CN103280845B - 一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统调度领域，公开了一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，该方法从多个省级电网的负荷变化特点着手，引入负荷排序策略，将面临时段各电网负荷排序位置作为启发信息进行出力分配。其技术方案为：利用逐次切负荷得到各电网初始受电出力过程，并累加各电网对应时段出力，确定违反电站电力平衡约束的时段集合；对于任一出力正偏差时段，查找余荷序位值最大的电网，并按一定步长减小该时段电网出力，同时确定余荷值最大的负偏差时段，按相同幅度增加该时段出力，重复前述过程直至所有时段均满足电力平衡约束。本发明无需构建目标函数，大幅减少了优化计算量，可以快速得到满足工程实际需求的优化结果，是一种切实可行的水火电跨省调峰负荷分配方法，对于调控大电网电力资源分配、缓解日趋严重的电网调峰压力具有重要理论和实践意义。

Description

一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法

技术领域

本发明属于电力系统调度领域，涉及一种将各电网负荷排序位置作为启发信息的水火电系统跨省调峰负荷分配方法。

技术背景

我国电力供需矛盾非常突出，且具有鲜明的区域性特点，像华东、华北、南方、华中等区域，经常出现高峰时段电力供应紧张局面，甚至持续性的缺电，严重影响区域电网和部分省级电网的安稳优质运行。以2010年电力供需形势为例，一季度华北、华中电力短缺严重，日最大电力缺口达到1879万kW；三季度华东、华北电力供需紧张，其中江苏缺口最大，超过了500万kW；上半年南方电网辖属广东、云南、贵州电力电量双缺，均有不同程度错峰限电。2011年电力供需矛盾更为突出，前三季度华东、华中、南方电力供需持续偏紧，其中1月份电力短缺最为严重，最大电力缺口超过了3000万kW。如此突出的电力供需矛盾造成了严重的电网调峰困难，从发电侧考虑，迫切需要深度挖掘常规优质电源调节容量以缓解日趋严重的电网调峰压力。

长期以来，我国电源结构一直以燃煤火电机组为主，常规水电、抽蓄等调峰电源比重较小，系统调峰能力明显不足，面临较大的调峰压力，特别是近些年电网中不可控新能源发电装机比重的持续上升（自2006年开始，全国风电装机连续4年翻倍，2010、2011、2012三年也分别实现了68.1%、56.3%、32.7%的高速增长，截止2012年底达到6237万kW，占比5.5%），进一步加剧了电网调峰压力。因此，如何借助跨省跨区互联电力系统平台，深度挖掘优质电源在多个电网间的资源调控配置能力以缓解我国电网调峰压力就显得尤为重要。

在互联电力系统平台下，优质电源通常需要向多个省（市）级电网送电，但由于各电网的负荷特征和受电量各异，特别是负荷高峰、峰现时间等有很大差异，如何同时满足多个省（市）级电网调峰要求面临很大困难，现有的按送电量比例分配各时段出力的方法无法获得满意的结果，目前国内外鲜有关于这方面研究的文献报道，迫切需要切实可行的跨省调峰负荷分配方法。

本次申请成果是从多个省级电网的负荷变化特点着手，引入负荷排序策略，提出了一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何将电站出力分配至多个省（市）级电网，以满足多个电网的调峰要求。为此，建立了一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，该方法利用逐次切负荷得到各电网初始受电出力过程，并从多个省级电网的负荷变化特点着手，引入负荷排序策略，将面临时段各电网负荷排序位置作为启发信息进行出力分配。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，利用逐次切负荷得到各电网初始受电出力过程，以各电网受电量为控制条件，按照下述步骤（1）-（5），对任一不满足电站出力平衡约束的时段进行出力修正，重复该过程直至所有时段都满足电站出力平衡约束条件，实现电站出力在多个电网间的优化分配。其中m表示电站编号，取值范围是1到电站总数量M的自然数；g表示电网编号，取值范围是1到电网总数量G的自然数，对于任一电站m，给出详细修正步骤：

（1）在所有出力正偏差时段集合中，查找出偏差值最大时段t1，若该数值小于给定的偏差精度，则修正完毕；否则转至步（2）；

（2）求出各电网余荷在相应余荷序列中从大到小的排序位置，记为O_g,t1；

（3）从所有电网余荷序位值集合{O_1,t1,O_2,t1,…,O_G,t1}中找出最大值，与之相应的电网编号记为g′；

（4）在所有出力负偏差时段集合中，查找g′号电网余荷最大值，与之相应的时段记为t2；

（5）根据给定的修正步长和t1、t2时段偏差大小，取最小值作为修正幅度PE，令P_m,g′,t1=P_m,g′,t1-PE，P_m,g′,t2=P_m,g′,t2+PE，并更新g′号电网余荷，跳至步（1）。

