198 6 一），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统运行与控制、电力现货市场；孟繁林（1991一），男，硕士，工程师，研究方向为源网荷储互动技术、电力现货市场、辅助服务市场；张宽（198 3一），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统运行与控制、电力现货市场；张梦凡（1993一），女，硕士，工程师，研究方向为源网荷储互动技术、电力现货市场、辅助服务市场；史普鑫（1990 一），男，硕士，工程师，研究方向为源网荷储互动技术、电力现货市场、辅助服务市场。研究与设计电力市场节能减排方式研究耿琳，孟繁林，张贵，张梦凡，史普鑫（国家电网华北电力调控分中心，北京10 0 0 53）文献标志码：Ain the Electricity Market99微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期用CSC方法完成电力市场的能源控制，通过目标权重导向多目标粒子群优化技术对电能消耗进行管控，实现电力市场的节能减排，但这种方法节能效率较低，不能达到绿色经济的标准。国内电力市场研究部门通过调研市场电能消耗比例，有针对性地设计节能减排系统。文献2 通过电力设备的深度维护和精细设计，利用可变压缩比技术对设备耗能方式进行改进，建立了双目标模糊优化节能新模型实现电力市场的节能减排，但这种系统运行过程较为复杂，会对设备的有效功率有一定影响。Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023针对上述研究的电力市场节能减排技术出现的问题，本文根据现场调研数据研究市场能耗检测技术和节能技术，设计节能减排控制系统，实现电力市场的绿色经济发展2 。主要创新点如下。(1)利用GPIB检测技术对电场能耗设备进行检测，将电力设备运行数据输出系统，便于节能系统对电力设备的状态把握。(2)设计精细化节能方式，使电能的消耗达到最低，设计具有针对性的节能设备，完成一对一的节能控制，保证电能的利用率。(3)采用启发式算法对电力市场节能数据进行统计，利用算法控制节能标准，使系统达到绿色经济的节能标准。1GPIB 检测技术通用接口总线（GPIB)检测技术主要对电力市场设备应用状态进行检测，对超出标准的设备进行更换，使设备运行数据稳定，避免能源浪费。GPIB检测技术如图1所示。芯片信号算子模型采集卡被测设备个个图1GPIB检测技术框图在LabVIEW仿真平台上，利用GPIB检测技术进行试验。SX1276芯片开始输出信号，被测设备接收到芯片信号，在1/O中进行输入处理3。在本研究中，功能模块主要包括数字I/O卡和GPIB接口卡，建立Sobel算子模型验证和初步处理检测数据，该模型在数字I/O卡中实现，利用算法编程软件得到此模型。连接检测系统的GPIB接口卡是检测结构中最核心的部分，GPIB接口卡的功能是自动检测信号的信息化L4。G PIB检测原理图如图2 所示。整流桥直流控制交变转换本连接电源参数信息信号稳定性图2 GPIB检测原理图图2 中，电源为2 2 0 V交流电。本研究将交流电压通过二极管和三极管控制的整流桥进行电压转换，使交流电压变成直流电压。在此过程中，也为后续试验的调制奠定了基础。这种信号处理方式实际上就是将直流的电信号通过“交研究与设计变转换”的方式转换成一种可检测信号，即把一个需要检测的信号转化为了需要显示的状态。整流桥检测过程包括3个部分：整流桥输入信号；输出电压变化率；接收整流桥输入电压信号。该检测过程主要检测整流桥输出信号的稳定性。在该过程中，整流桥输入信号、输出电压变化率及接收整流桥输入电压信号均为可调参数，以此来实现对能源控制器的控制。信号调制器主要检测设备的报警状态、运行误差等。该测试的目的是实现对能源控制器进行全面检测。2精细化节能方式根据现场检测数据对电力设备进行节能控制，通过精细化节能方式将电力市场上的能源浪费现象进行管控，保证电力设备的有功输出。