王廣宗

天津三源電力集團(tuán)有限公司，天津 300010

0 引言

隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)的逐漸完善，人們對(duì)電力的需求越來越大。隨著核電站數(shù)量的不斷攀升，核能逐漸成為我國(guó)第三大電力能源[1]，目前核電站的調(diào)峰系統(tǒng)利用核電機(jī)組堆的方式進(jìn)行調(diào)峰。發(fā)電站在負(fù)運(yùn)行的狀態(tài)下，如何在保證安全性的前提下靈活地進(jìn)行調(diào)峰成為重要的研究課題之一?？紤]到負(fù)運(yùn)行備用問題[2]，傳統(tǒng)的調(diào)峰模式建立負(fù)荷跟蹤的模型并對(duì)機(jī)組重現(xiàn)進(jìn)行組合，但按照核電燃料的成本計(jì)算，該方式的成本較高，能源消耗較大，不符合現(xiàn)代化發(fā)電站可持續(xù)發(fā)展的理念。按照調(diào)峰的步驟將調(diào)峰容量增大的方法，要求對(duì)調(diào)峰時(shí)間進(jìn)行預(yù)判準(zhǔn)確，調(diào)峰方式與調(diào)峰容量變化條件難以一一對(duì)應(yīng)，即發(fā)現(xiàn)問題全面，解決辦法不足[3]。為此，文章基于負(fù)運(yùn)行的特征，建立模型對(duì)調(diào)峰的需求和靈活性進(jìn)行計(jì)算，增加傳統(tǒng)模式的調(diào)峰靈活性，使蓄能電站不再是負(fù)荷跟蹤的唯一數(shù)據(jù)來源，以適應(yīng)發(fā)電新能源的使用。

1 建立基于負(fù)運(yùn)行特征建立優(yōu)化協(xié)調(diào)函數(shù)

按照發(fā)電站所需的能源種類進(jìn)行多源聯(lián)合的協(xié)調(diào)函數(shù)建立。建立關(guān)于運(yùn)行、深度調(diào)峰和備用容量成本的優(yōu)化協(xié)調(diào)函數(shù)[4]：

式中：Q為調(diào)峰的總成本，在優(yōu)化函數(shù)中將成本壓縮到最??；qi，t為使用機(jī)組i在時(shí)段t的情況下的運(yùn)行成本；wi，t為啟停成本；ei，t為深度調(diào)峰成本；ri，t為備用設(shè)備成本；T為調(diào)峰的總體時(shí)間。

運(yùn)行成本由電站的運(yùn)行功率決定，其計(jì)算式如下：

式中：a、b、c為固定參數(shù)，主要由具體的運(yùn)行步驟決定；P為機(jī)組在調(diào)峰時(shí)段的運(yùn)行功率。

啟停成本的計(jì)算式如下：

式中：d、d1為啟動(dòng)和啟停的變量，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)d=1，機(jī)組未啟動(dòng)時(shí)d=0，d1的取值區(qū)間為（0，1），d1=0代表機(jī)組未停機(jī)[5]，無須核算停機(jī)成本，d1=1則代表啟停成功，需核算停機(jī)成本；s為單次啟停的成本，在啟動(dòng)時(shí)計(jì)算，不啟動(dòng)時(shí)不計(jì)算。

深度調(diào)峰成本的計(jì)算式如下：

式中：u為變量系數(shù)，額定功率區(qū)間為50%～70%，在該功率區(qū)間內(nèi)，u的取值為1，不在該功率區(qū)間內(nèi)，u的取值為零；v為進(jìn)行深度調(diào)峰所額外需要的成本[6]；u1為額定功率區(qū)間為30%～50%的取值參數(shù)，參數(shù)的取值規(guī)則與u一致。

備用設(shè)備成本的計(jì)算式如下：

式中：R為備用設(shè)備的運(yùn)行功率。

備用設(shè)備成本參數(shù)的取值與運(yùn)行成本的參數(shù)取值一致。

2 設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)函數(shù)的平衡約束條件

根據(jù)發(fā)電的負(fù)荷平衡情況可計(jì)算電網(wǎng)調(diào)峰需求，根據(jù)調(diào)峰需求對(duì)協(xié)調(diào)函數(shù)設(shè)置約束條件。對(duì)風(fēng)力發(fā)電的極限情況進(jìn)行建模，并對(duì)兩種極限情況進(jìn)行推導(dǎo)約束包括系統(tǒng)爬坡能力的計(jì)算[7]。客觀規(guī)律上，備用出力與風(fēng)力的變化是反向線性關(guān)系。但在約束條件的設(shè)立中，需對(duì)備用出力的上下限進(jìn)行計(jì)算：