本发明的一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，电站分配至各受电电网的初始出力过程可利用逐次切负荷得到。从电网调峰角度出发，上述修正方法应遵循的基本原则为：1）剩余负荷小的时段优先减小出力，2）剩余负荷大的时段优先增加出力。

本发明的约束条件集合包括：

（a）时段电力平衡约束：

$\underset{g=1}{\overset{G}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}=P_{m,t}$

式中：P_m,t表示电站m在时段t的电力；P_m,g,t表示电站m在时段t分配至电网g的电力，单位MW；1≤m≤M；1≤t≤T，T表示时段总数。

（b）任一电网g的受电量约束：

$\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}\×\mathrm{\Δt}=E_m\×R_{m,g}$

式中：Δt表示任一时段的小时数；E_m表示电站m发电量，单位MWh；R_m,g表示电站m分配至电网g的电量比例；1≤m≤M，1≤t≤T。

（c）任一电网g在时段t的非负出力约束：

P_m,g,t≥0

式中：1≤m≤M，1≤g≤G，1≤t≤T。

本发明对比现有技术有如下有益效果：本发明一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，首先利用逐次切负荷得到各电网初始受电出力过程，并累加各电网对应时段出力，确定违反电站电力平衡约束的时段集合；对于任一出力正偏差时段，查找余荷序位值最大的电网，并按一定步长减小该时段电网出力，同时确定余荷值最大的负偏差时段，按相同幅度增加该时段出力，重复前述过程直至所有时段均满足电力平衡约束。对比现有技术，本发明能够有效解决多类型电源多电网复杂协调问题，得到满足实际工程中需求的应用结果，是一种切实可行的水火电跨省调峰负荷分配方法，对于调控大电网电力资源分配、缓解日趋严重的电网调峰压力具有重要的理论和实践意义。

附图说明

图1（a）是利用逐次切负荷得到的本发明方法初始解。

图1（b）是本发明方法求解过程中1号电网的初始出力过程示意图。

图1（c）是本发明方法求解过程中2号电网的初始出力过程示意图。

图1（d）是本发明方法求解过程中3号电网的初始出力过程示意图。

图2（a）是应用本发明方法得到的上海电网负荷平衡结果。

图2（b）是应用本发明方法得到的江苏电网负荷平衡结果。

图2（c）是应用本发明方法得到的浙江电网负荷平衡结果。

图2（d）是应用本发明方法得到的安徽电网负荷平衡结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。电网调峰旨在调节高峰负荷过程，所以可遵循高负荷时段安排电站多发电的原则，进行电站出力在多个电网间的优化分配，使各受电电网出力过程基本与相应电网的负荷高低趋势保持一致，这种搜索求解思路使本发明无需构建目标函数，从而显著减少问题求解的工作量。具体步骤描述如下：

第一步：确定初始解。根据各电网受电量，利用逐次切负荷确定初始受电出力过程，这样可满足给定的电量控制需求，但大部分时段违反了电站电力平衡约束，即各电网时段出力之和不等于该时段的电站出力，需要进一步修正。

第二步：出力修正。以各电网受电量不变为控制目标，对违反电站电力平衡约束的时段进行出力修正。具体修正步骤按如下步骤进行：

（1）在所有出力正偏差时段集合中，查找出偏差值最大时段t1，若该数值小于给定的偏差精度，则修正完毕；否则转至步（2）；

（2）求出各电网余荷在相应余荷序列中从大到小的排序位置，记为O_g,t1；

（3）从所有电网余荷序位值集合{O_1,t1,O_2,t1,…,O_G,t1}中找出最大值，与之相应的电网编号记为g′；

（4）在所有出力负偏差时段集合中，查找g′号电网余荷最大值，与之相应的时段记为t2；

（5）根据给定的修正步长和t1、t2时段偏差大小，取最小值作为修正幅度PE，令P_m,g′,t1=P_m,g′,t1-PE，P_m,g′,t2=P_m,g′,t2+PE，并更新g′号电网余荷，跳至步（1）。

在本发明中，优化模型除了上述的步骤之外还涉及到一个约束条件集合，根据调度对象特点，调度约束条件如下：

（a）时段电力平衡约束：

$\underset{g=1}{\overset{G}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}=P_{m,t}$

式中：P_m,t表示电站m在时段t的电力；P_m,g,t表示电站m在时段t分配至电网g的电力，单位MW；1≤m≤M；1≤t≤T，T表示时段总数。

（b）任一电网g的受电量约束：

$\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}\×\mathrm{\Δt}=E_m\×R_{m,g}$