设计简略有效的电力输出方式，将电力浪费降到最低，同时保证电力市场的能源供应5。精细化节能方式如图3所示。在线监测待处理电能数字算法编程功通信卡能协议卡检测GPIB系统参数楼口信息个硬件系统模拟负载信号调制本能源控制器状态显示所需信号报警状态检测系统运行误差微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期文K11号工位过滤膜节能装置-配能柜集能箱2号工位能源回收站仿真平台软件系统.100.又K2过滤输出电能膜能源罐监测表耗能装置图3精细化节能技术图精细化节能技术通过在线监测进行节能减排技术的数据采集，在监测设备和节能设备之间建立人工操作室，保证精细化管理装置的顺利运行。其中：1号工位负责能源回收站、节能装置和待处理电能的精细化能源输入，能源回收负责将电力市场浪费的电能进行回收利用，节能装置主要对电力设备进行有功控制，待处理电能包括市场回收电能和设备应用电能；2 号工位主要对集能箱和过滤膜进行控制6 。待处理电能通过2 个工位的分析报备，分别输送到配能柜和集能箱中，2 个设备的能量传输由过滤膜进行过滤，达到电能使用标准。配能柜能够对待处理电能进行精细化配送，集能箱负责管理电能储备，统计可以转换的电能。2 个设备输送的电能经过整合分配，通过阀门K完成电能的输出，将可用电能输送到不同的耗能装置中，电能余量通过K：储存到能源罐中并完成监测表统计，另一部分电能通过阀门K2归类到能源罐中，然后由监测表统计人库7。精细化节能方式的设计使电力市场电力浪费的能源得到回收，同时对电气耗能装置运行状态进行管控。在管理过程中，配能柜和集能箱对回收电能实现再利用，将不同的电力资源进行合理划分，供给能源装置，实现电力资源的绿色发展，达到节能减排的目的。3启发式算法启发式算法主要解决系统最优选取问题，将待解决问题看作实际案例函数，利用算法推测结果，进而选取出最合适Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023的求解方案，完成问题函数的模型构造。在实际应用中，本文将电力资源看作一个基于直观或经验构造的函数，通过一定的时间和空间计算，最终给出待解决问题的多个可行解，根据可行解与实际结果的偏离程度确定最优解8 。对电力市场产生的能源浪费数据进行整合，对不同设备的电能利用率和有功输出进行计算，在此基础上确定问题函数9,即：+（-）Ea=o.V式(1)中，Ea表示设备有功输出量，表示电能利用效率，V表示电力市场能量消耗速度，H表示系统承受电力强度，D表示市场回收电量。根据本文设计的节能系统，将系统应用在电力市场中，对于承受范围内的电力设备回收效率计算为q2(1-k2)7=q1+q2式（2)中，n表示系统电能回收效率，q表示设备能耗量，k表示系统稳定系数。启发式算法通过分析电力市场能耗关系，对电力设备有效电能进行分析。根据设备参数和系统节能标准制定算法程序10 ，对式（1）函数问题进行程序化优解变换，则启发式程序计算方式为Emxn=：(1/mm）式（3)中，Emxn表示算法推测系统节能效率，m表示系统运行参数，n表示电力设备数量，mm表示系统电能回收效率，ean表示市场中的不同设备种类。根据启发式算法推测的系统节能效率，对市场上不同设备进行归类，划分2 种不同形式的节能设备，即：gM=(gY.gM,.,gM,.gm)g=(gl.g2,.,gl,.,gi)式（4)中，gM表示瞬时回收节能设备，g表示持续回收节能设备。对2 种不同形式的节能设备进行整合，并根据启发式算法推测的节能效率进行电能输人控制，其电能供应量标准为gM+gl.gM+g)(g/mx=(gM）m x n+(g/）m x=人：(gm+gl.gm+g(5)式（5)中，g；表示电力市场总供应标准电量。启发式算法根据节能系统的回收装置进行设备节能预测，通过分析设备实际运行中系统节能效率划定市场电量标准，保证电力市场顺利运行的同时避免电能浪费11。根据市场上设备能量利用率的不同划分种类，使用户更容易区分，使符合绿色经济的电力设备应用更为广泛。