基于調峰能力評估的電力系統聯合優化調度

張 明，王 俊，張 巍

（海南電網有限責任公司，海南 海口 570203）

0 引 言

電力系統中的風電、徑流式水電以及光伏發電無法進行調峰，只有火電、核電、抽水蓄能電站以及部分水電機組能夠進行調峰，所以電力系統進行調峰具有一定的困難[1]。一般情況下，我國電力系統的調峰是通過對電力價格進行調控從而使得電力系統峰谷趨于平衡，進行基于調峰能力評估的電力系統聯合優化調度，對電力系統全面優化具有重要意義。

1 構建調峰能力評估電力系統優化調度模型

1.1 確定電力系統優化調度方法

對電力系統進行優化調度的最終目標是，在不影響電力系統安全運行的條件下，有效、合理地利用資源和設備提高電力系統的工作效率，降低電力系統運行成本，確保用戶對電力系統的滿意度。

多類型能源電力系統的聯合優化調度主要是指核電、水電、光伏發電以及常規火電機組聯合運行系統中的優化調度[2]。隨著工業用電和居民用電幅度的增大，儲熱鍋爐、小型儲能電站以及儲能式電站應用而生，這些設備、電站利用儲熱技術靈活的使用電力系統峰谷期電力，改善了電力系統中電網負荷平衡，淘汰了工作效率低下的發電機組。

電力系統優化調度方法是將電力系統部分電力以儲熱的形式進行儲存，儲熱是提高電力系統利用率最直接有效的方法[3]。電力系統儲熱是把電力系統中多余或者暫時用不上的電力熱能進行采集，并集中儲存起來，等到需要時再釋放使用，這樣可以幫助空閑能量實現轉移。在常規電力資源轉換和利用的過程中，電力供求之間會存在時間與需求不匹配的問題，如供不用求、供過于求。通過利用儲熱技術可以解決電力時間與需求不匹配的問題。

1.2 確定電力系統優化調度方案

電力系統中發電主力是以熱電聯產為基礎的熱電廠，其中，熱電機組中的P（供電功率）與H（對外供熱功率）為熱電機組的主要特性，又稱熱電特性。熱電機組的兩大基本機組分別是抽汽式熱電機組和背壓式熱電機組。

在背壓式熱電機組中，電出力P（供電功率）完全由熱出力H（對外供熱功率）決定，在熱地系統正常運行時，電出力P和熱出力H的彈性系數k=ΔP/ΔH是固定不變的。所以在電力系統進行供熱時，背壓式熱電機組需要實時滿足電力用戶的熱負荷需求；因此，背壓式熱電機組不能進行優化調度方案。

在抽汽式熱電機組中，在熱電機組滿足電力系統穩定、安全運行的情況下，電熱比可通過改變供熱機組中抽汽量進行調整，抽汽式熱電機組電熱約束條件為：

其中，Pmax是抽汽式熱電機組在正常工作情況下的最大電出力；Pmin是抽汽式熱電機組在正常工作情況下的最小電出力；k是電出力P和熱出力H的彈性系數。

在ACDFG各點所圍區域內，即抽汽式熱電機組的正常運行區間內，電力系統正常運行的Pmin比供熱期間的Hmax還要大，并且在熱出力H固定的情況下，電出力P在一定范圍內是變化的，這說明電出力具有可調性。隨著熱出力H的增大，電出力P在減小，說明電出力P與熱出力H具有關聯性；因此，可以從電出力P與熱出力H兩方面確定電力系統的優化調度方案。

2 實現調峰能力評估電力系統優化調度

2.1 確定電力系統能量流向圖

由于我國電力系統調峰深度的限制，電力系統的日負荷跟蹤采用“12-3-6-3”運行模式，表明電力系統電出力在24 h內隨時間變化的情況。根據電力系統的特性建立基于調峰能力評估的電力系統優化調度模型，在優化調度模型中，電力系統的能量流向圖如圖1所示。

圖1 電力系統能量流向

在建立基于調峰能力評估的電力系統優化調度模型中，原有的供電機組不變，將熱力符合轉變成由熱電機組和儲熱裝置共同承擔，儲熱裝置的熱能由熱電機組提供。在電力系統進行聯合優化調度過程中，電力負荷達到峰值時或者腰值時，儲熱裝置進行儲熱，此時，電力系統中熱出力增加；電力負荷達到低谷時，核電機組增加電出力，火電機組減小電出力，儲熱裝置進行儲熱，此時，電力系統中熱出力增加；熱電機組根據實際情況對電出力進行適當調整，進而保證電力系統的平衡。同時，不足的熱能由儲熱裝置提供。該優化調度模型是以火電、核電以及儲熱裝置聯合運行為基礎，對電力系統進行調度，從而實現電力系統的調峰。

2.2 優化的實現

基于調峰能力評估電力系統優化調度模型的實現，在保證電力系統正常運行時，使其運行成本達到最小。實現該優化調度的目標函數如下：

其中，Cb為電站運行的總成本，C1為核電站運行的成本，C2為火電站運行的成本，C3為熱電機組運行的成本，C4為儲熱裝置運行的成本。ΔC為在聯合運行時，電力系統需要支付的調峰費用，δ為電力系統的損失系數，ΔTdown為電力系統進行下調峰的時間段，ΔPdown為電力系統進行調峰時電出力的變化量。

該電力系統優化調度模型的實現，必須增加儲熱裝置的約束，第N區域在時刻t時，儲熱裝置釋放的熱量與熱電機組的供熱功率，需滿足電力系統的熱負荷要求，約束條件如下：

3 仿真試驗

為了保證基于調峰能力評估電力系統聯合優化調度的有效性，進行仿真試驗分析。試驗過程中，以不同的電力系統作為仿真試驗對象，對電力系統的電出力進行仿真模擬。為了保證試驗的有效性，使用常規電力系統作為比較對象，對比兩次仿真試驗結果，并將試驗數據呈現在同一數據圖表中。

3.1 數據準備

為了確保仿真試驗過程、結果的準確度，設置試驗參數，并對模擬試驗結果進行分析。由于設置的原始數據不同，得到電力系統的電出力也不同，并且會對試驗結果造成影響。因此，試驗過程中需要保證原始數據的一致性。試驗數據設置結果如表1所示。

表1 試驗參數設置

3.2 結果分析

對兩種電力系統進行電出力測量，根據試驗結果繪制對比圖，橫坐標為測量的時刻，縱坐標為電力系統電出力的大小，結果如圖2所示。

圖2 電力系統電出力對比

試驗數據表明，基于調峰能力評估的電力系統聯合優化調度，使得電力系統峰谷趨于平衡，使得電力系統減少了40%的電力資源浪費。

4 結 論

基于建立電力系統優化調度方案，依托建立基于調峰電力系統優化調度模型，完成了基于調峰能力評估的電力系統聯合優化調度。試驗證明，基于調峰能力評估的電力系統聯合優化調度能夠將電力系統的峰谷變小，節約電力資源。