基于电源特性优化协调的广东电网调峰策略

董超，卢恩，谭力强，周巍，王波

(1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600；2. 武汉大学 电气工程学院，湖北 武汉 430072)



基于电源特性优化协调的广东电网调峰策略

董超1，卢恩1，谭力强1，周巍1，王波2

(1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510600；2. 武汉大学 电气工程学院，湖北 武汉 430072)

摘要：针对广东电网负荷峰谷差与负荷变化率日趋增大、机组参加电网调峰压力日趋严峻的现状，从广东电网各类型电源运行特性出发，通过对典型日高峰段、低谷段以及峰谷交替时段等调峰案例的分析，提出了基于电源特性优化协调的调峰策略相关结论及建议。

关键词：峰谷差；负荷变化率；调峰；电源特性；优化协调

1广东电网调峰现状分析

广东省经济发达，电力需求旺盛，电网规模和用电负荷总量居全国省级电网前列，2013年最高负荷达84.071 GW。广东注重历史文化和传统民俗，各类社会活动对电力负荷有明显影响。气候以亚热带季风气候为主，降水在年内分配不均，台风频繁，气象条件的变化对负荷需求也有十分显著的影响(空调负荷20 GW)[1-5]。在同一天内，峰谷差一般占最高负荷的30%～40%。

图1为2013年典型节假日(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)的负荷对比。

图1　2013年典型日负荷曲线对比

从图1可以看出：夏季工作日最大峰谷差已接近30 GW，呈现明显的“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较大，但基本呈现“两峰两谷”特性，且下午峰大部分情况较早峰略高；典型节假日负荷则基本平缓，峰谷差较前两者呈现明显下降趋势。

广东日负荷除了具有峰谷差大这一特性外，在峰谷交替阶段还具有负荷变化率极快的特点。以2013年典型夏季工作日(6月21日)与冬季工作日(12月23日)为例，如图2所示。

图2　广东省2013年负荷率变化曲线

从图2可看到，夏季工作日较冬季工作日负荷变化更为剧烈。在早峰攀峰阶段(8时左右)负荷变化率逐渐增大，最高达5 500 MW；中午下降阶段(12时左右)，负荷变化率最高达5 500 MW，斜率更为陡峭，负荷呈现急剧变化趋势；中午上升阶段(13时30分左右)，负荷变化率最高达3 000 MW；下午峰的下降阶段，负荷变化率最高达3 500 MW。如此剧烈的负荷波动4个阶段，给调峰带来了极大的困难，需充分掌握电源特性、合理分配调峰资源，否则存在电网调峰容量或速率不足而导致电网频率越限的风险。

2各类型电源运行特性分析

截至2015年4月底，广东电网统调装机容量91.85 GW，约占南方电网装机容量的40%，其中广东电网有限责任公司电力调度控制中心(以下简称“中调”)的装机容量77.131 GW，共76家中调电厂，255台机组。主要电源类型为火电、水电、蓄能及液化天然气(liquefiednatural gas, LNG)燃机等，广东电网机组各类特性指标见表1。

表1广东电网机组各类特性指标

电源类别装机容量/GW占本网装机比例/%调节容量比例/%平均调节速率/%火电53.8455940～1001.5水电9.230100～100>100蓄能4.2005-100～100>100LNG燃机14.0941560～1004.4

2.1火电机组运行特性

广东电网的火电机组装机容量占统调装机容量的59%左右，火电机组的运行状况对广东电网起着重要作用。火电机组启停速度较慢，从开机到额定出力历时较长，开机费用较高，不宜频繁启动。火电机组升降负荷速度较慢，且出力须保持在最小技术出力和最大额定出力之间，出力过低时机组燃料燃烧不稳定，将导致煤耗的增大和机组效率的降低，甚至导致脱硫、脱硝装置退出，从而受到严重的环保处罚。

基于火电机组自身的运行特点及在网内所占比例，应合理安排火电机组适时适量的参与调峰调频。随着广东电网结构的不断调整和优化，火电调峰、调频将会逐渐被其他更经济有效的方式替代。

