关于火电机组有偿调峰与无偿调峰划分方法的分析

李海波

摘 要：城市化进程不断加快，各大城市用电水平逐年提高，随着用电结构的调整，用电峰谷差开始加大，现如今，电网调峰问题日益突出，电力市场给不同调峰情况的火电机组提供了稳定的竞争氛围，鼓励各个火电机组积极参与到电网调峰。基于此，本文以火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法作为研究对象，分析当前电网调峰现状，结合火电机组变工况运行的经济性和安全性分析调峰运行的影响因素，分别从凸包求重心法、最小距离法以及方法的具体应用等方面详细阐述火电机组有偿调峰与无偿调峰的实际划分方法。

关键词：火电机组;有偿调峰;无偿调峰;划分方法

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0156-02

0 引言

二十世纪八十年代开始，国际上多个国家都开始进行电力行业体制性改革，企图进一步开放电力市场，通过有效的竞争方式降低电价，全面调整现有的资源提高电力行业的生产效率，提升电力服务质量。我国社会主义市场经济体制日渐完善，电力体制也开始改革，原有的国家电力公司变为多个电力企业和电力集团，电力行业的竞争越来越激烈，为了实现资源优化配置，企业不得不参与到调峰中，从而提高竞争实力，实现经济效益与社会效益的增长。

1 电网调峰现状分析

电网调峰指的是为了满足电力负荷峰谷变化的实际需求，实现有计划有安排的火电机组峰值调整，现代化工业的进步推动了我国用电结构发生变化，城市用电量大幅度上升，重工企业夜晚的用电量比重开始减少，火电机组结构配置呈现出不合理的发展趋势，我国国家电网负荷曲线峰谷差日渐加大，调峰难度不断增加。北方地区由于水电不足，火电机组不得不参与到调峰中，中小型火电机组受到燃料和供热等因素的影响，参与调峰是发展的必经之路，调峰需要各个火电机组共同完成。

一般情况下调峰机组是抽水蓄能机组、燃油机组或燃气轮机组，有部分调峰机组为水电机组，燃煤机组的容量比较小，不同的负荷要求使用不同的调峰方式。调峰工作的执行会直接影响到国家电网的稳定，虽然调峰方法各不相同，但是基于国家对火电机组有偿调峰与无偿调峰的重视程度比较高，为了提高电网运行的稳定性，火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法称为人们关注的重点。扩大电网容量，完成相邻电网的互连可以增加机组容量，降低峰谷差，缓解城市电力需求，但是随着我国经济的快速增长，装机容量也在增大，峰谷差随之增加，为了完善市场化，明确火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法尤为关键[1]。

2 火电机组调峰运行的影响分析

2.1 火电机组变工况运行经济性分析

各个火电机组能源消耗情况是负荷分配的条件之一，火电机组的能源消耗可以反映出火电机组在负荷情况下每次耗用能源的数量，也能够反映出火电机组变工况运行的经济性高低，无论是电网供电能耗，还是发电能耗都会对火电机组变工况运行经济性产生不同作用。能耗曲线可以反映出火电机组在不同的工况情况下消耗的能量值，能耗的数量关系到企业生产成本的高低，关系到成本支出的多少。因此，针对火电机组变工况运行的经济性深入分析，加强对火电机组能耗情况进行测量，从而有效的进行火电机组有偿调峰与无偿调峰，进而为接下来的划分方法奠定基础。

企业运行人员自身素质情况和经验情况会关系到火电机组变工况运行的经济性变化，企业加强对运行人员的操作培训，可以降低经济性影响，减少运行人员工作中因为主观因素引起能耗曲线的变化;随着季节的变化，火电机组的经济性也会有所不同，夏季经济性比冬季的经济性高，循环水温受到季节影响发生改变，夏季水温高，气温比较高，同样的火电机组运行方式之下，火电机组的经济性会提高[2]。

2.2 火电机组变工况运行安全性分析

火电机组有偿调峰与无偿调峰进行方法划分的时候，会遇到火电机组的膨胀问题、火电机组热变形问题、给水泵功耗与压损问题以及火电机组轴瓦振动问题，这些问题或多或少都会给火电机组的实际运行带来安全隐患。当汽轮机启动和暂停或者负荷出现大幅度变化的时候，蒸汽温度也随之发生变化，转子和气缸因为蒸汽温度的变化而膨胀或收缩，如果膨胀的时候无法保持畅通将会导致发电机组的振动增加，不得不延长机组暖机实践，降低负荷变化速度。与调峰机组相比，胀差更加重要，根据实际负荷情况设计的机组，动静之间产生的间隙需要按照火电机组有偿调峰与无偿调峰要求进行设计，变工况性能相对较差，如果控制不能将会出现摩擦，部分零件可能损坏[3]。

3 火电机组有偿调峰与无偿调峰划分方法分析

由于各大城市用电形势发生变化，国内电网火电机结构配置不合理，峰谷差不断增加，电网不得不面临着调峰的问题，一直以来调峰都是无偿的，企业接到指示后需要在规定时间范围内达到工作要求，但是某些火电机组如果频繁调节将会出现故障，有的火电机组常年累月运行，调峰之下会有经济差，不利于企业经济发展，对此火电机组调峰出现了有偿调峰和无偿调峰，针对该问题，需要进一步分析火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法。

3.1 凸包求重心法

想要研究数据之间逻辑上和物理上的關系，可以采用聚类分析法，得到的结果可以揭示数据之间的联系，也能够为进一步分析提供依据，凸包求重心法就是该方法中的一种，用在火电机组有偿调峰与无偿调峰划分中十分有效。几何计算中经常使用到凸包，凸包自身特性比较多，平面点集凸包指的是包含点集中所有点的最小凸集，凸包求重心法在计算机图形学和计算机辅助设计等领域应用广泛，火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分就是利用了求取散乱点的凸包，并以凸包中心当做火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分点。

