CN103427445A - 一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网调度运行领域，公开了一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，可兼顾复杂时段耦合约束和负荷深度调节需求，实现大容量、高效火电机组的深度调峰，缓解电网调峰困难。其技术方案为：通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正重构机组面临负荷过程，为切负荷算法提供直接可用的系统负荷；在切负荷过程中，根据相邻日与计划日的出力组合模式，动态修正部分衔接时段出力，确保衔接后出力过程满足机组控制约束和需求。本发明的有益效果是克服了复杂约束和需求条件下火电调峰能力差的缺点，充分发挥了火电机组调峰作用，对于以火电为主的电网，具有重要的推广使用价值。

Description

一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法

技术领域

本发明涉及电网调度运行领域，特别涉及一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法。

技术背景

我国大多数电网的电源结构以燃煤火电机组为主，常规水电、抽蓄等优质调峰电源比重较小，系统调峰能力非常有限，面临严重的调峰压力，特别是火电占绝对支配地位的电网，像华北、华东、东北等区域电网及辖属省（市）级电网，大多均为这种情况，调峰问题已严重影响这些电网的安全、稳定、优质、经济运行。为解决电网调峰问题，目前常用的一种有效措施是利用电网中部分大容量、高效火电机组进行深度调峰，让其承担系统腰荷甚至峰荷，保证负荷高峰时段的电力供应，缓解调峰压力。因此，如何充分发挥大容量火电机组的调峰作用，并满足机组安稳控制需求与约束，需要切实可行的技术手段。

以华东电网为例，作为我国最大规模的区域电网，网内电源结构以火电为主，装机容量16850万kW，占全网总装机比重85.6%，除少量水电和抽蓄机组参与调峰外，基本上均依赖火电机组，调峰压力很大，如何发挥大容量、高效火电机组的调峰作用，对有效缓解华东电网调峰压力具有重要意义。

目前有关火电调峰算法和策略的研究已有文献报道，如逐次切负荷法和递级调峰方式等，然而这些方法在求解短期火电调峰问题时，往往很难同时有效处理以下三方面问题：1）违反时段耦合型约束，如出力爬坡约束和出力波动控制约束；2）对系统负荷变化跟踪能力弱，无法充分发挥机组调峰能力；3）未考虑前一日计划出力，即相邻日衔接时段出力违反机组控制约束或需求。本发明成果可兼顾复杂时段耦合约束和负荷深度调节需求，实现大容量、高效火电机组的深度调峰，缓解电网调峰困难，具有重要的实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，可兼顾复杂时段耦合约束和负荷深度调节需求，充分发挥大容量、高效火电机组的调峰作用，满足机组安稳控制需求与约束，获得可行的机组调峰运行计划，有效缓解电网调峰压力。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，按照下述步骤(1)-(7)获得可行的机组调峰运行计划：

(1)趋势模拟。根据极值点最小持续时段数te_i对原负荷序列{C_i,1,C_i,2,...,C_i,T}进行修正，得到新的负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}；

(2)等比缩放。根据出力爬坡上限对负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}进行等比例缩放，得到负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}；

(3)爬坡修正。根据机组的出力爬坡上限R_i逐分段修正负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}，使任意相邻时段间的负荷差值不大于R_i，新的负荷序列记为{C″′_i,1,C″′_i,2,...,C″′_i,T}，此时得到切负荷法所需负荷曲线；

(4)定义机组i参与电力电量平衡时剩余负荷图上的最高负荷值为C_i,max，机组i的最大可用出力为

根据

确定出机组i在日负荷图上的初始工作位置；(5)设机组i在调度期的实际发电量为E'_i，如果E′_i>E_i，则抬高工作位置；反之，则降低工作位置。当降低工作位置时，若t时段出力

则

(6)出力修正。利用出力修正策略调整部分时段的切负荷结果，使出力过程满足时段耦合型约束；

(7)重复步(2）～（3），直至E′_i=E_i或电站i的工作位置达到负荷图最低位置为止，此时，得到可行的机组调峰运行计划。

本发明对比现有技术有如下有益效果：本发明是一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，可兼顾复杂时段耦合约束和负荷深度调节需求，实现大容量、高效火电机组的深度调峰，缓解电网调峰困难。其技术方案为：通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正重构机组面临负荷过程，为切负荷算法提供直接可用的系统负荷，有效兼顾了时段耦合约束和负荷深度调节需求；同时，在切负荷过程中，根据相邻日与计划日的出力组合模式，动态修正部分衔接时段出力，确保衔接后出力过程满足机组控制约束和需求。

