CN104156785B - 一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法 - Google Patents

一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，包括(1)获取发电计划优化模型的运行数据，维护火电机组启停磨出力区间；(2)获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算，得到灵敏度结果信息；(3)发电计划优化模型读取系统基础数据、火电机组启停磨出力区间和灵敏度结果信息；(4)根据步骤(3)读取的所有输入数据，在发电计划优化模型的基础上，引入火电机组启停磨约束，对火电机组启停磨约束进行建模，形成考虑火电机组启停磨的优化模型，输出结果信息。本发明通过引入火电机组启停磨约束的数学模型，避免了火电机组出力连续上下波动导致的磨煤机频繁启停，使得编制出的机组计划更经济，更可靠，降低了发电成本。

Description

一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法
技术领域
本发明涉及一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，属于电力系统调度自动化技术领域。
背景技术
当前，伴随智能电网建设在国内普遍推行，根据次日用电需求预测，考虑系统平衡约束、机组运行约束、电网运行约束、网络安全约束等各种约束条件，优化编制次日96点机组组合计划和出力计划的日前发电计划功能实用化程度已全面提高。
在日前计划实际执行过程中，由于日前系统负荷预测和日前新能源预测与实际存在较大偏差，导致日前出力计划大幅度调整，给AGC机组调节带来巨大压力，同时也降低了电网安全指标。为解决此问题，实时发电计划编制提上日程，实时发电计划编制功能根据最新的电网运行方式变化、机组运行状态变化、超短期负荷需求预测、超短期新能源预测、实时断面限额和受电计划，参照日前发电计划，编制未来多个时段的机组发电计划。实时调度计划与日前计划相同，支持节能调度、电力市场、三公调度3种调度模式。实时计划时段间隔为5分钟(或15分钟)，计划编制的时间范围为未来1至数小时。在日前计划机组组合状态已定的基础上，实时计划能够周期滚动修正机组日前出力计划，但不对机组组合状态进行调整，即只包括机组经济调度功能，不包括机组组合功能，在计划编制中考虑输电断面安全约束、指定输电元件安全约束。
实时计划编制基础数据准确度高，超短期预测数据与实际数据偏差很小，出力计划执行率大幅度提高，为AGC减轻压力的同时，更能准确评估未来1至数小时电网运行的安全性。然而，日前计划及实时发电计划和AGC闭环后，日前计划与实时计划编制结果的好坏通过AGC得到更加直观的体现。
由于日前计划和实时计划编制不考虑火电机组启停磨煤机问题，因此，当AGC执行日前及实时计划编制的火电机组计划时，出现磨煤机频繁启停的问题。机组出力计划的走势直接关系到磨煤机的启停，如果一台机组的出力计划在启停磨煤机的临界点频繁波动，就会导致磨煤机的频繁启停，增加发电成本，不符合节能调度经济运行的要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，通过引入火电机组启停磨约束的数学模型，避免了火电机组出力连续上下波动导致的磨煤机频繁启停，使得编制出的机组计划更经济，更可靠，降低了发电成本。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，具体包括以下几个步骤：
(1)维护和提供发电计划优化模型所需的运行数据，同时维护火电机组启停磨出力区间信息；
(2)通过数据接口获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算，得到全网网络监视元件对机组的灵敏度结果信息；
(3)发电计划优化模型通过优化数据接口读取系统基础数据、步骤(1)维护的火电机组启停磨出力区间和步骤(2)计算得到的灵敏度结果信息；
(4)根据步骤(3)读取的所有输入数据，在发电计划优化模型的基础上，引入火电机组启停磨约束，即对火电机组启停磨约束进行建模，形成考虑火电机组启停磨的优化模型，最后输出结果信息。
步骤(2)中，灵敏度计算具体采用的是PQ解耦法。
步骤(3)中，系统基础数据包括系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息和机组参考计划。
上述发电计划优化模型采用的是安全约束机组组合和安全约束经济调度优化模型。
上述发电计划优化模型采用的是安全约束机组组合和安全约束经济调度优化模型。
步骤(4)中，火电机组启停磨约束的建模方法如下：
火电机组出力变化过程中存在启停磨煤机的问题，每台火电机组都存在若干启停磨煤机的出力区间；
