水电厂综合厂用电率数学模型探讨

2010-09-04罗信芝谭文胜胡春林五凌电力有限公司湖南长沙410004

湖南电力 2010年2期

罗信芝,谭文胜,胡春林(五凌电力有限公司,湖南长沙 410004)

综合厂用电率是指发电生产过程中综合厂用电量与发电量的比值,综合厂用电量是厂用电量与变压器损耗之和,即发电量与上网电量之差,反映了电厂辅助设备和主变压器的电能消耗量占发电量的比例。

综合厂用电率是发电企业核算成本的经济指标之一,也是衡量节能降耗的指标之一,直接影响电厂效益,过去往往是简单地以前几年度的综合厂用电率为参考,凭感觉确定考核指标,方法过于粗糙。在水电厂的发电计划编制和发电收入预算编制过程中,以及未来的竞价上网工作中,通常需要提供月度甚至每日的上网电量,而当前根据水情、发电容量等推算出的往往是发电量。如果能建立月度综合厂用电率的数学模型,则可以简便快捷地计算出各种发电量下的月度综合厂用电率,汇总得到考核期间的综合厂用电率指标,或者通过求得综合厂用电量从而推算出月度或日上网电量。因此研究综合厂用电率的数学模型很有必要。

1 影响综合厂用电率的因素分析及模型

综合厂用电量为厂用电量与变压器损耗之和,而厂用电量与厂用接线方式、发电机出力、环境因素和管理因素有关,主变损耗与主接线方式、运行方式和发电机出力、气候因素和管理因素有关。

其中厂用接线方式、主接线方式、管理因素对综合厂用电量的影响是基本恒定的,且主变空载损耗也是相对恒定的,可以用一个常量 A表示。变压器负载损耗和部分辅助设备用电与发电机出力成正比,而发电机出力的积分就是统计期间的发电量,如果设发电量为变量 x,则该部分用电量可以用 Bx表示。还有部分辅助设备用电与发电机出力有关但无固定规律,假设用 Cf(x)表示。另外考虑到综合厂用电率还受到气候因素主要是温度的影响,故设立一个温度调节系数 K,为简便计,考虑此调节系数与月份关联。实际上,综合厂用电量还受到其他因素诸如来水偏丰或偏枯、生产工程安排等影响,但是比重小,文中暂不作考虑。

因此综合厂用电量可以用 K〔A+Bx+Cf(x)〕的形式来表示,其中 K为温度调节系数,A,B,C为常数,x为发电量,f(x)是发电量的函数。综合厂用电率即综合厂用电量除以发电量,可用 K〔B+A/x+Cf(x)/x〕来表示。

2 水电厂综合厂用电率预测实现

首先确定温度系数 K。观察历史数据发现,严寒和酷暑时综合厂用电率明显高于春秋季节,且安装立式水轮机组的电厂与安装卧式水轮机组电厂的温度系数有明显差异,前者因为综合厂用电率相对较低,受温度影响较大。找出某个电厂在不同月份发电量相近时对应的不同综合厂用电率,就可以大致确定该系数。例如五强溪电厂 2008年 5月和 7月发电量分别为 4.68亿 k Wh和 4.85亿 kWh,综合厂用电率 0.81%和 0.86%,假设 5月份温度系数为 1,则 7月份温度系数约为 1.06,综合其他年份 5月与 7月对比的情况后,最终取该厂 7月相对5月份的温度系数为 1.1。

罗列某厂每月对应的发电量和上网电量,计算出实际对应的综合厂用电率,为便于观察,将其放大 10 000倍,将得到的数据组按发电量递增的顺序排列,可得到一条体现实际综合厂用电率与发电量关系的折线,再除以温度系数,目测并删除少量的数据,以去除折线上明显的例外数据。

然后确定 A,B,C的值。B应该等于 B+A/x+Cf(x)/x所示曲线水平切线的纵轴坐标,初始近似地取 B等于 10000倍综合厂用电率最小值。因为发电量较小时综合厂用电率快速增长,即趋势线在靠近纵轴时明显较陡,根据这一特征假设f(x)/x用 1/x的平方根表示,以此来体现坡度的增加,并根据靠近纵轴处坡度与趋势线右半幅坡度的反差来确定系数 C,反差越大,C值越大,A值越小。根据以上原则初步设定 1组 A,B,C值后,观察 B+A/x+Cf(x)/x所拟合的曲线与实际折线的吻合度以及 2者之差的平方和,并不断修正 A,B,C的值,使吻合度最好,即拟合的曲线与实际折线纵坐标之差的总和接近于 0、平方和最小,此时 A,B,C的值即得到确定。将数值代入 B+A/x+Cf(x)/x中,再乘以温度系数即所求的数学模型。

但在拟合过程中,发现部分电厂近年通过加强管理使综合厂用电率明显下降,为了保证数学模型在将来的实用性,最佳拟合时并不是取拟合曲线与全部数据的最佳吻合,而是与近年数据的最佳吻合,这时数学模型计算值比早先的历史数据略偏小。

3 综合厂用电率预测在水电厂的应用

3.1 五强溪水电厂

五强溪水电厂安装 5台 240 MW混流式机组,1996年 12月全部投产。

取 2001～2008年的分月发电量和上网电量,因为该厂 2005年末关口表计更换前后计量误差存在明显差异,且通过节能管理降耗效果明显,作者对此进行了数据补偿或校正以剔除其影响,在去除例外数据后得到 87组数据。通过比较确定温度系数如表 1所示,按照前述研究方法多次试探,求得最佳拟合时对应的曲线见图 1,对应的综合厂用电率数学模型为 K〔0.0051+57/x+SQRT(0.08/x)〕。如果按历史时间顺序排列,则拟合曲线与实际折线的关系见图 2。

表 1 五强溪水电厂综合厂用电率温度系数 K

图 1 五强溪水电厂综合厂用电率 (按电量排序)

图 2 五强溪电厂综合厂用率 (按时间排序)

3.2 凌津滩水电厂

凌津滩水电厂安装 9台 30 MW的灯泡式水轮发电机组,2000年底全部投运。

取 2002～2008年的分月发电量和上网电量,去除例外数据后得到 84组数据,通过比较确定温度系数如表 2所示,按照前述研究方法求得最佳拟合时的曲线见图 3,对应的综合厂用电率数学模型是 K〔0.0107+32/x+SQRT(0.01/x)〕。如果按历史时间顺序排列,则拟合曲线与实际折线的关系见图4。