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    科学技术论文

    水火电联合调峰电力电量平衡优化模型

    时间:2020年04月06日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

    摘要:水火电联合调峰情况下,以弃水电量最小为原则的电力电量平衡计算未考虑火电站的经济运行方式,存在一定的不足。从电力系统经济运行角度出发,以火电站运行煤耗成本与水电站弃水电量机会损失成本之和为系统总成本,建立了总成本最小的电力电量平衡优化模

      摘要:水火电联合调峰情况下,以弃水电量最小为原则的电力电量平衡计算未考虑火电站的经济运行方式,存在一定的不足。从电力系统经济运行角度出发,以火电站运行煤耗成本与水电站弃水电量机会损失成本之和为系统总成本,建立了总成本最小的电力电量平衡优化模型。模型求解方面,考虑到机组组合优化和经济负荷分配问题的求解难度,采用了双层嵌套寻优算法,外层采用枚举法进行机组组合遍历寻优,内层采用等微增率法进行煤耗最小寻优。以云南省滇中区域电网典型日平衡计算为例,分别按照总成本最小模型和弃水电量最小模型计算了水火电调峰运行过程。计算结果表明:前者虽然弃水电量机会损失大于后者,但火电煤耗成本远小于后者,系统总成本更小。

      关键词:电力电量平衡;弃水电量;经济运行;水火电联合调峰

    电力工程

      电力工程师论文范文:海外电力工控网络安全规范比较及安全方案探讨

      摘要:本文系统性地对海外涉及电力工控的网络安全规范的内容进行了梳理和比较,基于海外各个电力安防规范的侧重点不同的情况,结合国内电力系统二次安防的成功实践经验,从安全技术、应急处置、安全管理三个方面探讨了电力监控系统的网络结构、设备本身、行为监测、信任机制、应急处置和安全管理等总体思路,强调了行为安全的重要性,并介绍了基于业务行为特征库的网络安全监测和风险评估做法,最后拟定了适用于海外电力工控的整体网络安全防护方案。

      1电力电量平衡是电力系统规划的重要工作内容之一,其目的是通过火电、水电、核电、气电、抽水蓄能以及近年来不断发展的风电、太阳能等新能源电站发电之间的相互配合,实现电力系统经济、低碳与安全运行,为电力系统中长期规划和调度提供决策依据[1]。改革开放以来,我国经济发展突飞猛进,社会用电量也与日俱增,使各大电网的负荷峰谷差日趋增大[2]。

      随着《可再生能源法》的颁布与实施,我国风电、光伏装机容量快速增长,大规模风电、光伏并网的反调节作用同样增加了等效负荷峰谷差[3-4]。以云南省为例,有研究表明,到2020年云南省年最大负荷将达到42800MW,风电接入前日均峰谷差率为32.99%,风电接入后将达到37.69%[5]。因此,调峰问题已经成为影响电网安全稳定运行的首要解决问题[6]。

      含水电的电力系统,尤其是水电比重较高的电力系统运行调度过程中,在系统调峰容量不足情况下,为了满足调峰需求,水电不得不放弃一部分发电量来提高自身调峰能力,由此产生的弃水电量称为调峰弃水电量[7]。水电站产生弃水电量的原因有很多[8],而调峰是汛期水电站产生弃水电量的主要原因。

      以三峡电站为例,文献[9]指出,在汛期,华中、华东、广东电网调峰能力均不足,同时三峡水电站还需满足防洪等综合利用要求,只具备日调节能力,故一般情况下只能进行弃水调峰。调峰弃水电量的产生导致清洁能源没有得到有效利用,而这部分电量一般由火电、气电等消耗化石能源电站发电量补足,进一步导致了系统运行成本的增加和环境污染的加剧。故许多学者就如何减小调峰运行方式下水电弃水电量的问题展开了研究。

      这个问题其实可以归结为:在保证电网充分吸收水电发电量的前提下,在负荷图上寻找水电站最佳的工作位置。关于水电站工作位置的确定方法,最早采用的是电量累计曲线法[10]和逐次切负荷法[11];之后有学者提出了改进的逐次切负荷法[12]和余荷逐次后移法[13],用来解决水电站出力限制问题和计算顺序问题;文献[14]在逐次切负荷法的基础上,将水电站按照剩余容量日利用小时从小到大排序,优化了水电站调峰顺序;文献[15]同样基于逐次切负荷法设计了一种水电分段调峰的负荷分配方法,尽可能使水电参与调峰,尤其平衡系统局部峰值,保证余留给火电的负荷平稳不变或者变化不频繁;文献[7]考虑抽水蓄能电站削峰填谷作用,通过优化抽水蓄能电站运行方式来减小水电站调峰弃水电量;文献[16]考虑备用容量分配对调峰弃水电量的影响,证明了火电站代替水电站承担备用容量能够有效减小调峰弃水电量;文献[17]考虑检修、备用分配,建立了弃水电量最小优化模型,并采用分布估计———逐次逼近相结合的算法对模型进行了求解,得到了弃水电量最小的检修、备用分配方式。以上文献均从系统优先吸收水电发电量的角度进行电力电量平衡计算,寻找弃水电量最小的水电站调峰运行方式。定性来看,弃水电量最小有利于系统减小吸收火电发电量,从而降低系统运行成本。但上述文献均忽略了一个重要问题,那就是火电站发电量减小,运行成本不一定减小,其经济运行方式不仅与发电量有关,还与机组组合、负荷分配有关。故从电力系统经济运行角度考虑,应以系统总成本最小为原则进行电力电量平衡计算,不能仅追求弃水电量最小。

