董超，盧恩，譚力強，周巍，王波

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；2. 武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

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基于電源特性優(yōu)化協(xié)調(diào)的廣東電網(wǎng)調(diào)峰策略

董超1，盧恩1，譚力強1，周巍1，王波2

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；2. 武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

摘要：針對廣東電網(wǎng)負荷峰谷差與負荷變化率日趨增大、機組參加電網(wǎng)調(diào)峰壓力日趨嚴峻的現(xiàn)狀，從廣東電網(wǎng)各類型電源運行特性出發(fā)，通過對典型日高峰段、低谷段以及峰谷交替時段等調(diào)峰案例的分析，提出了基于電源特性優(yōu)化協(xié)調(diào)的調(diào)峰策略相關(guān)結(jié)論及建議。

關(guān)鍵詞：峰谷差；負荷變化率；調(diào)峰；電源特性；優(yōu)化協(xié)調(diào)

1廣東電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)狀分析

廣東省經(jīng)濟發(fā)達，電力需求旺盛，電網(wǎng)規(guī)模和用電負荷總量居全國省級電網(wǎng)前列，2013年最高負荷達84.071 GW。廣東注重歷史文化和傳統(tǒng)民俗，各類社會活動對電力負荷有明顯影響。氣候以亞熱帶季風(fēng)氣候為主，降水在年內(nèi)分配不均，臺風(fēng)頻繁，氣象條件的變化對負荷需求也有十分顯著的影響(空調(diào)負荷20 GW)[1-5]。在同一天內(nèi)，峰谷差一般占最高負荷的30%～40%。

圖1為2013年典型節(jié)假日(2月12日)、典型夏季工作日(6月21日)、典型冬季工作日(12月23日)的負荷對比。

圖1　2013年典型日負荷曲線對比

從圖1可以看出：夏季工作日最大峰谷差已接近30 GW，呈現(xiàn)明顯的“三峰三谷”特征，且早峰比下午峰高；冬季工作日最大峰谷差仍然較大，但基本呈現(xiàn)“兩峰兩谷”特性，且下午峰大部分情況較早峰略高；典型節(jié)假日負荷則基本平緩，峰谷差較前兩者呈現(xiàn)明顯下降趨勢。

廣東日負荷除了具有峰谷差大這一特性外，在峰谷交替階段還具有負荷變化率極快的特點。以2013年典型夏季工作日(6月21日)與冬季工作日(12月23日)為例，如圖2所示。

圖2　廣東省2013年負荷率變化曲線

從圖2可看到，夏季工作日較冬季工作日負荷變化更為劇烈。在早峰攀峰階段(8時左右)負荷變化率逐漸增大，最高達5 500 MW；中午下降階段(12時左右)，負荷變化率最高達5 500 MW，斜率更為陡峭，負荷呈現(xiàn)急劇變化趨勢；中午上升階段(13時30分左右)，負荷變化率最高達3 000 MW；下午峰的下降階段，負荷變化率最高達3 500 MW。如此劇烈的負荷波動4個階段，給調(diào)峰帶來了極大的困難，需充分掌握電源特性、合理分配調(diào)峰資源，否則存在電網(wǎng)調(diào)峰容量或速率不足而導(dǎo)致電網(wǎng)頻率越限的風(fēng)險。

2各類型電源運行特性分析

截至2015年4月底，廣東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機容量91.85 GW，約占南方電網(wǎng)裝機容量的40%，其中廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心(以下簡稱“中調(diào)”)的裝機容量77.131 GW，共76家中調(diào)電廠，255臺機組。主要電源類型為火電、水電、蓄能及液化天然氣(liquefiednatural gas, LNG)燃機等，廣東電網(wǎng)機組各類特性指標見表1。

表1廣東電網(wǎng)機組各類特性指標

電源類別裝機容量/GW占本網(wǎng)裝機比例/%調(diào)節(jié)容量比例/%平均調(diào)節(jié)速率/%火電53.8455940～1001.5水電9.230100～100>100蓄能4.2005-100～100>100LNG燃機14.0941560～1004.4