附图说明

图1(a)是负荷重构的趋势修正示意图。

图1(b)是负荷重构的等比缩放示意图。

图1(c)是负荷重构的爬坡修正示意图。

图2是考虑相邻日出力衔接约束后的出力修正示意图；

图3三种不同负荷需求下的剩余负荷及火电总出力过程图。

图4本发明方法与现有方法得到的剩余负荷及火电总出力过程对比图。

图5本发明方法与现有方法得到的机组出力过程对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

调峰困难是我国电网面临的突出运行问题之一，对于以火电为主的电网，充分发挥大容量、高效火电机组的调峰作用是缓解电网调峰压力的一种有效措施。现有火电调峰算法难以同时兼顾复杂时段耦合约束和负荷深度调节需求的问题。本发明揭示一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正重构机组面临负荷过程，为切负荷算法提供直接可用的系统负荷，有效兼顾了时段耦合约束和负荷深度调节需求；同时，在切负荷过程中，根据相邻日与计划日的出力组合模式，动态修正部分衔接时段出力，确保衔接后出力过程满足机组控制约束和需求。

本发明旨在根据电网日负荷需求和电站日控制电量，在已知火电机组开停机方式的条件下，合理安排机组的日出力运行过程，以有效调节负荷波动，削减负荷峰谷差。为保证电网和电站的安全稳定，机组运行控制条件和需求如下：

(a)给定的日电量需求

$\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,t}\·\mathrm{\Δt}=E_i$

式中N为参与计算机组台数；t为时段号，1≤t≤T；T为总时段数；1≤i≤N；P_i,t为t时段i号机组的出力，MW；Δt为单时段小时数，E_i为给定的日电量；

(b)最小技术出力限制

$P_{i,t}\≥{\underset{\‾}{P}}_i$

式中

为i号机组的最小技术出力，MW；

(c)最大可用出力限制

$P_{i,t}\≤{\stackrel{\‾}{P}}_{i,t}$

式中

为t时段i号机组的出力上限，MW；

(d)出力爬坡上限

|P_i,t-P_i,t-1|≤R_i

式中R_i为i号机组的单时段出力爬坡上限，MW；

(e)出力波动控制约束

(P_i,t-α+1-P_i,t-α)(P_i,t-P_i,t-1)≥0

α=1,2,L,te_i-1,α<t

式中te_i为i号机组在一轮出力升降过程中最高或最低点需持续的最少时段数，te_i>1。

本发明引入负荷重构策略，根据约束（d）和（e），对机组的面临负荷过程进行重构，并保留原负荷变化特性，使切负荷结果能够满足出力爬坡上限和波动控制约束，分三步完成，图1是负荷重构示意图。

第一步：趋势模拟。根据极值点最小持续时段数te_i对负荷序列{C_i,1,C_i,2,...,C_i,T}进行修正，得到新的负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}，保证了负荷极值点持续时段数不小于机组的出力极值点最小持续时段数te_i以及修正前后负荷趋势基本保持不变，图1(a)是趋势修正示意图。计算公式如下：

$C_{i,t}^{\&prime;}={\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{{i,t}^{\&prime;}}$

式中

为分段负荷时段号，0≤t′≤S，

为分段负荷最大时段号， ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{{i,t}^{\&prime;}}=\underset{{\mathrm{te}}_i\&times;t^{\&prime;}}{\overset{{\mathrm{te}}_i\&times;(t^{\&prime;}+1)-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{i,t}/{\mathrm{te}}_i,$ 为分段负荷值；

第二步：等比缩放。根据出力爬坡上限对负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}进行等比例缩放，得到负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}，保证原负荷的升降趋势，图1(b)是等比缩放示意图。计算公式如下：

C″_i,t=C″_i,t×r

$\left\{\begin{array}{cc}r=\frac{R_i\&times;(t_{\max }-t_{\min })}{C_{i,t_{\max }}^{\&prime;}-C_{i,t_{\min }}^{\&prime;}}& \mathrm{ifr}<1\\ r=1& \mathrm{else}\end{array}\right.$

式中t_min、t_max分别为负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}中最小值、最大值对应时段号；