      2火电站经济调峰运行方式

      火电站调峰运行方式一般分为低负荷调峰、启停调峰和空载调峰[18],启停调峰也称两班制运行方式,空载调峰又称少汽无功运行方式[2],启停调峰和空载调峰的差别主要在于火电机组是否与电网解列,启停调峰对火电机组启停时间、一天内启停次数要求较高,技术难度大,且影响机组寿命;而空载调峰耗能较大,且大多数火电机组未做过空载技术鉴定,故一般不采用这种调峰方式。同时,文献[19]指出,火电低负荷调峰方式根据火电压低负荷的程度可分为基本调峰、不投油深度调峰和投油深度调峰3种(投油深度调峰和不投油深度调峰也统称为深度调峰)。

      3调峰弃水电量产生的原因

      电网运行调度的流程一般如下:水电站根据次日水文预报的来水情况进行“以水定电”,按照发电量最大优化模型计算次日计划发电量,并上报电网调度中心;电网调度中心根据次日系统负荷预测过程以及其他电站发电情况进行电力电量平衡,确定系统内各电站发电量和逐时段出力过程,下放发电任务给各电站;水电站按照电网实际分配的次日负荷过程进行“以电定水”,按照蓄能最大或者耗能最小模型确定水位和下泄流量运行过程[20]。水电站实际发电量和计划发电量之差为弃水电量[17]。

      4模型建立

      根据前述分析结果,目前多数关于电力电量平衡研究的计算原则主要是弃水电量最小原则。

      5模型求解

      本文所建模型为混合整数非线性规划模型,目前用于求解此类模型的方法主要有非线性规划方法和以遗传算法、粒子群算法为代表的智能算法,但智能算法由于在一些情况下易陷入局部最优而应用受到一定限制。考虑到本文所建模型中高维数问题主要来自火电机组组合和经济负荷分配,在现代计算机技术的辅助下,模型维数问题能够在一定程度上得到缓解,故采用枚举法结合等微增率法的双层嵌套方法对模型进行求解,采用C#编程环境来实现算法的应用。算法的主要结构为:外层为火电机组组合的遍历寻优,内层为固定机组组合下的最小总成本寻优。

      6结论

      (1)从电力电量平衡原理上分析了调峰弃水电量产生的原因。汛期来水较大,水电站常处于满发或接近满发的状态,而火电站由于机组特性原因,调峰能力有限,需要水电站降低负荷低谷时段的出力来提高系统整体的调峰能力,以满足系统的调峰需求,此时水电站被迫产生调峰弃水电量。(2)从电力电量平衡原则上分析了以往经常采用的弃水电量最小原则的不足之处,并考虑将弃水电量看作电力系统的一种机会损失纳入系统总成本中,从电力系统经济运行角度出发,建立了总成本最小的电力电量平衡优化模型。

      (3)所建模型涉及到机组组合优化和经济负荷分配问题,这两个问题的复杂程度与系统中火电可用机组总台数有关。为了兼顾模型求解的精度和效率,采用了枚举法结合等微增率法的双层嵌套优化算法,并借助计算机编程,实现了模型的快速精确求解。(4)算例分析结果表明:总成本最小模型的优化结果较弃水电量最小模型的弃水电量机会损失有所增加,但煤耗成本大大减小,总成本更小,更符合实际情况。本文研究针对的是水火电联合调峰的电力电量平衡优化问题,近年来我国风电、光伏等新能源电力发展迅速,许多研究指出,风电随机性、间歇性的供电特点导致其并网发电将增加电网的调峰压力。因此,含风电电力系统的多电源联合调峰电力电量平衡优化问题是接下来的研究重点。

      参考文献:

      [1]蒲天骄,陈乃仕,葛贤军,等.电力电量平衡评价指标体系及其综合评估方法研究[J].电网技术,2015,39(1):250-256.

      [2]吕学勤,刘刚,黄自元.电力调峰方式及其存在的问题[J].电站系统工程,2007(5):37-40.

      [3]张丽英,叶廷路,辛耀中,等.大规模风电接入电网的相关问题及措施[J].中国电机工程学报,2010,30(25):1-9.

      [4]林俐,费宏运.规模化分布式光伏并网条件下储能电站削峰填谷的优化调度方法[J].现代电力,2019,36(5):54-61.

      [5]郭洪芹.规模风电接入对云南电网系统运行影响分析[J].云南电力技术,2016,44(2):14-16

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