假设某台火电机组某个启停磨煤机出力区间为[a,b]，则当火电机组出力大于b时启动一台磨煤机，当火电机组出力小于a时，停止一台磨煤机；
可以看出，启动磨煤机和停运磨煤机的分界点不同，两者之间存在裕度，即启停磨煤机出力区间的长度，因此，判断是否启停磨煤机不能以同一分界点判定的状态值为依据，为此，首先引入火电机组出力和启停磨煤机出力区间左右端点之间的关系：
其中：pi,t为常规机组i时刻t的出力；表示机组i在时刻t第n段出力区间的右端点；表示机组i在时刻t第n段出力区间的左端点；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的负偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的负偏差，正负偏差量均为非负变量；
为明确的描述火电机组出力和启停磨煤机出力区间两端点的关系，引入机组偏差状态变量：
式中：为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的左端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的左端点；pi,max为机组i最大技术出力；
火电机组出力与某分段出力区间某端点的正负偏差最多有一个不为零，因此，需引入唯一性约束：
确定火电机组出力与启停磨出力区间端点之间的偏差状态关系之后，根据机组偏差状态变量判断火电机组出力变化是否伴随启停磨煤机，启动磨煤机是伴随机组出力上穿越分段出力区间右端点产生的，停运磨煤机是伴随机组出力下穿越分段出力区间左端点产生的，因此，引入如下约束：
Syi,t,n+Szi,t,n≤1
Dyi,t,n+Dzi,t,n≤1
式中：Syi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间启动磨煤机；Dyi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间停运磨煤机；Szi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未启动磨煤机；Dzi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未停运磨煤机；
确定了机组各时段各启停磨煤机出力区间段启停磨煤机信息之后，增加启停磨煤机约束，限制机组出力在设定的时间内连续上下波动导致磨煤机连续启停，当火电机组出力上穿越某个启停磨煤机出力区间右端点导致启动磨煤机之后，在另一设定的时间内火电机组出力不能下穿越此启停磨煤机出力区间左端点停运磨煤机，约束表达式如下：
式中：En表示在启停磨煤机出力区间n内连续启停磨煤机的最小间隔时段数，T表示优化周期时段数。
本发明在现有优化模型进行基础上，引入火电机组启停磨约束，提高了优化编制机组计划的经济水平，为AGC提供经济可靠的机组出力计划，实现了电力系统经济稳定运行；本发明的建模方法具有计算强度低、适应性强的特点，适合在我国各种级别的调度机构推广应用。
附图说明
图1为本发明的一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
为实现日前及实时计划编制和AGC更好的配合，改善火电机组的出力计划，避免火电机组出力连续上下波动导致的磨煤机频繁启停，日前及实时计划编制优化模型引入火电机组启停磨约束，使得AGC下达的指令更贴近经济调度的要求。
通过引入火电机组启停磨约束的数学模型，编制更加可靠有效的经济的机组出力计划，降低发电成本，提高日前及实时计划和AGC的闭环水平，满足日益精益化的大电网安全运行需求。
为降低发电成本，实现机组经济稳定运行，本发明基于电网的物理模型参数，经济模型参数，网络拓扑数据，负荷预测数据，风功率预测数据，机组组合状态数据，机组调节死区数据等，在常规优化模型基础上引入火电机组启停磨约束，使得编制出的机组计划更经济，更可靠，实现日前及实时发电计划和AGC经济闭环。
参见图1，本发明的考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，具体包括以下几个步骤：
(1)提供数据维护工具，根据各机组不同的物理属性维护和修改火电机组启停磨出力区间；
(2)获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算得到监视元件对机组灵敏度信息；
(3)读取系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息、机组参考计划、步骤(1)维护的火电机组启停磨出力区间及所属步骤(2)计算的灵敏度结果信息等数据；
(4)根据步骤(3)所有输入数据，在常规SCUC和SCED优化模型的基础上，引入火电机组启停磨约束，形成考虑火电机组启停磨的优化模型；启动优化计算，输出结果信息。