第三步：爬坡修正。根据机组的出力爬坡上限R_i逐分段修正负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}，使任意相邻时段间的负荷差值不大于R_i，新的负荷序列记为{C″′_i,1,C″′_i,2,...,C″′_i,T}，保证机组出力过程满足出力爬坡约束及快速响应负荷高低变化，具有如图1(c)所示。具体过程如下：

标记负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}中各分段负荷是否可以调整（共S段），一般情况下，负荷极小值点、极大值点对应分段，以及分段1（即前te_i个时段）不可调整，目的是保证计划出力满足最小持续时段数要求；从分段2开始，逐分段进行爬坡修正，共有四种组合情况：

1）当相邻两分段（s分段及s+1分段）负荷均可以调整时，根据两分段的负荷差值与爬坡上限，确定需要调整的时段个数为

并从时段(s×te_i-N_e/2)开始，按步长R_i逐时段增加负荷，直至调整时段数达到N_e；

2）当s+1分段负荷不可调整时，从时段(s-1)×te_i+1开始，按式C″′_i,t=C″′_i,t-1+R_i逐时段增加负荷，直至调整时段数达到min{N_e,te_i}；若N_e≥te_i，将s+1分段对应的所有时段负荷都设置为

以同时满足爬坡和最小持续时段要求；

3）当s分段负荷不可调整时，从时段s×te_i+1开始，按式C″′_i,t=C″′_i,t-1+R_i逐时段增加负荷，直至调整时段数达到min{N_e,te_i}；

4）当相邻两分段负荷均不可调整时，若负荷处于上升阶段，则两分段对应的所有时段负荷均取

若负荷处于下降阶段，则对应时段负荷均取

否则取

机组在实际运行中，应使衔接时段出力满足机组控制约束，即满足相邻日约束，如下所示:

$\left\{\begin{array}{c}(p_{{i,t}^{\&prime;}-\mathrm{\&alpha;}+1}-p_{{i,t}^{\&prime;}-\mathrm{\&alpha;}})(p_{{i,t}^{\&prime;}}-p_{{i,t}^{\&prime;}-1})\&GreaterEqual;0\\ \mathrm{\&alpha;}=\mathrm{1,2},L,{\mathrm{te}}_i-1;\mathrm{\&alpha;}<t^{\&prime;}\&le;2T\\ \begin{array}{cc}{p}_{{i,t}^{\&prime;}}=P_{{i,t}^{\&prime;}}^{\&prime;}& \mathrm{if}{t}^{\&prime;}\&le;T\end{array}\\ \begin{array}{cc}{p}_{{i,t}^{\&prime;}}=P_{{i,t}^{\&prime;}-T}& \mathrm{else}\end{array}\end{array}\right.$

式中P′_i,t为前一日t时段i号机组的出力。

本发明引入出力修正策略，在切负荷过程中，动态修正计划出力，确保与前一日出力衔接后不违反机组运行约束。针对两种代表性的计划日与前一日出力组合情况，并针对每一种组合，设计了约束违反时的出力调整策略，如图2所示。过程如下：

组合情况1：机组前一日出力的最后te_i个时段和计划日的前te_i个时段都满足最小持续时段数要求（后者由负荷重构第三步可以得出），如图2（a）～（d）。这种情况下，两日出力衔接后，只需根据爬坡上限R_i修正计划日前几个时段出力，即可满足相邻日出力爬坡和波动控制约束。

组合情况2：机组前一日出力在最后几个时段呈下降趋势，且不满足最小持续时段数要求。此时，需要对计划日的前te_i个时段进行等值增减，以同时满足出力爬坡和最小持续时段数约束，像图2中的（e）、（f）、（g）均是这种情况。当计划日的前期出力过程同样呈下降趋势时，仅需作爬坡可行性修正，图2（h）即为这种情况。

根据上述思想，按照下述步骤(1)-(7)即可获得可行的机组调峰运行计划：

(1)趋势模拟。根据极值点最小持续时段数te_i对原负荷序列{C_i,1,C_i,2,...,C_i,T}进行修正，得到新的负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}；

(2)等比缩放。根据出力爬坡上限对负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}进行等比例缩放，得到负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}；

(3)爬坡修正。根据机组的出力爬坡上限R_i逐分段修正负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}，使任意相邻时段间的负荷差值不大于R_i，新的负荷序列记为{C″′_i,1,C″′_i,2,...,C″′_i,T}，此时得到切负荷法所需负荷曲线；