式中：Δt表示任一时段的小时数；E_m表示电站m发电量，单位MWh；R_m,g表示电站m分配至电网g的电量比例；1≤m≤M，1≤t≤T。

（c）任一电网g在时段t的非负出力约束：

P_m,g,t≥0

式中：1≤m≤M，1≤g≤G，1≤t≤T。

本发明按照上述步骤对初始解进行一次轮换，而后重复直到所有时段都满足电力平衡约束，结束轮换。而在具体一次轮换中，按照权利要求书中步骤（1）-（5）进行。

以制作华东区域电网直代管水火电系统某日送受电计划为例，对本发明方法进行验证，涉及到2座常规水电站、6座火电站、3座抽水蓄能电站、2座核电站，送电范围包括上海、江苏、浙江、安徽四个电网。利用java语言编制了求解程序，在DELL四核PC机上完成计算，耗时10秒。图2为本发明方法得到的负荷平衡图，表1为结果的调峰评价指标。可以看出，该方法可以显著减少电网负荷峰谷差，特别是上海电网和江苏电网，减小幅度分别达到5310MW和3858MW。由表1结果可知，抽蓄电站在上海电网发挥了很好的调峰填谷作用。另外，浙江电网和安徽电网的负荷峰谷差也有所减小，较上海与江苏比较而言，调峰效果不太显著，主要原因在于：1）安徽电网受电量很小，未达到2%，明显小于负荷需求，导致调峰结果稍差；2）四个电网中浙江电网的负荷峰谷最大，在部分时段负荷的快速变化很大程度上影响了其调峰结果；3）上海电网的负荷需求和峰谷差均比较小，且高峰时段较为平稳，受电量相对较大，故调峰效果较为理想，这一点通过剩余负荷的均方差可以验证。

表1本发明方法得到的调峰结果统计指标

上述实施例是提供给本领域技术人员来实现或使用本发明，本领域技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1.一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，利用逐次切负荷得到各电网初始受电出力过程，以各电网受电量为控制条件，对任一不满足电站出力平衡约束的时段进行出力修正，重复该过程直至所有时段都满足电站出力平衡约束条件，实现电站出力的优化分配；其特征在于如下步骤：

(1)在所有出力正偏差时段集合中，查找出偏差值最大时段t1，若该数值小于给定的偏差精度，则修正完毕；否则转至步(2)；其中m表示电站编号，取值范围是1到电站总数量M的自然数；g表示电网编号，取值范围是1到电网总数量G的自然数，任一电站m：

(2)求出各电网余荷C′_g,t1在相应余荷序列中从大到小的排序位置，记为O_g,t1；

(3)从所有电网余荷序位值集合{O_1,t1,O_2,t1,···,O_G,t1}中找出最大值，与之相应的电网编号记为g′；

(4)在所有出力负偏差时段集合中，查找g′号电网余荷最大值，与之相应的时段记为t2；

(5)根据给定的修正步长和t1、t2时段偏差大小，取最小值作为修正幅度PE，令P_m,g′,t1＝P_m,g′,t1-PE，P_m,g′,t2＝P_m,g′,t2+PE，并更新g′号电网余荷，跳至步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，其特征在于，约束条件集合包括：

(a)电站单一时段电力平衡约束：

$\underset{g=1}{\overset{G}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}=P_{m,t}$

式中：P_m,t表示电站m在时段t的电力；P_m,g,t表示电站m在时段t分配至电网g的电力，单位MW；1≤m≤M；1≤t≤T，T表示时段总数；

(b)任一电网g的受电量约束：

$\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{m,g,t}\×\mathrm{\Δt}=E_m\×R_{m,g}$

式中：Δt表示任一时段的小时数；E_m表示电站m发电量，单位MWh；R_m,g表示电站m分配至电网g的电量比例；1≤m≤M，1≤t≤T；

(c)任一电网g在时段t的非负出力约束：

P_m，g，t≥0

式中：1≤m≤M，1≤g≤G，1≤t≤T。

3.根据权利要求1或2所述的一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，其特征在于，电站分配至各受电电网的初始出力过程利用逐次切负荷得到。

4.根据权利要求1或2所述的一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，其特征在于，从电网调峰角度出发，修正过程中，剩余负荷小的时段优先减小出力，剩余负荷大的时段优先增加出力。

5.根据权利要求3所述的一种水火电系统跨省调峰负荷分配方法，其特征在于，从电网调峰角度出发，修正过程中，剩余负荷小的时段优先减小出力，剩余负荷大的时段优先增加出力。