核電參與電力系統調度運行方式分析

何陽陽，何曉京

（海南核電有限公司，海南昌江 572732）

0 引言

當前我國一項重要的能源政策就在于積極推進核電建設，考慮到國家相關扶持政策、經濟、安全等因素，落后的技術水平會對國內各種核電機組參與電網調峰運行造成嚴重阻礙。再加上電力系統峰谷差的不斷擴大、新一代核電機組所具有的良好負荷跟蹤性能，當前需要強化研究如何制定一個科學、合理的核電運行方式來實現電網的安全、經濟運行[1]。

1 核電廠運行情況

通過控制硼酸濃度與控制棒，能實現對核電廠負荷的有效跟蹤，其中控制棒控制就在于實現對控制棒的有效調節，為有效的控制機組端負荷多可以通過縱向插入深度來實現，以此可以更加靈活、自如地應對快速反應；而硼濃度控制則主要是通過調整硼濃度，能夠實現對機組軟料損耗情況的有效補償，從而能夠實現對機組慢速反應性的靈活應對。

現在先進性、安全性、穩定性是核電機組第三代的主要特點，先進性尤其體現在非動能設計方面，科技性與現代性在燃料制造工藝方面尤為明顯，憑借其反應堆本身的穩定性，能夠保證核電機組負荷追蹤性能良好，以此提高核電廠的安全性，并有效參與電力系統調度運行。

按照核電機組的功率調節性能，可將其運行方式分為兩種：一是日運行模式，即核電機組在每天24 h 以內的運行始終處于穩定狀態；二是“12-3-6-3”運行模式，即在每天的12 h 以內核電機組的運行超過額定功率水平，其線形負荷在接下來的3 h內會達到50%Pn，然后在之后的6 h 內為維持該功率，3 h 以后線形負荷會提高到滿負荷[2]。

2 核電參與電力系統運行方式的重要意義

2.1 有利于電力系統更好地運轉

對于電力單位而言，通過積極改進電力系統的調度與運行技術，有助于推動自身發展，因此有必要結合實際情況重視相應調度技術、運行技術的建立與完善，為穩定開展電力工作提供充足的保障。這樣不僅能促進電力工作系統更好地傳輸電能，還能提供最基本的需求來滿足現代人的生活。可見，技術水平在一定程度上直接影響著整個工作質量，因此相關人員需要積極改進電力調度與運行技術，從而為電力行業的健康、可持續發展提供源源不斷的動力。

2.2 提供極大便利，幫助操作人員更好地開展工作

在當前的電力工作系統中通過進一步改進現有的調度技術、運行技術，能提供極大的便利，幫助操作人員更好地開展工作。由于電力操作人員多數采用電力調度、運行技術，因此電力單位必須重視建立相關書，方便電力系統工作的有序開展。事實上，電力行業在開展各個工作時必然會影響到社會的發展與進步。為確保社會發展的穩定性和提高電力工作系統的工作效率，電力單位必須根據實際要求對相關運行技術、電力調度進行不斷改進，以實現電力工作系統的穩定運轉。因此，有必要將核電強有力地應用于電力調度運行，相應地相關單位也要高度重視這一問題。

3 核電參與電力系統調度運行的算法分析

這種運行是一種混合整數優化問題，與高維數、非線性等內容密切相關，為確保這一問題的有效解決，有必要進行全面綜合的研究，并提出了類似于動態規劃法、等微增率法、優先順序法、遺傳算法等算法，但是不同算法有不同的問題，原因主要是在求解方面需要花費較多的時間，且局部最優解的問題普遍存在。為更高效地確保核電參與電力系統調度運行算法，ICA（Independent Component Analysis，獨立成分分析）算法應運而生，作為一種全局性優化的進化算法，主要是借鑒了人類社會在殖民階段帝國之間的競爭與占領殖民地的過程，還借鑒了相關思想（如動態規劃、聚類分析等），這對于維數災、混合整合問題的解決至關重要。在動態規劃方面可以根據相關動態規劃原理，實現對啟停成本的準確計算。而利用啟停成本求解的實質主要是動態遞推問題，借助ICA 算法能夠準確地計算啟停狀態下的系統最優總成本問題，然后根據動態規劃原理將各個時段的啟停成本準確的推導出來，這對于系統最優總成本問題的妥善解決至關重要，且能夠制定一個機組組合與負荷最優分配方案。針對聚類分析，ICA 算法與線性問題聯系密切，可以將機組的組合狀態看做是N+1 個子集族的并，然后將每個集族的出力上下限準確計算出來，具體在進行計算時可以開展必要的聚類分析，以促進計算效率的提高與機組組合數量的減少。

