考虑大规模光伏接入的机组检修中等备用率法的改进

朱坚强，吴　颖

(1. 上海电力设计院有限公司，上海　200025；2. 国网上海市电力公司 电力科学研究院计量中心，上海　200051)

考虑大规模光伏接入的机组检修中等备用率法的改进

朱坚强1，吴颖2

(1. 上海电力设计院有限公司，上海200025；2. 国网上海市电力公司 电力科学研究院计量中心，上海200051)

摘要：发电机组检修计划是一个带多约束条件的多目标优化问题，通常有2类：可靠性目标函数以及经济费用目标函数。目前采用最广泛的目标函数是等备用法、等备用率法以及等风险度法等可靠性目标函数。随着大规模光伏电站接入电力系统，传统的机组检修规划方法越来越显现其局限性，在考虑大规模光伏接入电力系统的基础上，对传统的等备用率法进行改进，建立了改进等备用率法。采用该方法进行机组检修规划，不仅运算速度快，检修规划更加的合理，也更加适应大容量光伏接入的系统。

关键词：机组检修；改进等备用率法；大规模光伏接入

发电机组检修计划是一个带多约束条件的多目标优化问题。由于该问题约束条件复杂、相关因素众多且目标多样化，难以建立统一的数学模型和优化算法。发电机组检修计划的目标函数通常有2类：可靠性目标函数以及经济费用目标函数,也有将两类目标函数结合考虑的。目前采用最广泛、最有效的目标函数是等备用法、等备用率法以及等风险度法等可靠性目标函数。经济费用目标函数经研究不是一个有效的目标函数而很少采用。本文对机组检修规划中的等备用法进行改进，建立改进等备用率法，在机组检修规划中，考虑大规模光伏的接入，在全局范围内用平均备用率进行搜索。采用这种算法不仅运算速度快，而且检修规划也更加的合理，也更加适用大规模光伏接入的新的电力系统。

1大规模光伏接入的电力系统机组检修特点

目前全球能源供应紧张，全球变暖，世界各国都在大力发展绿色能源，以实现能源的可持续发展。太阳能光伏发电具有清洁、源源不断、安全等显著特点，在新能源发展中占据了重要的地位。随着太阳能光伏的发展，我国形成了不少百万千瓦级大型集中光伏发电园区，光伏发电在电力系统中占据了不容忽视的比例。大型光伏电站通过逆变器逆变上网，逆变器容量基本为500kW/台，甚至是单台容量更小的组串式逆变器，与传统的火电水电机组相比，大型光伏电站的装机容量可以媲美于传统机组，但作为电站上网核心设备的逆变器，则容量微乎其微，单台逆变器的故障或检修基本不会影响整个电力系统运行的可靠性。

图1　代表年典型日各月最大辐射强度曲线图

光伏电站的发电功率跟太阳辐射强度成比例，图1为某个地区代表年典型日各月最大辐射强度曲线图。从图1可以看出，5月份的辐射强度最大，相应的5月份光伏电站出力较其他月份大，同样的条件下机组检修安排在5月份较其他月份更合适。

2检修规划中常用方法

(1)等备用法等备用法是在传统应用中最广泛的一种检修计划安排方法。原理非常简单和直观，即在各种检修的约束条件下，考虑机组检修停运后，使电力系统各个时段的备用容量尽可能相等。

(2)等风险度法等备用法考虑各个时段的备用容量相等，但是没有考虑到正常机组和电力系统停运或故障的概率。等风险度法通常用电力不足概率(LOLP)这一指标，通过检修计划的优化安排，使得研究周期内各个时段的电力不足概率相等。等风险度法的目标函数是随机性的特性，是国内外经常应用的方法之一。

(3)模拟退火法模拟退火法是一种通用的概率演算法，在机组检修计划安排中应用此种算法可以寻找最优解，有效防止陷入局部的最优。该算法的缺点是耗时很长，不适合运用到大电力系统的机组检修计划安排。

(4)进化算法进化算法是一个算法族，主要有遗传算法和遗传规划、进化规划和进化策略等，是基于生物进化机制的一种搜索算法。进化算法属于多点寻优算法，可以用于求解多变量、多目标及多区域的优化问题。进化算法同样存在计算速度慢的缺点，且有时候会收敛于局部最优，收敛的控制参数也不易把握。

3考虑大规模光伏接入的改进等备用率法

在本文中，考虑大规模光伏接入的基础上，对经典的等备用率法进行改进，其主要思想是在负荷曲线上引入等效负荷曲线概念，将光伏电源作为负负荷，由负荷曲线和光伏的出力曲线形成等效负荷曲线。在寻优的过程中以平均备用率作为依据。设机组检修计划安排的周期为一年,将整个检修周期分为T个时段,每时段可为一天、一周、一旬或一个月。