2.1火電機組運行特性

廣東電網(wǎng)的火電機組裝機容量占統(tǒng)調(diào)裝機容量的59%左右，火電機組的運行狀況對廣東電網(wǎng)起著重要作用?；痣姍C組啟停速度較慢，從開機到額定出力歷時較長，開機費用較高，不宜頻繁啟動?；痣姍C組升降負荷速度較慢，且出力須保持在最小技術(shù)出力和最大額定出力之間，出力過低時機組燃料燃燒不穩(wěn)定，將導(dǎo)致煤耗的增大和機組效率的降低，甚至導(dǎo)致脫硫、脫硝裝置退出，從而受到嚴重的環(huán)保處罰。

基于火電機組自身的運行特點及在網(wǎng)內(nèi)所占比例，應(yīng)合理安排火電機組適時適量的參與調(diào)峰調(diào)頻。隨著廣東電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和優(yōu)化，火電調(diào)峰、調(diào)頻將會逐漸被其他更經(jīng)濟有效的方式替代。

2.2常規(guī)水電機組運行特性

常規(guī)水電機組工作靈活，啟動迅速，跟隨負荷能力較強，從開機到額定出力僅需幾分鐘時間。水電機組在廣東電網(wǎng)中除發(fā)電外，在系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、事故備用和同期調(diào)相等方面都充當(dāng)著非常重要的角色。水電機組的運行情況主要受水文條件等自然因素的影響，因此應(yīng)根據(jù)不同機組的具體情況合理安排運行狀態(tài)。

水電機組反應(yīng)迅速，經(jīng)濟性好，污染少，適宜用作調(diào)峰調(diào)頻電源，調(diào)峰能力可達100%，但是水電機組在豐水期和枯水期發(fā)電能力差別大，枯水期機組的出力甚至只有裝機容量的25%～30%。為了合理的利用資源，在豐水期，常規(guī)水電機組應(yīng)優(yōu)先考慮發(fā)電，盡量避免棄水調(diào)峰浪費資源；在枯水期，可安排常規(guī)水電機組盡可能地參與調(diào)峰調(diào)頻。

2.3抽水蓄能機組運行特性

抽水蓄能機組除了具有常規(guī)水電機組運行靈活、啟停迅速、跟隨負荷能力強等優(yōu)點之外，還有其自身特有的特點，如移峰填谷、調(diào)頻、事故備用、黑啟動等[6-9]。以中調(diào)管轄的廣州抽水蓄能電廠為例，主要工況轉(zhuǎn)換時間見表2。

表2廣州抽水蓄能電廠主要工況轉(zhuǎn)換時間

A廠B廠工況轉(zhuǎn)換時間/s工況轉(zhuǎn)換時間/sS→G(滿載)240S→G(滿載)100S→P(SFC)660S→P(SFC)390G(滿負荷)→GCB斷開36G(滿負荷)→GCB斷開45G(滿載)→S360G(滿載)→S240P(滿負荷)→GCB斷開25P(滿負荷)→GCB斷開40P→S300P→S200S→CP(SFC)315CP→P75CP→S210

S—靜止(發(fā)電機出口斷路器、隔離開關(guān)分位)；P—水泵工況；G—發(fā)電工況；GCB—發(fā)電機出口斷路器，generator circuit breaker的縮寫;CP—抽水調(diào)相，sincronous condenser operation in pump direction的縮寫；SFC—靜止頻率控制器，static frequency converter的縮寫。

表2的數(shù)據(jù)說明抽水蓄能機組反應(yīng)迅速，運行靈活，啟停方便，可滿足各種運行方式的調(diào)峰調(diào)頻需求，在廣東電網(wǎng)中發(fā)揮了重要的調(diào)峰作用。