4节能减排控制系统根据GPIB监测的电力市场数据和精细化管理结构效果研究与设计进行分析，通过设计节能减排控制系统使技术更为全面，从而将电力市场上的各种能源进行合理利用。对于不同结构的配合，通过控制系统的指令功能完成，使装置反应更加快速，运行方式更为简便，达到电力市场的绿色经济12 。节能减排控制系统如图4所示。市电(1)GPIB风电动力单元能量供应精细化发电管理吸收式(2)制冷机组制冷耗能图4节能减排控制系统设计图节能减排控制系统在电力市场节能装置的基础上进行设计，通过分析市场上风电、市电、太阳能等不同能源的消耗过程完成系统设计。其中，风电能的能量供应通过动力单元进行分化，将能量供应分为不同渠道进行传输，供应渠道消耗最大设备为吸收式制冷机组，通过分析其制冷耗能数据，(1/m将不同形式的能量应用到蓄冷装置中，然后将风电能源输送1/m到发电机组中，为住房耗能提供电力储备。动力单元划分的?(ealedz.,edn)(3)(4)：.101.微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期市电切供换开关电太阳能文配电柜蓄电4立发电机组4住房耗能蓄冷部分电能通过精细化管理方式进行回收，通过配电柜和集能箱的转换完成风电后重新发电。市电的供应过程通过GPIB监测进行控制，将其供电过程与配电柜连接，便于市电回收的二次利用。太阳能用电设备主要通过市电切换开关完成，利用切换开关的转换功能将市电和太阳能发电进行转换，使电力设备在运用过程中进行切换，便于系统的蓄电管理，积蓄的电能经过发电机组输送到不同的住房耗能区域，完成电力市场能源的节能控制13。节能减排控制系统的设计使电力市场浪费的电能得到二次利用，通过系统控制指令对GPIB监测机构和精细化管理结构进行控制，保证其顺利运行的同时进行针对性发电管理，根据精细化管理结构的能源划分完成回收电能的利用，实现电力市场的绿色经济发展。5试验结果与分析本文针对电力市场节能减排方式进行研究，通过分析电力市场设备运行状态和能耗关系，对其设备电能利用效率进行试验，对电力市场节能控制方式进行改进，设计控制系统。通过GPIB监测技术和精细化管理方式完成电力市场的节能管理，利用启发式算法对电力市场耗能设备进行分类，并计算出各自能耗标准，记录试验结果，使用表格形式对数据进行整理分析。试验过程如下。(1)计算机型号使用Inteli99600KF，计算机主要参数信息为3.10 GHzCPU,64+256GB内存。（2)G PI B监测装置来对试验信号收集。（3)节能技术采用精细化管理方式，对采集装置上的能Microcomputer Applications Vol.39,No.9,2023量进行优化分配，通过软件编程实现对采集装置的节能控制。参数信息如表1所示。表1参数信息试验环境类型节能技术精细化管理方式控制方式节能减排系统计算机i99600KF算法程序启发式算法仿真软件Proteus软件本文研究根据不同减排方式进行试验，根据结果进行分析，对同等时间下不同设备减排效率进行试验对比，试验的仿真模拟在Proteus仿真软件中实现。电力市场节能系统仿真图如图5所示。220V图5电力市场节能系统仿真图根据图5，将本文研究与文献1 的间歇性接入方法、文献2 的可变压缩比技术进行比较，并将试验结果汇总为数据表，如表2 所示。表2 节能系统试验数据表节能方式装机容量/MW节能容量/kW本文研究26.7间歇性接人25.2可变压缩比23.8通过表2 数据分析：本设计对电力市场节能减排研究具有明显效果，最大装机容量为2 6.7 MW的电场，节能容量最大为32 3.12 kW，节能效率最高为9 8.4%；文献1提出的间歇性接入方法最大装机容量为2 5.2 MW的电场，节能容量最大为312.0 9 kW，节能效率最高为9 5.8%；文献2 提出的可变压缩比技术最大装机容量为2 3.8 MW的电场，节能容量最大为30 6.15kW，节能效率最高为92.5%。综上所述，本文研究试验结果对电力市场有较好的实行性，可以采取有效的措施实现节能减排目标。此外，本文研究还可以为政府提供更多的决策支持，以提高电力市场的节能减排水平。