式中：Pi，t為預(yù)測(cè)的風(fēng)力極限值，極限在理論上不可超過每分段的容量極限。

采用IEEE計(jì)算軟件對(duì)約束條件進(jìn)行計(jì)算分析，系統(tǒng)中設(shè)置火電機(jī)組的裝機(jī)容量為3 000 MW，在系統(tǒng)中對(duì)火電機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，根據(jù)目前火電機(jī)組運(yùn)行的情況，電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷為2 800 MW，低于機(jī)組的裝機(jī)容量。設(shè)風(fēng)電滲透率為30%～35%，風(fēng)電并網(wǎng)容量低于800 MW，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記和整理，可得出中等城市的風(fēng)電使用時(shí)間為2 400 h，電力系統(tǒng)的其他參數(shù)取值按常規(guī)取值即可，負(fù)運(yùn)行備用的負(fù)荷旋轉(zhuǎn)備用系數(shù)為10%～15%，而電力系統(tǒng)的使用壽命按照15年計(jì)算。機(jī)組在進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)，單位壓出力不變，棄風(fēng)懲罰費(fèi)用系數(shù)按照500元/次計(jì)算，失負(fù)荷懲罰費(fèi)用系數(shù)為0.274，轉(zhuǎn)子的斷裂周次為11 500 000。對(duì)約束條件進(jìn)行優(yōu)化后，計(jì)算值更加準(zhǔn)確。

3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)調(diào)峰協(xié)調(diào)優(yōu)化方法是否能夠解決傳統(tǒng)調(diào)峰協(xié)調(diào)優(yōu)化方法產(chǎn)生的問題，將該方式應(yīng)用于實(shí)際案例中，對(duì)比優(yōu)化前后的調(diào)峰效率及效益。

3.1 項(xiàng)目概況

A地區(qū)的X核電站在某年某月某日正式使用文章所提電力系統(tǒng)調(diào)峰協(xié)調(diào)的優(yōu)化方法，3 d后完成第一次使用，在使用當(dāng)日由于氣溫驟降，居民和工廠緊急開啟供暖設(shè)備，在次日凌晨2：48出現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)峰需求。電站負(fù)荷下降的實(shí)際情況要求調(diào)峰調(diào)用持續(xù)5 h以上，根據(jù)機(jī)組調(diào)峰的時(shí)間需求和技術(shù)成本，該調(diào)峰需調(diào)用有償資源，在出現(xiàn)調(diào)峰需求2 h內(nèi)，A地區(qū)的用電量最大值高達(dá)612 MW。交易結(jié)束當(dāng)天的調(diào)峰日負(fù)荷如圖1所示。

圖1 交易結(jié)束當(dāng)天的調(diào)峰日負(fù)荷曲線

調(diào)峰區(qū)間調(diào)峰至50%額定電力的檔位，有償調(diào)峰機(jī)組的最大需求量為12臺(tái)，預(yù)測(cè)未來需要調(diào)峰的時(shí)段共有25個(gè)，在模型的模擬推演中選擇調(diào)峰的優(yōu)先順序，在首次調(diào)峰后45 d后完成啟停調(diào)峰調(diào)用，啟停次日零點(diǎn)，電量最大需求值達(dá)到1 725 MW，調(diào)峰資源難以供應(yīng)增長(zhǎng)電量，工作人員對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行爬坡約束地取消，未進(jìn)行機(jī)組啟停。在調(diào)峰資源的使用期限內(nèi)完成調(diào)峰需求，并于次日早上5：02徹底關(guān)停機(jī)組，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰實(shí)際調(diào)用。

3.2 應(yīng)用結(jié)果

為了分析該優(yōu)化方法在實(shí)例中運(yùn)營(yíng)后的經(jīng)濟(jì)效益變化，對(duì)比優(yōu)化前和優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果如表1所示。

表1 應(yīng)用結(jié)果 單位：萬元

從表1可以看出，優(yōu)化前調(diào)峰需要的總體費(fèi)用為1 061.4萬元，優(yōu)化后的調(diào)峰方法費(fèi)用下降了11.4%，雖然優(yōu)化前的不涉及有償調(diào)峰設(shè)備的租賃，且啟停費(fèi)用的需求也較少，但能源消耗和是負(fù)電荷的費(fèi)用需求卻較高?？傮w評(píng)價(jià)，優(yōu)化后的方法更能節(jié)約成本。

4 結(jié)束語

隨著用電需求的增多，對(duì)調(diào)峰系統(tǒng)的要求也越高?；诖?，文章提出了一種考慮負(fù)運(yùn)行備用的電力系統(tǒng)調(diào)峰協(xié)調(diào)的優(yōu)化方法，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法不僅可以節(jié)省調(diào)峰的成本，還提升了調(diào)峰的整體效率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。