4 核電參與電力系統調度運行的作用分析

根據多年的工作經驗和查詢相關資料，在進行模擬操作時可以選擇IEEE10 型號的機組系統，以此可以制定一個準確的結論，對核電參與電力系統調度運行方式進行深入的探究，并明確調度運行的重要性。經模擬操作可知，這一型號的機組設備在備用旋轉狀態時的最大負荷量為10%，核電堆型為CPR100。然后，在利用ICA 算法時需要對參數進行科學、合理的設置，例如初始帝國數量為10 等時國家數量為200 個，如此可以取得一個足夠可靠、精確的結果。同時，立足于兩個角度來分析其調度運行方式，即核電成本、經濟效益，以此可以更好的剖析這兩種運行方式。實踐發現，利用第二種運行模式對于排碳量的減少十分有益，能有效控制啟停成本，確保與核電機組的經濟負載需求相符。為此，借助核電參與電力系統調度對于電力系統經濟效益、環境效益的提高十分有幫助，隨著核電接入容量的不斷增加，這兩種運行方式待達到飽和狀態時的效益會趨于一致[3]。

兩種運行方式在發電能耗方面有明顯不同，在核電接入容量比例不斷增加的情況下均能有效降低發電成本，其中第一種方式即日運行模式降低速度會更快，第二種啟停成本的降低速度較慢。其原因就在于，相對于容量第二種運行方式的核電調度可以幫助其他機組有效減少啟停次數，致力于機組啟停能耗的有效降低。通過對比兩種運行方式可知，在負荷低谷期間第一種方式的調度盈余較小，為此第二種方式可以將核電機組巧妙地加入到電網調度，以促進電力系統調度能力的提高，更為安全、穩定地運行電網。

5 算例分析

在開展仿真計算時可以借助IEEE10 系統算例，系統旋轉備用最大負荷的10%。以我國改進壓水堆核電機組CPR1000 為主要核電堆型，其接入容量會呈一個倍數的增加，即從系統常規機組總裝容量的PG的3%開始，ICA 的算法參數可以設置為：國家數量200 個、初始帝國10 個。

5.1 核電調峰成本與單位碳收益

針對CPR1000 機組，η1為5%、η2為7%，運行時可以采取方式2，此時可以得到λ 為0.5。經研究發現，方式2 的單位碳收益比方式1 要高很多，說明在調峰中有核電的適當參與，所取得的環境效益較高。其原因就在于，相比較于方式1，核電適當參與調峰能致力于系統碳排放量的降低，還能促使系統中的火電機組運行比經濟負載水平低，相應地還會減少啟停成本增加。但是，核電接入容量待增加到一定程度以后，兩種方式的單位碳收益可以保持基本一致。這也說明，如果核電接入容量較大，其參與調峰也不能阻止火電機組與其經濟運行水平出現大規模的偏離，相應地也會逐步縮小其碳收益與方式1 之間的差別。

5.2 發電能耗

隨著不斷增加的核電接入容量比例，系統發電成本在兩種方式下均會逐漸降低，但是下降速度更快的當屬方式1。結果發現，核電參與調峰，盡管會導致系統啟停成本的增加，但是節約的化石能源會更多。方式2 的啟停成本較小，原因在于按照方式2 運行核電能提供一定的調峰容量給電網，有助于減少中小容量常規機組啟停次數，促使常規機組所具有的啟停能耗下降。

6 如何改進核電參與電力系統調度運行方式

6.1 完善調度和運行系統

在運行電力系統的過程中，為避免出現這樣或那樣的問題，電力單位有必要根據自身實際情況來制定相應的改進措施，即如何強化改進電力工作中的運行技術。在此期間，有必要建立一個完善的電力調度程序作保障，這對于有效開展電力工作十分有益。之所以要建立電力調度和運行系統，是因為電力調度工作能有效預防各種意外事故，這對于安全、高效、穩定的開展電力工作至關重要[4]。

6.2 加強操作人員的培訓工作

鑒于電力工作系統中的問題，為有效避免問題的出現，就需要電力單位定期組織電力工作人員進行強有力的培訓。眾所周知，在電力工作系統中電力操作工作人員作為主要操作者，其自身技術水平與整體工作質量密切相關，不過當前許多操作人員自身的技術水平不高。為了更好地開展核電參與電力調度工作，單位應重視人員培訓工作，設法幫助這些人員提高綜合素質、增強相關技術水平，為工作質量提供充足的保障并滿足相要求。

7 結束語

當前，核電參與電力系統調度運行時可以采用兩種運行方式，ICA 作為一種新型算法，應引起相關部門與個人的高度重視，以明確該算法在電力系統調度運行中的重要性。研究發現，在電力系統調度運行過程中為保證電力系統的安全性、可靠性，就需要實現對核電的合理應用。