2.2常规水电机组运行特性

常规水电机组工作灵活，启动迅速，跟随负荷能力较强，从开机到额定出力仅需几分钟时间。水电机组在广东电网中除发电外，在系统调峰调频、事故备用和同期调相等方面都充当着非常重要的角色。水电机组的运行情况主要受水文条件等自然因素的影响，因此应根据不同机组的具体情况合理安排运行状态。

水电机组反应迅速，经济性好，污染少，适宜用作调峰调频电源，调峰能力可达100%，但是水电机组在丰水期和枯水期发电能力差别大，枯水期机组的出力甚至只有装机容量的25%～30%。为了合理的利用资源，在丰水期，常规水电机组应优先考虑发电，尽量避免弃水调峰浪费资源；在枯水期，可安排常规水电机组尽可能地参与调峰调频。

2.3抽水蓄能机组运行特性

抽水蓄能机组除了具有常规水电机组运行灵活、启停迅速、跟随负荷能力强等优点之外，还有其自身特有的特点，如移峰填谷、调频、事故备用、黑启动等[6-9]。以中调管辖的广州抽水蓄能电厂为例，主要工况转换时间见表2。

表2广州抽水蓄能电厂主要工况转换时间

A厂B厂工况转换时间/s工况转换时间/sS→G(满载)240S→G(满载)100S→P(SFC)660S→P(SFC)390G(满负荷)→GCB断开36G(满负荷)→GCB断开45G(满载)→S360G(满载)→S240P(满负荷)→GCB断开25P(满负荷)→GCB断开40P→S300P→S200S→CP(SFC)315CP→P75CP→S210

S—静止(发电机出口断路器、隔离开关分位)；P—水泵工况；G—发电工况；GCB—发电机出口断路器，generator circuit breaker的缩写;CP—抽水调相，sincronous condenser operation in pump direction的缩写；SFC—静止频率控制器，static frequency converter的缩写。

表2的数据说明抽水蓄能机组反应迅速，运行灵活，启停方便，可满足各种运行方式的调峰调频需求，在广东电网中发挥了重要的调峰作用。

2.4燃气机组运行特性

燃气机组不仅可以作为调峰机组使用，也能承担基本负荷，且增减出力速率与常规水电相当。发电兼供热的燃气机组，在采暖期作为供热机组兼顾调峰，其他时期均可全部作为调峰机组使用。机组在夏季高温时，出力会受到一定程度影响，一般出力要降低15%左右。燃气机组可解决电网中存在的诸多问题，如缓解枯水期电力供应不足、减小电网峰谷差、减轻对环境的污染、改善电网电源结构等。广东境内燃气机组气源主要来自大鹏、中海油等天然气站，受城市用气、海上天气影响较大。因此，提供稳定的气源，保证燃气机组在电网中的合理比重，对电网的安全稳定运行有重要意义。

2.5外来电源运行特性

外电包括西电和港电，其中西电分为西南电力、三峡电力、鲤鱼江电厂和桥口电厂。西南电指500 kV梧罗双回、贺罗双回、玉茂双回和桂山双回8回交流，以及天广、高肇、兴安、楚穗、江城、普侨、牛从甲乙共8回直流输送的总和。目前送入广东外电最大占统调负荷已达1/3左右，受云南、贵州等地弃水等因素影响，调峰能力有限。

3基于电源特性优化协调的调峰策略

广东电网装机以调节性能相对较差的火电为主，也有调节性能优良的燃气机组、水电以及蓄能机组，因此，必须优化协调水火气电的调节性能，充分发挥各自性能。燃气机组、水电、蓄能机组调节速率大，适宜用于快速备用。正常情况下由于“以水定电”的策略，常规水电通常保持出力恒定，仅参与调峰阶段。日常调频则由部分火电自动发电控制(automatic generation, AGC)机组、燃气机组与蓄能机组联合调节，将另一部分燃气机组、蓄能机组的出力维持在合理水平，留足上下快速调节容量，以应付控制性能标准(control performance standard, CPS)恶化状态。以广东电网某典型夏季工作日负荷曲线为例，对调峰调频策略进行说明,如图3所示。