平面上的凸包就是有限点集合的界点，假设G是平面上有限点的集合，如果平面中存在以G为中心的凸多边形，G中其他的点都在凸多边形的内部，那么凸多边形就是G的凸包，也就是周界多边形，散乱在平面上的二维点集P={Vi：i=1，2，…，n}，假设二维点集P中坐标轴x坐标的最小点是二维点集P的最左点ML，二维点集P中有很多点具有最小x坐标，y坐标上最小的点正好就是ML;二维点集P中x最大点是二维点集P最左边，吴国二维点集P中多个点有最大x坐标，y坐标的最大点就是MR，随后将ML和MR联系在一起做有向线段，该有向线段就是二维点集P的分界线，本文研究火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分时，假设多边形的顶点以逆时针的角度形成串联。

在簡单多边形中连接前后相邻的顶点，新的多边形由此产生，如果顶点就在新多边形中，新多边形外或者连接线段上，顶点被称为原简单多边形的凹点、凸点、中性点，中性点不会影响到多边形的形状，探究火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法时将中性点也称之为凹点。其中，ML和MR是凸点，二维点集P分界线上的点都根据x轴的方向呈现递增的趋势，连接以后，将P分界线下的点按照x周方向递减连接，去除凹点，最终得到了一个凸多边形，点密集的时候，凸多边形的形状和重心可以反映出图像的特点，概况P的特性，进而进一步得到火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分[4]。

3.2 最小距离法

最小距离法也是一种火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分方法，平面上二维点集P中含有多个二维点，中间位置的点能够代表P的总体特征，到达其他点欧氏距离最小的点就是二维点集P的中心位置点，进而得到的二维公式如下：，其中（x1，y1）和（x2，y2）分别是A1和A2的坐标，二维空间中含有n个点，M（x，y）到达其他店之间的欧氏距离和为：，随后依次求出二维点集P中各个点到达其他点欧氏距离之和，相比大小，得知得到的距离之和值最小的就是二维点集P的中间位置点。欧氏距离可以看做是两个点之间的相似度，距离越近，相似程度就越高。上文提到的到其他点距离和也是与其他各点相似程度最高的点，该点是二维点集P中最具有代表性的点，如果该点作为中心位置点来代表其他点，代表该二维点集的性质也是最佳的。

3.3 具体应用分析

能够代表火电机组有偿调峰与无偿调峰经济安全特点的点是二维点，在一个地区内，该类点也可以构成一个二维点集，平面中，横坐标轴表示的是经济性指标，也就是火电机组不投油稳燃极限，纵坐标轴代表的是火电机组的安全性能指标，也就是最大降负荷速率。二维点集P最左点是不投油稳燃极限最小的机组，最右点是不投油稳燃极限最大的火电机组，如果有多个最左点与最右点，可以取Y轴中最大点和最小点。使用矢量叉积法来判断顶点的凹凸性，假设多边形沿着逆时针的方向发展，Vi（xi，yi）是图像中任意一个点，Vi+1=（xi+1，yi+1）以及Vi-1=（xi-1，y-1）为Vi前后相邻的点，最终得到了矢量叉积。取矢量叉积坐标分量，进而得到点的凹凸性判断函数：s（Vi-1，Vi，Vi+1）=[T]=（xi-xi-1）×（yi+1-yi）-（xi+1-xi）×（yi-yi-1）。

随后，根据S的正负情况进一步判断凹凸性，如果最右点是凸点，按照逆时针的方向进行判断，最后将所判断得到的凸点依照次序完成连接，连接以后形成了多边形，该多边形在一定程度上可以如实反映出二维点集的特性。通常情况下，多边形中心可以代表处多边形的性质和二维点集的性质，分析多边形的形状特点进一步得出该多边形中心情况，也就是二维点集中心点。这个中心点能够代表二维点集特征，只要得出多边形中心点集聚了该地区所有火电机组代表自身特性的二维点性质，融合该地区范围内火电机组有偿调峰与无偿调峰划分问题特征，进而得出火电机组有偿调峰与无偿调峰的划分点。

为满足今年春节期间深度调峰机组进相需求，国网某电力企业开展了火电机组有偿调峰与无偿调峰分析，并咨询电厂深度调峰运行的特点，编制了试验方案，分别于14日和16日完成630兆瓦和1030兆瓦两台机组深度调峰进相运行试验。

该项试验的完成，为即将到来的春节假期电网超低负荷运行期间机组深度调峰时进相运行提供依据，同时为其他深度调峰机组进相运行提供参考，大大缓解春节期间无功过剩、电压过高问题，提高电网运行电能质量和安全水平。

4 结语

总而言之，在当前电力市场运行状态下，为了提高火电机组运行的经济性和安全性，必须进行一系列制度构建新的市场秩序，进一步完善市场监管，实现火电机组有偿调峰与无偿调峰的有效划分，深入贯彻国网电力市场化的有序发展，相应政府号召进行调峰，在良性竞争中提升自己的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 张也.大规模风电并网背景下火电调峰行为演化博弈模型研究[D].华北电力大学（北京），2017.

[2] 王玫.促进风电利用的调峰辅助服务补偿及交易机制研究[D].华北电力大学，2013.

[3] 王鹏，张灵凌，梁琳，刘汉伟.火电机组有偿调峰与无偿调峰划分方法探讨[J].电力系统自动化，2010，34（09）：87-90.

[4] 梁琳.电力市场环境下火电机组有偿与无偿调峰划分方法研究[D].华北电力大学（北京），2009.