水火混合电力系统的日有功优化调度

曹宇佳

东华科技股份有限公司

水火混合电力系统的日有功优化调度

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在现有我国电力市场化的条件下，简单的电能平衡已经不能满足市场化的需求，节能环保低碳的能源利用，以及更低成本的电网运行，已经成为了目前电网调度的目标。在这样的环境下，本文提出了一种方法，根据目前我国主要以川流式水力发电、水库式水力发电和大量的火力发电的情况下，通过平均供电费用及各配电种类的特点优化调度，最终做到更低碳环保地利用资源。

电力市场;平均费用;水火混合电力系统

水火混合电力系统经济负荷分配,首先应满足系统安全稳定运行，保证电能质量,然后尽量充分利用水利资源,在合理的情况下减少各电厂的有功负荷供求矛盾,在考虑网损的情况下,达到系统的最经济运行。在一般的电力系统条件下,通常采取分解协调的方法解决水火混合电力系统的经济负荷调度，这是因为要考虑到各水电厂的水库容量、进水量、出水量和水头等约束, 使得问题复杂化。考虑到目前在电力市场条件下,各电厂以独立企业形式存在并为追求自身的利润发展，节能降耗已经成为各企业的首要任务，各电厂能通过市场行为竞价上网。所以,水电机组完全可以看作是火电机组并等同处理，对于水轮机组只需考虑的出力上、下限, 使得问题得到了简化。水轮机组的物理特性使得它和汽轮机组比较中，他们的约束条件存在差异，首先水轮机组几乎不存在负荷爬坡速率的约束, 并且也可以较频繁地启停,运行成本低,这使得水电厂的电价可以远远低于火电厂，同时，水情对水电机组的出力影响巨大，水情和水电机出力关系密切，所以水情成为了水电机的一个约束，这一点可以直接考虑水电机的出力曲线即可。在当我们对水电机组某一时刻的机组出力容量进行考察时,水电机组的出力容量可以看作为一常数,因此我们可以建立一个线性规划，使得水电机组与火电机组作同等考虑，从而使得水火混合系统的经济负荷分配问题趋于简化。

1 电力系统的日有功优化调度的数学模型

在一个拥有n台发电机组的电力系统模型中, 设Pi（max）, Pi（min）为各机组的出力上、下限, 一天有T个时段,在时段t内系统的总负荷为PtR, 这个时段的各机组出力为Pti( i = 1 ,2 ,…, n) 。下面是电力系统的日有功优化调度的数学模型。

1.1 目标函数

为了使得总的购电费用最少，可以将各台机组在i时段的出力Pti乘以该机组发电费用Cti，并求和得到i时段总购电费，再加各时段费用相加得到当日的总购电费用，可以用以下函数表示。

1.2 功率平衡约束条件，发电功率等于负荷功率加上网损，为简便模型，i机组的网损微增率设为常数σi，可得

1.3 系统旋转备用约束条件

1.4 机组容量约束条件

每台机组根据自身的机械特性，拥有出力的最高上限和下限，可以表达为：

1.5 功率响应速度约束条件

这里可以分为俩部分来考虑，水轮机组和火电机组分开考虑。首先考虑火电机组，火电机组的特性决定了火电机组的出力变化有慢, 所以可以得到一个关于火电机组变化能力的约束条件，设机组i的功率响应最大上升速度和最大下降速率分别为 rdi, rri，单位为MW/ h得：

水轮机组因为其自身特性可以功率响应速度高，响应时间可以忽略不计。

1.6 机组启停约束条件

调峰机组可能一天内启动n次，由于机械等原因，机组启停存在以下约束，一天内机组存在最大的启停次数限制Ai，本文通过对机组的状态进行数字处理，设机组停机时刻机组状态量A取值为0，机组运行时机组状态量取1，可以表达为

如此以来，在电力系统中水火混合电力系统的日有功优化问题就可以这样表达为多时段的综合约束优化问题。

2 发电机组的发电平均运行

基于式（6）可以求解出机组经济组合，然后再进行经济分配，为了方便和快捷的运算，本文的方法是计算出各个机组的运行平均运行费用，再通过排序列表的方法，将平均运行费用由低到高的顺序自上而下的进行列表，为考虑环保低碳其中需要注意的是，排在最上面的为川流式发电厂，然后根据丰水季和枯水季的区别排列，将火力发电机组和水库式发电机组按以下原则排列，当处在丰水季时，水库式发电机组的优先级别高于火力发电机组，应当注意的是此时的水库式发电机组需要留有一定比例的容量作为备用。当处在枯水季时，火力发电机组优先级在水库式发电机组的前面。接下来对列表从上至下一一进行累加，将累加结果与系统总负荷比较，最后得到满足旋转备用约束条件、功率响应约束条件m台机组。这列表第m排机组以上包括第m机组开机运行，而第m排以下的机组停机，这样就可以得到当系统负荷增加的时候，平均运行费用更低的机组能更多的出力；当系统负荷下降时，平均运行费用高的机组优先减少出力，最终实现水火混合电力系统的日经济运行。以上分析都基于对平均运行费用的有效评估做出的判断，那么下面本文将对平均运行费用进行量化。

发电机组的发电平均运行费用来自两个部分，一部分来自于机组运行时产生的运行费用y1，一部分来自于启动机组产生的平均运行费用y2，即机组i一天内总的运行费用可用下式表达,式子中A表示启停次数。

按近期统计数据对每台机组计算其平均运行费用，这样就可以利用平均运行费用更为准确的对各个机组的出力进行调配，最终达到水火混合电力系统的整体经济运行。

3 结语

通过以上分析，本文得到了一种能环保低碳的能源利用，以及更低成本的电网运行的方法。在对目前我国主流的三种发电方式：川流式水力发电、水库式水力发电、火力发电分析中，首先通过多种约束条件得到最优机组组合，然后把川流式水力发电作为最底层的基础发电，尽量利用其资源，然后对枯水季和丰水季节进行分类，丰水季尽可能地多利用水库式水力发电减少碳排放，枯水季利用水库式水力发电调峰，以减少火力发电机组平凡启停带来的额外成本，最终实现水火混合电力系统的日有功经济运行。

[1]姚建刚,章建.电力市场分析[M]. 北京:高等教育出版社,1999

[2]尚金成,等.电力市场理论研究与应用[M]. 北京. 中国电力出版社, 2002

[3]周全仁,张清益.电网计算与程序设计[M]. 长沙:湖南科技出版社,1983

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.002