(4)定义机组i参与电力电量平衡时剩余负荷图上的最高负荷值为C_i,max，机组i的最大可用出力为

根据

确定出机组i在日负荷图上的初始工作位置；(5)设机组i在调度期的实际发电量为E′_i，如果E′_i>E_i，则抬高工作位置；反之，则降低工作位置。当降低工作位置时，若t时段出力

则

(6)出力修正。利用出力修正策略调整部分时段的切负荷结果，使出力过程满足时段耦合型约束；

(7)重复步（2）～（3），直至E′_i=E_i或电站i的工作位置达到负荷图最低位置为止，此时，得到可行的机组调峰运行计划。

现以华东直调火电系统日计划制作为例，从不同负荷需求、不同求解方法两方面对比分析火电机组调峰运行计划及调峰效果。图3为不同负荷条件下的剩余负荷及火电总出力过程图；图4为两种方法下的剩余负荷及火电总出力过程对比图；图5为两种方法下的机组出力过程图；表1为不同负荷条件下的计算结果对比表；表2为本发明方法与现有方法得到的结果统计表。

分析可知，当负荷需求不同时，本发明方法都能得到可行的调峰运行计划。最高负荷时段的调峰容量接近7580MW，基本达到直调火电总装机，说明最高负荷时段机组以最大出力运行；最低负荷时段的负荷削减幅度为3520MW，达到了直调火电总出力下限，说明最低负荷时段机组以最小出力运行，计算结果合理。与现有方法相比，本发明方法更大程度地削减了系统尖峰负荷及最大峰谷差，尖峰负荷削减幅度高达7580MW，峰谷差削减幅度高达4060MW，表明本发明方法发挥了火电机组的最大调节能力，可以快速跟踪系统负荷变化，从而更好地满足电网深度调峰要求。

综上可知：本发明可有效处理爬坡上限、出力波动控制等复杂时段耦合约束，得到可行的机组调峰运行计划，并能适应不同的负荷需求。同时，具有较强的负荷跟踪能力，对负荷峰谷差的调节幅度大，调峰效果明显。

表1不同负荷条件下的计算结果

表2本发明方法与现有方法得到的结果对比统计表

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)

1.一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，引入负荷重构策略，通过趋势模拟、等比缩放和爬坡修正重构机组面临负荷过程，为切负荷算法提供直接可用的系统负荷，有效兼顾了时段耦合约束和负荷深度调节需求；同时，在切负荷过程中，根据相邻日与计划日的出力组合模式，动态修正部分衔接时段出力，确保衔接后出力过程满足机组控制约束和需求；其特征包括如下步骤：

(1)趋势模拟：根据极值点最小持续时段数te_i对原负荷序列{C_i,1,C_i,2,...,C_i,T}进行修正，得到新的负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}；

(2)等比缩放：根据出力爬坡上限对负荷序列{C′_i,1,C′_i,2,...,C′_i,T}进行等比例缩放，得到负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}；

(3)爬坡修正：根据机组的出力爬坡上限R_i逐分段修正负荷序列{C″_i,1,C″_i,2,...,C″_i,T}，使任意相邻时段间的负荷差值不大于R_i，新的负荷序列记为{C″′_i,1,C″′_i,2,...,C″′_i,T}，此时得到切负荷法所需负荷曲线；

(4)定义机组i参与电力电量平衡时剩余负荷图上的最高负荷值为C_i,max，机组i的最大可用出力为根据确定出机组i在日负荷图上的初始工作位置；

(5)设机组i在调度期的实际发电量为E'_i，如果E′_i>E_i，则抬高工作位置；反之，则降低工作位置；当降低工作位置时，若t时段出力

则

(6)出力修正：利用出力修正策略调整部分时段的切负荷结果，使出力过程满足时段耦合型约束；

(7)重复步(2）～（3），直至E′_i=E_i或电站i的工作位置达到负荷图最低位置为止，得到可行的机组调峰运行计划。

2.根据权利要求1所述的一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，其特征在于，在负荷重构过程中，趋势模拟是利用机组时段耦合约束对面临负荷曲线进行修正。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，其特征在于，在负荷重构过程中，等比缩放是利用机组出力爬坡上限和负荷特征对前一阶段得到的负荷曲线进行修正。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，其特征在于，在负荷重构过程中，爬坡修正是对部分违反机组最大出力爬坡能力的时段负荷进行修正。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于负荷重构策略的火电切负荷调峰方法，其特征在于，在负荷重构过程中，爬坡修正是对部分违反机组最大出力爬坡能力的时段负荷进行修正。

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