節能發電調度下煤耗率網損修正方法

劉興龍，張 娜，徐 江，姜百超，劉莉莉

(1.中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015)

深入理解節能發電調度[1-3]中的每一個環節至關重要，而發電組合方案的制定是其中的重中之重。在發電組合方案的制定過程中，只考慮發電機組的供電煤耗是非常片面的,不能真正達到能耗最低的目標，而必須要對發電機組的供電煤耗率進行網損修正。網損修正過程中引起的微小變化都可能會影響發電機組上網發電與否，關系到發電企業的重大利益。因此，網損修正系數的計算關系重大，必須要準確可信，使各方滿意。而網損修正系數的精確計算非常復雜，難以應用于實際，因此，找到網損修正系數快速準確的計算方法，是一個亟需解決的關鍵問題。

1 節能發電調度中發電組合方案區域內優化原則和流程

1.1 機組發電組合方案區域內優化的原則

《節能發電調度辦法》中規定，節能發電調度下，按以下方式對次日發電組合方案進行區域內優化。

區域電力調度機構在各省(區、市)機組次日發電組合方案的基礎上，依據本區域內各省(區、市)排序表、各機組申報的可調發電能力、跨省輸電聯絡線的輸送電能力和網損，進一步優化調整本區域內發電機組的啟停機方式。即：進一步對各省(區、市)邊際機組(被調用的最后1臺機組)考慮網損因素后的供電煤耗率(簡稱邊際供電煤耗率)進行比較，對邊際供電煤耗率較高的省(區、市)依次調整安排停機，對邊際供電煤耗率較低的省(區、市)依次調整安排啟機，直至區域中各省(區、市)的邊際供電煤耗率趨同，或跨省(區、市)輸電聯絡線達到輸送容量的極限。

1.2 機組發電組合方案區域內優化過程

按照節能發電調度辦法，發電組合方案區域內優化過程如下。

a. 對全網的發電機組按煤耗率由小到大分省進行排序。

b. 根據年平均方式下各省的總負荷需求，按照排序表，綜合考慮備用要求，確定各省所需發電容量，并分省確定次日機組發電組合的方案。

c. 以年平均運行方式為基礎，利用對潮流計算中雅克比矩陣進行轉置求逆的方法[4-6]，計算各發電機組的網損微增率。

d. 利用(c)中得到的網損微增率對機組的供電煤耗率進行修正。

e. 在(b)所確定的發電組合方案的基礎上，根據《辦法》(四)的原則，考慮網損因素，對區域內發電機組的啟停機方式進行優化調整，即：進一步對各省的邊際機組考慮了網損因素后的供電煤耗率(利用網損微增率修正以后的供電煤耗率)進行比較，對邊際供電煤耗率較高的省依次調整安排停機，對邊際供電煤耗率較低的省依次調整安排啟機，直至各省的邊際供電煤耗率趨同或跨省輸電聯絡線達到輸送容量的極限。

2 對機組供電煤耗率進行網損修正的必要性

按照傳統的調度規則，發電機組每年發電量均由政府下達指標確定，其供電煤耗率僅作為日前機組組合和負荷分配等短期調度的依據，并不影響發電企業年度電量指標。實行節能調度后，供電煤耗率成為發電機組能否上網發電的唯一依據。而利用網損微增率對發電機組供電煤耗率進行修正，這其中引起的微小變化都可能會影響發電機組上網發電與否，關系到發電企業的重大利益。

節能調度的目標是全網整體供電煤耗率最低。由于各發電機組電氣位置不同，其輸出功率在系統中引起的損耗各異，在發電調度中如直接利用發電機組的耗量進行調度，所得到的結果不是最優的，即全網的供電煤耗率不是最低。只有按照網損修正后的耗量進行調度才能使全網的能量消耗最少，所以，在進行發電調度前必須要對各個發電機組的供電煤耗率進行公平合理的修正。

3 煤耗率網損修正系數的準確計算

3.1 供電煤耗率網損修正數學模型

發電機組供電煤耗率的網損修正表達式如下：

(1)

網損微增系數是本文中提出的一個概念，表示機組一天內網損微增率的平均水平。

3.2 供電煤耗率網損修正系數的準確計算模型及計算方法

根據網損修正的數學模型，從中可以得到網損修正系數的計算公式為

ρ=1+(?Ploss/?Pi)AVE

(2)

式中：ρ為發電機組i的網損修正系數；(?Ploss/?Pi)AVE為發電機組i的網損微增系數。

由式(2)可以看出，網損微增系數是唯一的一個變量，因此如何計算網損修正系數的關鍵就是如何計算網損微增系數。

根據數學復合偏導公式，可得[7-8]：

(3)

式(3)中的方陣正為潮流計算中的雅可比矩陣。

而系統的有功損耗為

(4)

可得：

(5)

(6)

