摘要:水火電聯(lián)合調(diào)峰情況下，以棄水電量最小為原則的電力電量平衡計算未考慮火電站的經(jīng)濟運行方式，存在一定的不足。從電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行角度出發(fā)，以火電站運行煤耗成本與水電站棄水電量機會損失成本之和為系統(tǒng)總成本，建立了總成本最小的電力電量平衡優(yōu)化模型。模型求解方面，考慮到機組組合優(yōu)化和經(jīng)濟負荷分配問題的求解難度，采用了雙層嵌套尋優(yōu)算法，外層采用枚舉法進行機組組合遍歷尋優(yōu)，內(nèi)層采用等微增率法進行煤耗最小尋優(yōu)。以云南省滇中區(qū)域電網(wǎng)典型日平衡計算為例，分別按照總成本最小模型和棄水電量最小模型計算了水火電調(diào)峰運行過程。計算結(jié)果表明:前者雖然棄水電量機會損失大于后者，但火電煤耗成本遠小于后者，系統(tǒng)總成本更小。

　　關(guān)鍵詞:電力電量平衡;棄水電量;經(jīng)濟運行;水火電聯(lián)合調(diào)峰

　　電力工程師論文范文：海外電力工控網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范比較及安全方案探討

　　摘要：本文系統(tǒng)性地對海外涉及電力工控的網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范的內(nèi)容進行了梳理和比較，基于海外各個電力安防規(guī)范的側(cè)重點不同的情況，結(jié)合國內(nèi)電力系統(tǒng)二次安防的成功實踐經(jīng)驗，從安全技術(shù)、應急處置、安全管理三個方面探討了電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備本身、行為監(jiān)測、信任機制、應急處置和安全管理等總體思路，強調(diào)了行為安全的重要性，并介紹了基于業(yè)務行為特征庫的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測和風險評估做法，最后擬定了適用于海外電力工控的整體網(wǎng)絡(luò)安全防護方案。

　　1電力電量平衡是電力系統(tǒng)規(guī)劃的重要工作內(nèi)容之一，其目的是通過火電、水電、核電、氣電、抽水蓄能以及近年來不斷發(fā)展的風電、太陽能等新能源電站發(fā)電之間的相互配合，實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟、低碳與安全運行，為電力系統(tǒng)中長期規(guī)劃和調(diào)度提供決策依據(jù)[1]。改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展突飛猛進，社會用電量也與日俱增，使各大電網(wǎng)的負荷峰谷差日趨增大[2]。

　　隨著《可再生能源法》的頒布與實施，我國風電、光伏裝機容量快速增長，大規(guī)模風電、光伏并網(wǎng)的反調(diào)節(jié)作用同樣增加了等效負荷峰谷差[3-4]。以云南省為例，有研究表明，到2020年云南省年最大負荷將達到42800MW，風電接入前日均峰谷差率為32.99%，風電接入后將達到37.69%[5]。因此，調(diào)峰問題已經(jīng)成為影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的首要解決問題[6]。

　　含水電的電力系統(tǒng)，尤其是水電比重較高的電力系統(tǒng)運行調(diào)度過程中，在系統(tǒng)調(diào)峰容量不足情況下，為了滿足調(diào)峰需求，水電不得不放棄一部分發(fā)電量來提高自身調(diào)峰能力，由此產(chǎn)生的棄水電量稱為調(diào)峰棄水電量[7]。水電站產(chǎn)生棄水電量的原因有很多[8]，而調(diào)峰是汛期水電站產(chǎn)生棄水電量的主要原因。

　　以三峽電站為例，文獻[9]指出，在汛期，華中、華東、廣東電網(wǎng)調(diào)峰能力均不足，同時三峽水電站還需滿足防洪等綜合利用要求，只具備日調(diào)節(jié)能力，故一般情況下只能進行棄水調(diào)峰。調(diào)峰棄水電量的產(chǎn)生導致清潔能源沒有得到有效利用，而這部分電量一般由火電、氣電等消耗化石能源電站發(fā)電量補足，進一步導致了系統(tǒng)運行成本的增加和環(huán)境污染的加劇。故許多學者就如何減小調(diào)峰運行方式下水電棄水電量的問題展開了研究。

　　這個問題其實可以歸結(jié)為:在保證電網(wǎng)充分吸收水電發(fā)電量的前提下，在負荷圖上尋找水電站最佳的工作位置。關(guān)于水電站工作位置的確定方法，最早采用的是電量累計曲線法[10]和逐次切負荷法[11];之后有學者提出了改進的逐次切負荷法[12]和余荷逐次后移法[13]，用來解決水電站出力限制問題和計算順序問題;文獻[14]在逐次切負荷法的基礎(chǔ)上，將水電站按照剩余容量日利用小時從小到大排序，優(yōu)化了水電站調(diào)峰順序;文獻[15]同樣基于逐次切負荷法設(shè)計了一種水電分段調(diào)峰的負荷分配方法，盡可能使水電參與調(diào)峰，尤其平衡系統(tǒng)局部峰值，保證余留給火電的負荷平穩(wěn)不變或者變化不頻繁;文獻[7]考慮抽水蓄能電站削峰填谷作用，通過優(yōu)化抽水蓄能電站運行方式來減小水電站調(diào)峰棄水電量;文獻[16]考慮備用容量分配對調(diào)峰棄水電量的影響，證明了火電站代替水電站承擔備用容量能夠有效減小調(diào)峰棄水電量;文獻[17]考慮檢修、備用分配，建立了棄水電量最小優(yōu)化模型，并采用分布估計———逐次逼近相結(jié)合的算法對模型進行了求解，得到了棄水電量最小的檢修、備用分配方式。以上文獻均從系統(tǒng)優(yōu)先吸收水電發(fā)電量的角度進行電力電量平衡計算，尋找棄水電量最小的水電站調(diào)峰運行方式。定性來看，棄水電量最小有利于系統(tǒng)減小吸收火電發(fā)電量，從而降低系統(tǒng)運行成本。但上述文獻均忽略了一個重要問題，那就是火電站發(fā)電量減小，運行成本不一定減小，其經(jīng)濟運行方式不僅與發(fā)電量有關(guān)，還與機組組合、負荷分配有關(guān)。故從電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行角度考慮，應以系統(tǒng)總成本最小為原則進行電力電量平衡計算，不能僅追求棄水電量最小。