2.4燃氣機組運行特性

燃氣機組不僅可以作為調(diào)峰機組使用，也能承擔(dān)基本負荷，且增減出力速率與常規(guī)水電相當(dāng)。發(fā)電兼供熱的燃氣機組，在采暖期作為供熱機組兼顧調(diào)峰，其他時期均可全部作為調(diào)峰機組使用。機組在夏季高溫時，出力會受到一定程度影響，一般出力要降低15%左右。燃氣機組可解決電網(wǎng)中存在的諸多問題，如緩解枯水期電力供應(yīng)不足、減小電網(wǎng)峰谷差、減輕對環(huán)境的污染、改善電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)等。廣東境內(nèi)燃氣機組氣源主要來自大鵬、中海油等天然氣站，受城市用氣、海上天氣影響較大。因此，提供穩(wěn)定的氣源，保證燃氣機組在電網(wǎng)中的合理比重，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有重要意義。

2.5外來電源運行特性

外電包括西電和港電，其中西電分為西南電力、三峽電力、鯉魚江電廠和橋口電廠。西南電指500 kV梧羅雙回、賀羅雙回、玉茂雙回和桂山雙回8回交流，以及天廣、高肇、興安、楚穗、江城、普僑、牛從甲乙共8回直流輸送的總和。目前送入廣東外電最大占統(tǒng)調(diào)負荷已達1/3左右，受云南、貴州等地棄水等因素影響，調(diào)峰能力有限。

3基于電源特性優(yōu)化協(xié)調(diào)的調(diào)峰策略

廣東電網(wǎng)裝機以調(diào)節(jié)性能相對較差的火電為主，也有調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的燃氣機組、水電以及蓄能機組，因此，必須優(yōu)化協(xié)調(diào)水火氣電的調(diào)節(jié)性能，充分發(fā)揮各自性能。燃氣機組、水電、蓄能機組調(diào)節(jié)速率大，適宜用于快速備用。正常情況下由于“以水定電”的策略，常規(guī)水電通常保持出力恒定，僅參與調(diào)峰階段。日常調(diào)頻則由部分火電自動發(fā)電控制(automatic generation, AGC)機組、燃氣機組與蓄能機組聯(lián)合調(diào)節(jié)，將另一部分燃氣機組、蓄能機組的出力維持在合理水平，留足上下快速調(diào)節(jié)容量，以應(yīng)付控制性能標準(control performance standard, CPS)惡化狀態(tài)。以廣東電網(wǎng)某典型夏季工作日負荷曲線為例，對調(diào)峰調(diào)頻策略進行說明,如圖3所示。

圖3　廣東電網(wǎng)典型夏季工作日負荷

由圖3可見，廣東電網(wǎng)的負荷特性按照不同的時段可以分：負荷低谷期(22:00—07:30)、高峰負荷平穩(wěn)期(09:00—11:15、14:00—17:00、19:00—22:00)、負荷突變期(07:30—08:30、11:15—14:00、17:00—19:00)。圖4(a)至(d)為不同時段的負荷率變化曲線。

圖4　廣東省負荷率變化曲線

具體針對廣東電網(wǎng)不同的負荷時段，調(diào)節(jié)方法見表3。

表3不同電源特性優(yōu)化協(xié)調(diào)的調(diào)峰策略

時段負荷特性火電機組常規(guī)水電抽水蓄能機組燃氣機組07:45-8:15負荷快速上升7時52分開始調(diào)增絕大部分火電,保證足夠速率調(diào)峰在此階段前保持低位或停機,視情況調(diào)增、并網(wǎng)逐漸停泵開機在此階段前保持低位或停機,視情況調(diào)增、并網(wǎng)11:15-12:15負荷急速下降11時52分開始調(diào)減絕大部分火電,保證足夠速率調(diào)峰在此階段前保持高位,視情況快速調(diào)減、解列蓄能A廠開機、蓄能B廠開CP,12時左右A廠停機,同時B廠CP轉(zhuǎn)泵在此階段前保持高位,視情況快速調(diào)減13:15-14:00負荷快速上升13時22分開始調(diào)增部分火電無特殊要求若蓄能廠有泵則停泵、無泵則開機無特殊要求17:15-17:45負荷快速下降17時22分開始調(diào)減部分火電無特殊要求若蓄能廠有機則停機、無機則開泵無特殊要求其余時段負荷基本平緩少部分機組AGC投入SCHER模式,隨頻率調(diào)節(jié)出力無特殊要求蓄能B廠機組若開機則將AGC投入自動模式,隨頻率調(diào)節(jié)出力少部分機組AGC投入BASER模式,隨頻率調(diào)節(jié)出力

