基于调峰能力评估的电力系统联合优化调度

张 明，王 俊，张 巍

（海南电网有限责任公司，海南 海口 570203）

0 引 言

电力系统中的风电、径流式水电以及光伏发电无法进行调峰，只有火电、核电、抽水蓄能电站以及部分水电机组能够进行调峰，所以电力系统进行调峰具有一定的困难[1]。一般情况下，我国电力系统的调峰是通过对电力价格进行调控从而使得电力系统峰谷趋于平衡，进行基于调峰能力评估的电力系统联合优化调度，对电力系统全面优化具有重要意义。

1 构建调峰能力评估电力系统优化调度模型

1.1 确定电力系统优化调度方法

对电力系统进行优化调度的最终目标是，在不影响电力系统安全运行的条件下，有效、合理地利用资源和设备提高电力系统的工作效率，降低电力系统运行成本，确保用户对电力系统的满意度。

多类型能源电力系统的联合优化调度主要是指核电、水电、光伏发电以及常规火电机组联合运行系统中的优化调度[2]。随着工业用电和居民用电幅度的增大，储热锅炉、小型储能电站以及储能式电站应用而生，这些设备、电站利用储热技术灵活的使用电力系统峰谷期电力，改善了电力系统中电网负荷平衡，淘汰了工作效率低下的发电机组。

电力系统优化调度方法是将电力系统部分电力以储热的形式进行储存，储热是提高电力系统利用率最直接有效的方法[3]。电力系统储热是把电力系统中多余或者暂时用不上的电力热能进行采集，并集中储存起来，等到需要时再释放使用，这样可以帮助空闲能量实现转移。在常规电力资源转换和利用的过程中，电力供求之间会存在时间与需求不匹配的问题，如供不用求、供过于求。通过利用储热技术可以解决电力时间与需求不匹配的问题。

1.2 确定电力系统优化调度方案

电力系统中发电主力是以热电联产为基础的热电厂，其中，热电机组中的P（供电功率）与H（对外供热功率）为热电机组的主要特性，又称热电特性。热电机组的两大基本机组分别是抽汽式热电机组和背压式热电机组。

在背压式热电机组中，电出力P（供电功率）完全由热出力H（对外供热功率）决定，在热地系统正常运行时，电出力P和热出力H的弹性系数k=ΔP/ΔH是固定不变的。所以在电力系统进行供热时，背压式热电机组需要实时满足电力用户的热负荷需求；因此，背压式热电机组不能进行优化调度方案。

在抽汽式热电机组中，在热电机组满足电力系统稳定、安全运行的情况下，电热比可通过改变供热机组中抽汽量进行调整，抽汽式热电机组电热约束条件为：

其中，Pmax是抽汽式热电机组在正常工作情况下的最大电出力；Pmin是抽汽式热电机组在正常工作情况下的最小电出力；k是电出力P和热出力H的弹性系数。

在ACDFG各点所围区域内，即抽汽式热电机组的正常运行区间内，电力系统正常运行的Pmin比供热期间的Hmax还要大，并且在热出力H固定的情况下，电出力P在一定范围内是变化的，这说明电出力具有可调性。随着热出力H的增大，电出力P在减小，说明电出力P与热出力H具有关联性；因此，可以从电出力P与热出力H两方面确定电力系统的优化调度方案。

2 实现调峰能力评估电力系统优化调度

2.1 确定电力系统能量流向图

由于我国电力系统调峰深度的限制，电力系统的日负荷跟踪采用“12-3-6-3”运行模式，表明电力系统电出力在24 h内随时间变化的情况。根据电力系统的特性建立基于调峰能力评估的电力系统优化调度模型，在优化调度模型中，电力系统的能量流向图如图1所示。

图1 电力系统能量流向

在建立基于调峰能力评估的电力系统优化调度模型中，原有的供电机组不变，将热力符合转变成由热电机组和储热装置共同承担，储热装置的热能由热电机组提供。在电力系统进行联合优化调度过程中，电力负荷达到峰值时或者腰值时，储热装置进行储热，此时，电力系统中热出力增加；电力负荷达到低谷时，核电机组增加电出力，火电机组减小电出力，储热装置进行储热，此时，电力系统中热出力增加；热电机组根据实际情况对电出力进行适当调整，进而保证电力系统的平衡。同时，不足的热能由储热装置提供。该优化调度模型是以火电、核电以及储热装置联合运行为基础，对电力系统进行调度，从而实现电力系统的调峰。

2.2 优化的实现

基于调峰能力评估电力系统优化调度模型的实现，在保证电力系统正常运行时，使其运行成本达到最小。实现该优化调度的目标函数如下：

其中，Cb为电站运行的总成本，C1为核电站运行的成本，C2为火电站运行的成本，C3为热电机组运行的成本，C4为储热装置运行的成本。ΔC为在联合运行时，电力系统需要支付的调峰费用，δ为电力系统的损失系数，ΔTdown为电力系统进行下调峰的时间段，ΔPdown为电力系统进行调峰时电出力的变化量。

该电力系统优化调度模型的实现，必须增加储热装置的约束，第N区域在时刻t时，储热装置释放的热量与热电机组的供热功率，需满足电力系统的热负荷要求，约束条件如下：

3 仿真试验

为了保证基于调峰能力评估电力系统联合优化调度的有效性，进行仿真试验分析。试验过程中，以不同的电力系统作为仿真试验对象，对电力系统的电出力进行仿真模拟。为了保证试验的有效性，使用常规电力系统作为比较对象，对比两次仿真试验结果，并将试验数据呈现在同一数据图表中。

3.1 数据准备

为了确保仿真试验过程、结果的准确度，设置试验参数，并对模拟试验结果进行分析。由于设置的原始数据不同，得到电力系统的电出力也不同，并且会对试验结果造成影响。因此，试验过程中需要保证原始数据的一致性。试验数据设置结果如表1所示。

表1 试验参数设置

3.2 结果分析

对两种电力系统进行电出力测量，根据试验结果绘制对比图，横坐标为测量的时刻，纵坐标为电力系统电出力的大小，结果如图2所示。

图2 电力系统电出力对比

试验数据表明，基于调峰能力评估的电力系统联合优化调度，使得电力系统峰谷趋于平衡，使得电力系统减少了40%的电力资源浪费。

4 结 论

基于建立电力系统优化调度方案，依托建立基于调峰电力系统优化调度模型，完成了基于调峰能力评估的电力系统联合优化调度。试验证明，基于调峰能力评估的电力系统联合优化调度能够将电力系统的峰谷变小，节约电力资源。