节能发电调度下煤耗率网损修正方法

刘兴龙，张 娜，徐 江，姜百超，刘莉莉

(1.中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司，辽宁 沈阳 110179；2.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015)

深入理解节能发电调度[1-3]中的每一个环节至关重要，而发电组合方案的制定是其中的重中之重。在发电组合方案的制定过程中，只考虑发电机组的供电煤耗是非常片面的,不能真正达到能耗最低的目标，而必须要对发电机组的供电煤耗率进行网损修正。网损修正过程中引起的微小变化都可能会影响发电机组上网发电与否，关系到发电企业的重大利益。因此，网损修正系数的计算关系重大，必须要准确可信，使各方满意。而网损修正系数的精确计算非常复杂，难以应用于实际，因此，找到网损修正系数快速准确的计算方法，是一个亟需解决的关键问题。

1 节能发电调度中发电组合方案区域内优化原则和流程

1.1 机组发电组合方案区域内优化的原则

《节能发电调度办法》中规定，节能发电调度下，按以下方式对次日发电组合方案进行区域内优化。

区域电力调度机构在各省(区、市)机组次日发电组合方案的基础上，依据本区域内各省(区、市)排序表、各机组申报的可调发电能力、跨省输电联络线的输送电能力和网损，进一步优化调整本区域内发电机组的启停机方式。即：进一步对各省(区、市)边际机组(被调用的最后1台机组)考虑网损因素后的供电煤耗率(简称边际供电煤耗率)进行比较，对边际供电煤耗率较高的省(区、市)依次调整安排停机，对边际供电煤耗率较低的省(区、市)依次调整安排启机，直至区域中各省(区、市)的边际供电煤耗率趋同，或跨省(区、市)输电联络线达到输送容量的极限。

1.2 机组发电组合方案区域内优化过程

按照节能发电调度办法，发电组合方案区域内优化过程如下。

a. 对全网的发电机组按煤耗率由小到大分省进行排序。

b. 根据年平均方式下各省的总负荷需求，按照排序表，综合考虑备用要求，确定各省所需发电容量，并分省确定次日机组发电组合的方案。

c. 以年平均运行方式为基础，利用对潮流计算中雅克比矩阵进行转置求逆的方法[4-6]，计算各发电机组的网损微增率。

d. 利用(c)中得到的网损微增率对机组的供电煤耗率进行修正。

e. 在(b)所确定的发电组合方案的基础上，根据《办法》(四)的原则，考虑网损因素，对区域内发电机组的启停机方式进行优化调整，即：进一步对各省的边际机组考虑了网损因素后的供电煤耗率(利用网损微增率修正以后的供电煤耗率)进行比较，对边际供电煤耗率较高的省依次调整安排停机，对边际供电煤耗率较低的省依次调整安排启机，直至各省的边际供电煤耗率趋同或跨省输电联络线达到输送容量的极限。

2 对机组供电煤耗率进行网损修正的必要性

按照传统的调度规则，发电机组每年发电量均由政府下达指标确定，其供电煤耗率仅作为日前机组组合和负荷分配等短期调度的依据，并不影响发电企业年度电量指标。实行节能调度后，供电煤耗率成为发电机组能否上网发电的唯一依据。而利用网损微增率对发电机组供电煤耗率进行修正，这其中引起的微小变化都可能会影响发电机组上网发电与否，关系到发电企业的重大利益。

节能调度的目标是全网整体供电煤耗率最低。由于各发电机组电气位置不同，其输出功率在系统中引起的损耗各异，在发电调度中如直接利用发电机组的耗量进行调度，所得到的结果不是最优的，即全网的供电煤耗率不是最低。只有按照网损修正后的耗量进行调度才能使全网的能量消耗最少，所以，在进行发电调度前必须要对各个发电机组的供电煤耗率进行公平合理的修正。

3 煤耗率网损修正系数的准确计算

3.1 供电煤耗率网损修正数学模型

发电机组供电煤耗率的网损修正表达式如下：

(1)

网损微增系数是本文中提出的一个概念，表示机组一天内网损微增率的平均水平。

3.2 供电煤耗率网损修正系数的准确计算模型及计算方法

根据网损修正的数学模型，从中可以得到网损修正系数的计算公式为

ρ=1+(∂Ploss/∂Pi)AVE

(2)

式中：ρ为发电机组i的网损修正系数；(∂Ploss/∂Pi)AVE为发电机组i的网损微增系数。

由式(2)可以看出，网损微增系数是唯一的一个变量，因此如何计算网损修正系数的关键就是如何计算网损微增系数。

根据数学复合偏导公式，可得[7-8]：

(3)

式(3)中的方阵正为潮流计算中的雅可比矩阵。

而系统的有功损耗为

(4)

可得：

(5)

(6)