網損修正系數的精確計算步驟如下：

a. 根據潮流計算的結果得到雅克比矩陣，并對其轉置求逆；

b. 根據式(5)和式(6)得到相應的列向量；

c. 用①得到的矩陣和②得到的列向量相乘，最終得到總有功損耗對各節點有功功率的偏導，從而提取出總有功損耗對機組有功的偏導，即發電機組的網損微增率。

d. 計算機組各時段網損微增率的平均值，即為網損微增系數。

4 網損修正系數的快速計算

4.1 網損修正系數快速計算方法

根據網損修正系數的準確計算方法，結合經驗，提出以下3種快速計算方法，用來簡便計算發電機組的網損微增系數，進而得到發電機組的網損修正系數。

方法1：將總負荷等于平均總負荷時段的網損微增率取算術平均值作為網損微增系數。

方法2：將日平均方式下計算得到的網損微增率作為網損微增系數。

方法3：將峰谷方式下計算得到的網損微增率加權平均作為網損微增系數。

4.2 網損修正系數快速計算方法比較及驗證

首先在我國某區域電網的節點負荷曲線中總結出7種典型曲線，并按照一定的比例分配給IEEE30個節點算例[9]的各個節點上，得到一個30個節點系統96個時段的基礎數據。默認6臺機組全部上網發電，按照等微增率原則，采用夾板二分法，并綜合考慮機組爬坡率及最小技術出力的約束，對發電機組進行負荷分配，從而得到算例系統中6臺機組所在節點的發電有功功率。選取其中的1號節點為平衡節點，對系統96個時段中的每個時段都分別進行一次潮流計算，計算結果用來計算每臺機組每個時段的網損微增率。

利用3.2節中的方法計算每臺機組網損微增系數及網損修正系數的準確值，見表1。

分別按照3種快速計算方法計算算例系統中6臺機組的網損微增系數及網損修正系數，結果見表2—表4所示。

表1 各機組網損修正系數準確值

表2 方法1網損修正系數計算結果

表3 方法2網損修正系數計算結果

表4 方法3網損修正系數計算結果

比較3種計算方法，可以看到，按照方法2和方法3，準確率很低，不能應用于實踐當中。而按照方法1，即將總負荷等于總負荷平均值的時段的網損微增率取算術平均作為網損微增系數，與網損微增系數的準確值最為接近，且誤差在10%以內，可以作為網損微增系數的快速計算方法。

4.3 網損修正系數快速計算方法原理分析

對于每臺機組，分別將時段作為橫坐標，將網損微增率作為縱坐標，作出其96個時段的網損微增率曲線，并畫出網損微增系數準確值橫線，與前一曲線交于幾個點，如圖1所示。作出96點的總負荷曲線，并作出平均負荷的直線，與其相交，如圖2所示。對照圖1和圖2，發現每臺機組的網損微增率曲線與網損微增系數準確值橫線的交點及總負荷曲線與平均負荷線的交點非常接近。

圖1 各機組的網損微增率變化曲線

圖2 系統總負荷變化曲線

經過分析，按照方法1，即將總負荷等于總負荷平均值時段的網損微增率取算術平均作為網損微增系數具有較高的準確率，是有一定依據的。在負荷分配的過程中，采用的是等微增率的原則，而無論是按照這種原則，還是按照等比例原則，得到的結果都將是在負荷高峰時段，各臺機組的出力都相應較大，而在負荷低谷時段，各臺機組的出力也相應較小，這就造成了各臺機組的發電功率曲線，以及總負荷曲線在一定意義上具有某種相似性。而理論及經驗均表明，對于同一臺機組，在趨勢上，網損微增率的大小與其出力的大小成正比關系，即當其出力較大時，網損微增率也較大。因此，各臺機組的網損微增率曲線也具有某種相似性，并且與總負荷曲線存在某種對應關系。經過驗證，出現圖1及圖2中的對應關系，即每臺機組的網損微增率曲線與網損微增系數準確值橫線的交點與總負荷曲線與平均負荷線的交點非常接近，即將總負荷等于平均總負荷時段的網損微增率取算術平均作為網損微增系數，準確率非常高，為網損修正系數的計算提供了一種簡單可行的方式。

5 結論

a. 由發電機組煤耗率的網損修正模型，引出了網損微增系數這一概念，并將網損修正系數的計算問題轉化為網損微增系數的計算問題。

b. 給出了網損微增系數準確值的計算方法，在明確了實用過程中準確計算網損微增系數的不可行性的基礎上，提出了網損微增系數需要一種簡便可行的快速計算方法。

c. 提出了將總負荷等于總負荷平均值時段的網損微增率取算術平均作為網損微增系數，將日平均方式下計算得到的網損微增率作為網損微增系數，將峰谷方式下計算得到的網損微增率加權平均作為網損微增系數，這3種網損微增系數的簡便計算方法。以IEEE30個節點的算例為例，對3種計算方法比較驗證得到，將總負荷等于總負荷平均值時段的網損微增率取算術平均作為網損微增系數誤差在10%以內，可以作為網損微增系數的簡便計算方法，進而得到了網損修正系數的快速計算方法。

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