机组检修计划模型使用的符号如下：

S={1,2,…,k}——研究周期内检修机组的集合；

Ci——第i台机组的容量；

Ln——时段n内的负荷曲线；

PVn——时段n内的光伏出力曲线；

EL(n)——等效负荷曲线；

Pi——发电机组j的额定容量，i=1,2,…,k；

ti——机组i的检修开始时段；

Sj——机组j的检修所需的持续的时段；

考虑大规模光伏接入的机组检修计划安排过程归纳为：由负荷曲线和光伏出力曲线生成等效负荷曲线，EL(n)=max(Ln-PVn)。

对所有需要检修的发电机组(不考虑光伏机组)进行排序,排序可以按照机组的容量大小进行，也可以按照检修时间的长短进行，检修的机组在安排检修时根据所排顺序依次进行。

假设排序后首台机组为i，在EL(n)=EL(n)+Ci(n=t,ti+1,…,ti+Si-1)中生成的等效负荷曲线上寻找连续的的且平均备用率最大的，在该Si个时段安排这台机组进行检修，假设起始时间段为ti；修正这Si个时段的等效负荷，即：

继续用同样的方法对排序后剩余的机组进行检修安排，直到所有排序机组安排完检修为止。

机组检修安排完成,输出机组检修安排结果。

机组检修安排需考虑各种约束条件，常用的约束条件有：

(1)机组检修的连续性；

(2)一旦机组开始检修，机组检修活动不能中断，直到机组检修结束为止；

(3)检修期间的约束；

(4)机组只能在某些给定的时间段内进行检修，其余时段由于特殊原因不能进行检修；

(5)机组k一年的检修次数限制；

(6)一年中机组的检修次数限制，次数不得多于检修次数；

(7)机组k两次检修之间的最小间隔期限；

(8)同一机组前后两次检修，前面一次检修结束到后一次检修开始的时间间隔不得小于最小时间间隔。

4采用改进等备用率法流程

考虑大规模光伏接入的环境下，采用改进等备用率的机组检修规划流程如图2所示。

图2　检修规划程序流程图

5算例及分析

假设一个装机容量为2 500MW的系统，其中光伏装机容量为200MW，检修安排周期为8旬，相关的1～5台检修机组如下：400、300、200、100和100MW，检修同期相对应为4、1、4、2、1。检修安排周期内负荷情况见表1。

使用传统和改进的等备用率法进行机组检修安排，安排结果见表2。

表1　检修安排周期内负荷情况　MW

表2　传统等备用率法与改进等备用率法

从表2的结果看，在安排机组1和机组2的检修周期上出现了差异，其主要原因是周期4光伏出力较周期8高，使得周期4的等效负荷下降，考虑光伏接入后，周期4所需的备用容量降低，安排在周期4检修机组1更为合理。

在本算例中，系统比较简单，检修机组较少，检修周期也较短，当考虑更大规模的电力系统检修以及更长的检修周期时，使用考虑大规模光伏接入的改进等备用率法进行机组检修规划将显现更加可观的效果。

6结语

在本文中，首先讨论了几种比较常用的机组检修规划方法，给出了几个规划方法的利弊，然后研究了大规模光伏接入的电力系统机组检修特点，根据经典的检修规划方法——等备用率法，进行了改进。将光伏电源作为负负荷，提出等效负荷曲线概念，然后以机组检修时间内的平均备用率最为依据，在全局内进行搜索，找到最大的平均备用率时段安排机组检修。采用该方法进行机组检修规划，充分考虑了大规模光伏接入的特性，不仅运算速度快，而且检修规划也更加的合理。

(本文编辑：严加)

Reserve Rate Method Improvement for Unit Maintenance Considering Large-Scale PV Access

ZHU Jian-qiang1, WU Ying2

(1.ShanghaiElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.，Shanghai200025,China;2.MetrologyCenter,ElectricPowerResearchInstitute,SMEPC,Shanghai200051,China)

Abstract:The generator maintenance scheduling is a multi-objective optimization problem with multiple constraints, usually including two kinds of objective function: the reliability function and economic cost function. The reliability function mainly contains reserve method and risk degree method etc. With the large-scale PV power station connected to power system, the traditional method of unit maintenance scheduling has more and more limitations. In this paper, the reserve rate of the traditional method is improved considering large-scale PV access, and an improved method of reserve rate is established. This method makes fast calculation and reasonable maintenance plan, more suitable to the power system with large-capacity PV access.

Key words:unit maintenance; improved reserve rate method; large-scale PV access

DOI：10.11973/dlyny201601017

作者简介：朱坚强(1984)，男，硕士，研究方向为电力系统规划及电力设计。

中图分类号：TM615

文献标志码：B

文章编号：2095-1256(2016)01-0080-03

收稿日期：2015-12-01