　　2火電站經(jīng)濟調(diào)峰運行方式

　　火電站調(diào)峰運行方式一般分為低負荷調(diào)峰、啟停調(diào)峰和空載調(diào)峰[18]，啟停調(diào)峰也稱兩班制運行方式，空載調(diào)峰又稱少汽無功運行方式[2]，啟停調(diào)峰和空載調(diào)峰的差別主要在于火電機組是否與電網(wǎng)解列，啟停調(diào)峰對火電機組啟停時間、一天內(nèi)啟停次數(shù)要求較高，技術(shù)難度大，且影響機組壽命;而空載調(diào)峰耗能較大，且大多數(shù)火電機組未做過空載技術(shù)鑒定，故一般不采用這種調(diào)峰方式。同時，文獻[19]指出，火電低負荷調(diào)峰方式根據(jù)火電壓低負荷的程度可分為基本調(diào)峰、不投油深度調(diào)峰和投油深度調(diào)峰3種(投油深度調(diào)峰和不投油深度調(diào)峰也統(tǒng)稱為深度調(diào)峰)。

　　3調(diào)峰棄水電量產(chǎn)生的原因

　　電網(wǎng)運行調(diào)度的流程一般如下:水電站根據(jù)次日水文預報的來水情況進行“以水定電”，按照發(fā)電量最大優(yōu)化模型計算次日計劃發(fā)電量，并上報電網(wǎng)調(diào)度中心;電網(wǎng)調(diào)度中心根據(jù)次日系統(tǒng)負荷預測過程以及其他電站發(fā)電情況進行電力電量平衡，確定系統(tǒng)內(nèi)各電站發(fā)電量和逐時段出力過程，下放發(fā)電任務給各電站;水電站按照電網(wǎng)實際分配的次日負荷過程進行“以電定水”，按照蓄能最大或者耗能最小模型確定水位和下泄流量運行過程[20]。水電站實際發(fā)電量和計劃發(fā)電量之差為棄水電量[17]。

　　4模型建立

　　根據(jù)前述分析結(jié)果，目前多數(shù)關(guān)于電力電量平衡研究的計算原則主要是棄水電量最小原則。

　　5模型求解

　　本文所建模型為混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，目前用于求解此類模型的方法主要有非線性規(guī)劃方法和以遺傳算法、粒子群算法為代表的智能算法，但智能算法由于在一些情況下易陷入局部最優(yōu)而應用受到一定限制。考慮到本文所建模型中高維數(shù)問題主要來自火電機組組合和經(jīng)濟負荷分配，在現(xiàn)代計算機技術(shù)的輔助下，模型維數(shù)問題能夠在一定程度上得到緩解，故采用枚舉法結(jié)合等微增率法的雙層嵌套方法對模型進行求解，采用C#編程環(huán)境來實現(xiàn)算法的應用。算法的主要結(jié)構(gòu)為:外層為火電機組組合的遍歷尋優(yōu)，內(nèi)層為固定機組組合下的最小總成本尋優(yōu)。

　　6結(jié)論

　　(1)從電力電量平衡原理上分析了調(diào)峰棄水電量產(chǎn)生的原因。汛期來水較大，水電站常處于滿發(fā)或接近滿發(fā)的狀態(tài)，而火電站由于機組特性原因，調(diào)峰能力有限，需要水電站降低負荷低谷時段的出力來提高系統(tǒng)整體的調(diào)峰能力，以滿足系統(tǒng)的調(diào)峰需求，此時水電站被迫產(chǎn)生調(diào)峰棄水電量。(2)從電力電量平衡原則上分析了以往經(jīng)常采用的棄水電量最小原則的不足之處，并考慮將棄水電量看作電力系統(tǒng)的一種機會損失納入系統(tǒng)總成本中，從電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行角度出發(fā)，建立了總成本最小的電力電量平衡優(yōu)化模型。

　　(3)所建模型涉及到機組組合優(yōu)化和經(jīng)濟負荷分配問題，這兩個問題的復雜程度與系統(tǒng)中火電可用機組總臺數(shù)有關(guān)。為了兼顧模型求解的精度和效率，采用了枚舉法結(jié)合等微增率法的雙層嵌套優(yōu)化算法，并借助計算機編程，實現(xiàn)了模型的快速精確求解。(4)算例分析結(jié)果表明:總成本最小模型的優(yōu)化結(jié)果較棄水電量最小模型的棄水電量機會損失有所增加，但煤耗成本大大減小，總成本更小，更符合實際情況。本文研究針對的是水火電聯(lián)合調(diào)峰的電力電量平衡優(yōu)化問題，近年來我國風電、光伏等新能源電力發(fā)展迅速，許多研究指出，風電隨機性、間歇性的供電特點導致其并網(wǎng)發(fā)電將增加電網(wǎng)的調(diào)峰壓力。因此，含風電電力系統(tǒng)的多電源聯(lián)合調(diào)峰電力電量平衡優(yōu)化問題是接下來的研究重點。

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