网损修正系数的精确计算步骤如下：

a. 根据潮流计算的结果得到雅克比矩阵，并对其转置求逆；

b. 根据式(5)和式(6)得到相应的列向量；

c. 用①得到的矩阵和②得到的列向量相乘，最终得到总有功损耗对各节点有功功率的偏导，从而提取出总有功损耗对机组有功的偏导，即发电机组的网损微增率。

d. 计算机组各时段网损微增率的平均值，即为网损微增系数。

4 网损修正系数的快速计算

4.1 网损修正系数快速计算方法

根据网损修正系数的准确计算方法，结合经验，提出以下3种快速计算方法，用来简便计算发电机组的网损微增系数，进而得到发电机组的网损修正系数。

方法1：将总负荷等于平均总负荷时段的网损微增率取算术平均值作为网损微增系数。

方法2：将日平均方式下计算得到的网损微增率作为网损微增系数。

方法3：将峰谷方式下计算得到的网损微增率加权平均作为网损微增系数。

4.2 网损修正系数快速计算方法比较及验证

首先在我国某区域电网的节点负荷曲线中总结出7种典型曲线，并按照一定的比例分配给IEEE30个节点算例[9]的各个节点上，得到一个30个节点系统96个时段的基础数据。默认6台机组全部上网发电，按照等微增率原则，采用夹板二分法，并综合考虑机组爬坡率及最小技术出力的约束，对发电机组进行负荷分配，从而得到算例系统中6台机组所在节点的发电有功功率。选取其中的1号节点为平衡节点，对系统96个时段中的每个时段都分别进行一次潮流计算，计算结果用来计算每台机组每个时段的网损微增率。

利用3.2节中的方法计算每台机组网损微增系数及网损修正系数的准确值，见表1。

分别按照3种快速计算方法计算算例系统中6台机组的网损微增系数及网损修正系数，结果见表2—表4所示。

表1 各机组网损修正系数准确值

表2 方法1网损修正系数计算结果

表3 方法2网损修正系数计算结果

表4 方法3网损修正系数计算结果

比较3种计算方法，可以看到，按照方法2和方法3，准确率很低，不能应用于实践当中。而按照方法1，即将总负荷等于总负荷平均值的时段的网损微增率取算术平均作为网损微增系数，与网损微增系数的准确值最为接近，且误差在10%以内，可以作为网损微增系数的快速计算方法。

4.3 网损修正系数快速计算方法原理分析

对于每台机组，分别将时段作为横坐标，将网损微增率作为纵坐标，作出其96个时段的网损微增率曲线，并画出网损微增系数准确值横线，与前一曲线交于几个点，如图1所示。作出96点的总负荷曲线，并作出平均负荷的直线，与其相交，如图2所示。对照图1和图2，发现每台机组的网损微增率曲线与网损微增系数准确值横线的交点及总负荷曲线与平均负荷线的交点非常接近。

图1 各机组的网损微增率变化曲线

图2 系统总负荷变化曲线

经过分析，按照方法1，即将总负荷等于总负荷平均值时段的网损微增率取算术平均作为网损微增系数具有较高的准确率，是有一定依据的。在负荷分配的过程中，采用的是等微增率的原则，而无论是按照这种原则，还是按照等比例原则，得到的结果都将是在负荷高峰时段，各台机组的出力都相应较大，而在负荷低谷时段，各台机组的出力也相应较小，这就造成了各台机组的发电功率曲线，以及总负荷曲线在一定意义上具有某种相似性。而理论及经验均表明，对于同一台机组，在趋势上，网损微增率的大小与其出力的大小成正比关系，即当其出力较大时，网损微增率也较大。因此，各台机组的网损微增率曲线也具有某种相似性，并且与总负荷曲线存在某种对应关系。经过验证，出现图1及图2中的对应关系，即每台机组的网损微增率曲线与网损微增系数准确值横线的交点与总负荷曲线与平均负荷线的交点非常接近，即将总负荷等于平均总负荷时段的网损微增率取算术平均作为网损微增系数，准确率非常高，为网损修正系数的计算提供了一种简单可行的方式。

5 结论

a. 由发电机组煤耗率的网损修正模型，引出了网损微增系数这一概念，并将网损修正系数的计算问题转化为网损微增系数的计算问题。

b. 给出了网损微增系数准确值的计算方法，在明确了实用过程中准确计算网损微增系数的不可行性的基础上，提出了网损微增系数需要一种简便可行的快速计算方法。

c. 提出了将总负荷等于总负荷平均值时段的网损微增率取算术平均作为网损微增系数，将日平均方式下计算得到的网损微增率作为网损微增系数，将峰谷方式下计算得到的网损微增率加权平均作为网损微增系数，这3种网损微增系数的简便计算方法。以IEEE30个节点的算例为例，对3种计算方法比较验证得到，将总负荷等于总负荷平均值时段的网损微增率取算术平均作为网损微增系数误差在10%以内，可以作为网损微增系数的简便计算方法，进而得到了网损修正系数的快速计算方法。

参考文献：

[1] 中国国务院．国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知[Z]．北京，2007.

[2] 国家发展改革委员会．节能发电调度改革试点将于近期启动[Z]．发改委网站，2007.

[3] 中国国务院．国务院办公厅关于转发发展改革委等部门节能发电调度办法(试行)的通知[Z]．北京，2007.

[4] 杨淑英．电力系统概论[M]．北京：中国电力出版社，2007.

[5] 于尔铿. 能量管理系统[M]. 北京：科学技术出版社，2001.

[6] 李文沅. 电力系统安全经济运行—模型与方法[M]. 重庆：重庆大学出版社，1989.

[7] 陈 恳，李小锐，徐 敏．网损微增率新解法与转置雅可比矩阵法用于有功优化计算的比较[J]．中国电机工程学报,2000,20(7):34-36.

[8] 张伯明，陈寿孙．高等电力网络分析[M]．北京：清华大学出版社．1996.

[9] J Mutale,G Strbac,S Curcic and N Jenkins. Allocation of losses in distribution systems with embedded generation. IEE Proc-Gener. Trans. Distrib, 2000,147(1):7-14.