图3　广东电网典型夏季工作日负荷

由图3可见，广东电网的负荷特性按照不同的时段可以分：负荷低谷期(22:00—07:30)、高峰负荷平稳期(09:00—11:15、14:00—17:00、19:00—22:00)、负荷突变期(07:30—08:30、11:15—14:00、17:00—19:00)。图4(a)至(d)为不同时段的负荷率变化曲线。

图4　广东省负荷率变化曲线

具体针对广东电网不同的负荷时段，调节方法见表3。

表3不同电源特性优化协调的调峰策略

时段负荷特性火电机组常规水电抽水蓄能机组燃气机组07:45-8:15负荷快速上升7时52分开始调增绝大部分火电,保证足够速率调峰在此阶段前保持低位或停机,视情况调增、并网逐渐停泵开机在此阶段前保持低位或停机,视情况调增、并网11:15-12:15负荷急速下降11时52分开始调减绝大部分火电,保证足够速率调峰在此阶段前保持高位,视情况快速调减、解列蓄能A厂开机、蓄能B厂开CP,12时左右A厂停机,同时B厂CP转泵在此阶段前保持高位,视情况快速调减13:15-14:00负荷快速上升13时22分开始调增部分火电无特殊要求若蓄能厂有泵则停泵、无泵则开机无特殊要求17:15-17:45负荷快速下降17时22分开始调减部分火电无特殊要求若蓄能厂有机则停机、无机则开泵无特殊要求其余时段负荷基本平缓少部分机组AGC投入SCHER模式,随频率调节出力无特殊要求蓄能B厂机组若开机则将AGC投入自动模式,随频率调节出力少部分机组AGC投入BASER模式,随频率调节出力

注：SCHER的意思是机组的基本功率由计划曲线确定，无条件承担调节量；BASER的意思是机组的基本功率取调度员当时的给定值，无条件承担调节量。

具体说明如下：

a)负荷低谷期。根据蓄能上库库容的结余，有计划开出蓄能泵工况，所抽水量应满足第二天预计的蓄能发电水量需求。燃气机组(9E、9F机组)大部分以两班制形式陆续停机，火电出力基本保持低位，甚至降至最低技术出力以下运行。

b)高峰负荷平稳期。火电作为基荷；蓄能机组在发电工况作为调频机组调整至自动模式，水电机组因有用水限制，一般作为快速备用容量带低负荷运行；燃气机组按照大鹏、中海油等不同气源的气调要求，控制电厂用气量在规定的范围之内。

c)负荷突变期。火电机组需全力加减参与调峰。水电机组作为火电负荷预测偏差的修正，在不导致弃水前提下可短时由最低出力到满负荷的大幅调整。燃气机组因为调节速度快，在负荷突变时段负荷也需要频繁变动。蓄能机组则是最重要的调峰调频电源，在负荷突变时期需要灵活运行。

4结束语

随着经济的发展，广东电网日负荷特性将呈现峰谷差进一步加大的趋势，而电网调峰电源容量缺额较大，在特殊时期调峰困难。本文通过分析火电、水电、蓄能、天然气电等电源调节特性，结合广东电网不同时期的负荷变化情况，提出了基于电源特性优化协调的调峰策略，经调度实践表明该方法高效可靠，有效地保障了电网的安全稳定运行。

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董超(1988)，男，湖北黄石人。工程师，工学硕士，主要从事电网智能调度运行工作。

卢恩(1976), 男，湖北荆州人。教授级高级工程师，工学博士，主要从事电网调度运行管理工作。

谭力强(1973)，男，广东罗定人。高级工程师，工学学士，从事电网调度运行策划工作。

(编辑王夏慧)

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

作者简介：

中图分类号：TM743

文献标志码：A

文章编号：1007-290X(2016)01-0041-04

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

基金项目：国家自然科学基金项目(51477121)

收稿日期：2015-04-01修回日期：2015-10-09