注：SCHER的意思是機組的基本功率由計劃曲線確定，無條件承擔(dān)調(diào)節(jié)量；BASER的意思是機組的基本功率取調(diào)度員當(dāng)時的給定值，無條件承擔(dān)調(diào)節(jié)量。

具體說明如下：

a)負荷低谷期。根據(jù)蓄能上庫庫容的結(jié)余，有計劃開出蓄能泵工況，所抽水量應(yīng)滿足第二天預(yù)計的蓄能發(fā)電水量需求。燃氣機組(9E、9F機組)大部分以兩班制形式陸續(xù)停機，火電出力基本保持低位，甚至降至最低技術(shù)出力以下運行。

b)高峰負荷平穩(wěn)期。火電作為基荷；蓄能機組在發(fā)電工況作為調(diào)頻機組調(diào)整至自動模式，水電機組因有用水限制，一般作為快速備用容量帶低負荷運行；燃氣機組按照大鵬、中海油等不同氣源的氣調(diào)要求，控制電廠用氣量在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

c)負荷突變期。火電機組需全力加減參與調(diào)峰。水電機組作為火電負荷預(yù)測偏差的修正，在不導(dǎo)致棄水前提下可短時由最低出力到滿負荷的大幅調(diào)整。燃氣機組因為調(diào)節(jié)速度快，在負荷突變時段負荷也需要頻繁變動。蓄能機組則是最重要的調(diào)峰調(diào)頻電源，在負荷突變時期需要靈活運行。

4結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，廣東電網(wǎng)日負荷特性將呈現(xiàn)峰谷差進一步加大的趨勢，而電網(wǎng)調(diào)峰電源容量缺額較大，在特殊時期調(diào)峰困難。本文通過分析火電、水電、蓄能、天然氣電等電源調(diào)節(jié)特性，結(jié)合廣東電網(wǎng)不同時期的負荷變化情況，提出了基于電源特性優(yōu)化協(xié)調(diào)的調(diào)峰策略，經(jīng)調(diào)度實踐表明該方法高效可靠，有效地保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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董超(1988)，男，湖北黃石人。工程師，工學(xué)碩士，主要從事電網(wǎng)智能調(diào)度運行工作。

盧恩(1976), 男，湖北荊州人。教授級高級工程師，工學(xué)博士，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運行管理工作。

譚力強(1973)，男，廣東羅定人。高級工程師，工學(xué)學(xué)士，從事電網(wǎng)調(diào)度運行策劃工作。

(編輯王夏慧)

Peak Regulation Strategy for Guangdong Power Grid Based on Optimization and

Coordination of Power Source Characteristic

DONG Chao1, LU En1, TAN Liqiang1, ZHOU Wei1, WANG Bo2

(1. Electric Power Dispatching Control Center of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510600, China; 2. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China)

Abstract：Aiming at status quo of increasing difference between peak and valley of load and load changing rate of Guangdong power grid and worsening peak regulation pressure of the unit and starting from operational characteristics of various power sources of Guangdong power grid, this paper proposes relative conclusion and suggestions about peak regulation strategies based on optimization and coordination of power source characteristics by analyzing peak regulation cases such as typical daily load peak time section, load valley time section and alternating time section of peak valley.

Key words：difference between peak and valley; load changing rate; peak regulation; power source characteristic; optimization and coordination

作者簡介：

中圖分類號：TM743

文獻標志碼：A

文章編號：1007-290X(2016)01-0041-04

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.01.009

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(51477121)

收稿日期：2015-04-01修回日期：2015-10-09