试验结果显示，3种不同的方案在节能量上有着明显的变化规律，如图6 所示，通过比较可以更深人地分析各个系统性能，从而得出更准确的结论。研究与设计参数二次回收节能效率 8 5%64+256GB误差 2.5%DIRR2RQ微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期325本文研究一间歇性接入320一可变压缩比315F3103053000由图6 可知，在3种方案中，电厂装机容量越大，系统节能量也就越高。在本设计同比状态下，装机容量为26.7MW时，系统节能量最高，达到了32 3.12 kW，系统节能量提升速度为0.8 7 kW。其他2 种方案的节能量相对较低：文献1提出的间歇性接入方法装机容量为2 5.2 MW时，节能容量最大为312.0 9 kW，系统节能量提升速度为0.48kW；文献2 提出的可变压缩比技术装机容量为Rs口23.8MW时，节能容量最大为30 6.15kW，系统节能量提升速度为0.2 5kW。根据以上的试验分析，可以得出以下结论。节能系统（1）通过比较各设计方案的系统电能利用效率，可以更R5加准确地了解节能系统的实际效果，从而更好地指导节能系D2统的设计。（2）通过Proteus软件的仿真，可以实现节能系统的仿真，从而更好地了解节能系统的实际效果。系统电能利用效率曲线如图7 所示。节能系统仿真效率/%323.1298.4312.0995.8306.1592.5.10215图6 节能容量曲线300305310315320325330系统节能容量/kW本文研究一间款性接入可变压缩比图7 系统电能利用效率曲线由图7 可知，3种系统的电能利用效率与系统节能容量存在一定的关系。本文研究电能利用效率整体稳定在98.4%，变化幅度较为稳定；文献1 提出的间歇性接入方法电能利用效率整体稳定在95.8%，变化幅度较大；文献2 提出的可变压缩比技术电能利用效率整体稳定在9 2.5%，基本趋于稳定。综上所述，本文所提出的方案可以有效降低电力市场的电能消耗，并达到良好的节能减排效果。试验结果表明，本文所提方案的节能容量和电能利用效率均为最佳，可以更好地体现节能减排方案的优越性。（下转第10 7 页）10装机容量/MW15202530Microcomputer Applications Vol.39,No.9,20234总结为了提高配电网调度能力，本文设计了一套电网调度控制模块。该模块采用主控制模块的形式，通常为基于ARM系列的LPC2214微处理器和DSP数据处理器，包括信号预处理模块、A/D信号转换模块、外部存储单元等，提高了配电控制能力。进行调度数据信息校核时，构建不同的数据信息评估模型，数据评估过程中采用分类模块和评估模块，实现了配电网数据信息的评估与计算。通过设计总体架构包括调度控制中心、监控中心、调度计算模块等的硬件架构，实现了配电网数据信息自校核与控制，提高了配电网运行效率。1沙立成，李国统，解梅，等。配电网合环开关的优化搜索及操作安全校核J.电气自动化，2 0 2 0，42（4）：82-84.2 吴迪，王正风，刘航.全时间维度调度计划安全校核的设计与应用J.中国电力，2 0 2 0，53（5）：48-55.3 刘俊红，邓兆云，李泽科，等.基于即插即用的智能变电站信息自动校核技术J.电力系统保护与控制，2018,46(2):137-143.4申建建，张秀飞，曹瑞，等.水电富集电网大规模水电站群短期实用化调度方法J.中国电机工程学报，333333353533333533353333333333353335333533533333533353(上接第10 2 页）6 李丰.低碳经济战略视角下碳排放交易市场研究J.6总结四川轻化工大学学报（社会科学版），2 0 2 0，35（2）：本文主要研究了电力市场中节能减排的方法，通过分析53-69.电力市场能耗状态和电能利用效率关系完成方案设计，并进7王成政.节能减排理念下的建筑给排水设计研究J.行仿真试验。试验结果证明，本文方案在各项性能指标上都四川水泥，2 0 19（6)：12 2.8陈国营.远程视频监控系统与视频会议系统统一平台达到了最佳，因此本文研究结果在理论上具有明显的优势。的架构探析J.科技创新导报，2 0 19，16（6）：133.但是本文研究在试验过程中也存在一些问题，例如超出系统9AL IRSYAD M I,HALOG A,NEPAL R,et al.The承受能力的电能浪费无法处理、算法程序运行误差导致电能Impacts of Emission Reduction Targets in Indonesia回收中断等问题仍待解决。Electricity SystemsJI.Indonesian Journal of Energy,参考文献2019,2(2):118-130.10李强.建筑采暖通风空调工程节能减排研究J.中国1唐晓丹.华东电力市场跨省集中竞价交易模式节能减科技投资，2 0 19（4)：2 97.排效益分析J.科技资讯，2 0 11（18）：2 50.11习培玉，王蕾，史述红，等.构建电网购电方案综合评2 张丽，刘辉.基于节能减排的发电权交易模型研究J.湖北工业大学学报，2 0 17（2）：8 1-8 3.3宋悦琳，张延迟，解大，基于SD模型的碳交易、绿证交易及电力市场衔接机制研究.新一代信息技术，2019(23):50-54.4彭利玲.环境管理在节能减排中的重要性研究J.环境与发展，2 0 19,31(1)：2 2 3.5印志松.电力市场改革给中国水泥工业带来的挑战和研究与设计2019,39(10):2816-2828.5杜延菱，张志，李远卓，等.电力市场过渡期的中长期交易安全校核J.电气自动化，2 0 18，40（6）：7 8-8 0.6 孙月琴，胡晓飞，王海港，等.基于Petri网理论的智能签票系统防误算法的设计与实现J.电力系统保护与控制,2 0 18,46(1):110-115.7于群，刘佳钰。考虑多场景运行方式的矿山电网继电保护在线整定系统J.工矿自动化，2 0 2 0，46（12）：38-47.8 刘阳，夏添，汪肠.区域电网内多输电断面有功协同控制策略在线生成方法J.电力自动化设备，2 0 2 0，40(7):204-210.9 黄丽平，王逸飞，郭俊韬，等.考虑电网载荷均衡度及N-1安全约束的防灾经济调度JI.电力系统自动化，参考文献2020,44(13):56-63.10CAI D F,LI X P,SHI T Q,et al.Impact of NaturalDisasters on the Western Hubei Power Grid and itsAnti-disaster Enhancement MeasuresJJ.The Journalof Engineering,2019,2019(16):1976-1980.11PENG L B,HU B,XIE K G,et al.Analytical Modelfor Fast Reliability Evaluation of Composite Genera-tion and Transmission System Based on SequentialMonte Carlo Simulation J.International Journal ofElectrical Power&EnergySystems,2019,109:548-557.（收稿日期：2 0 2 1-12-15）发展新机遇J.水泥工程，2 0 2 0（3）：1-5.价体系研究：基于灰色三角白化权函数J.价格理论与实践，2 0 18(5)：119-12 2.12张磊.电力市场改革对清洁能源企业的挑战和思考J.中国市场，2 0 18(14：10 3-10 4.13许骞，操群，王立彦.碳市场、碳减排与企业价值：基于估值模型和电力试点企业数据的分析J.福建论坛（人文社会科学版），2 0 2 0（5）：151-16 2.（收稿日期：2 0 2 1-11-0 3）107.微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第9 期