火电机组出力变化过程中存在启停磨煤机的问题，每台火电机组都存在若干启停磨煤机的出力区间。假设某台机组某个启停磨煤机出力区间为[a,b]，则当机组出力大于b时启动一台磨煤机；当机组出力小于a时，停止一台磨煤机。可以看出，启动磨煤机和停运磨煤机的分界点不同，两者之间存在裕度，即启停磨煤机出力区间的长度，因此，判断是否启停磨煤机不能以同一分界点判定的状态值为依据。为此，首先引入机组出力和启停磨煤机出力区间左右端点之间的关系：
其中：pi,t为常规机组i时刻t的出力；表示机组i在时刻t第n段出力区间的右端点；表示机组i在时刻t第n段出力区间的左端点；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的负偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的负偏差，正负偏差量均为非负变量。
为更加明确的描述机组出力和启停磨煤机出力区间两端点的关系，引入机组偏差状态变量：
式中：为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的左端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的左端点；pi,max为机组i最大最小技术出力。
机组出力与某分段出力区间某端点的正负偏差至多有一个不为零，因此，需引入唯一性约束：
确定机组出力与启停磨出力区间端点之间的偏差状态关系之后，根据机组偏差状态变量判断机组出力变化是否伴随启停磨煤机，启动磨煤机是伴随机组出力上穿越分段出力右端点产生的，停运磨煤机是伴随机组出力下穿越分段出力左端点产生的，因此，引入如下约束：
Syi,t,n+Szi,t,n≤1
Dyi,t,n+Dzi,t,n≤1
式中：Syi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间启动磨煤机；Dyi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间停运磨煤机；Szi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未启动磨煤机；Dzi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未停运磨煤机。。
确定了机组各时段各启停磨煤机出力区间段启停磨煤机信息之后，增加启停磨煤机约束，限制机组出力短时间内连续上下波动导致磨煤机连续启停，当机组出力上穿越某个启停磨煤机区间右端点导致启动磨煤机之后，在一定时间内机组出力不能下穿越此启停磨煤机出力区间左端点停运磨煤机，约束表达式如下：
式中:En表示在启停磨煤机出力区间n内连续启停磨煤机的最小间隔时段数；T表示优化周期时段数。
本发明火电机组启停磨约束，实现编制机组出力计划的同时考虑机组出力计划与启停磨煤机出力区间的关系，避免机组出力连续上下穿越启停磨出力区间引起磨煤机频繁启停；提高了机组出力计划的经济性，为AGC提供更加经济的机组出力计划，实现了日前和实时计划与AGC的经济闭环运行。
本技术方案在某些区域电网和省级电网得到应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明能够结合机组实际运行特性，编制更加可靠有效的经济性更高的机组出力计划，提升日前及实时计划与AGC闭环的经济指标，满足节能调度的要求。
本方法在常规优化模型基础上，综合考虑各类电网运行约束，同时引入火电机组启停磨约束，从某种意义上讲，是对常规模型机组计划的一次修正，使得修正后的机组出力计划更可靠，更有效，更经济，有助于提高日前和实时发电调度的经济运行水平。同时，该建模方法具有计算强度低、适应性强的特点，更加适合在我国各种规模的调度机构推广应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：
(1)维护和提供发电计划优化模型所需的运行数据，同时维护火电机组启停磨出力区间信息；
(2)通过数据接口获取最新电网物理模型和实时方式数据，启动灵敏度计算，得到全网网络监视元件对机组的灵敏度结果信息；
(3)发电计划优化模型通过优化数据接口读取系统基础数据、所述步骤(1)维护的火电机组启停磨出力区间和所述步骤(2)计算得到的灵敏度结果信息；
(4)根据所述步骤(3)读取的所有输入数据，在发电计划优化模型的基础上，引入火电机组启停磨约束，即对火电机组启停磨约束进行建模，形成考虑火电机组启停磨的优化模型，最后输出结果信息；
步骤(4)中，所述火电机组启停磨约束的建模方法如下：
火电机组出力变化过程中存在启停磨煤机的问题，每台火电机组都存在若干启停磨煤机的出力区间；
假设某台火电机组某个启停磨煤机出力区间为[a,b]，则当火电机组出力大于b时启动一台磨煤机，当火电机组出力小于a时，停止一台磨煤机；
可以看出，启动磨煤机和停运磨煤机的分界点不同，两者之间存在裕度，即启停磨煤机出力区间的长度，因此，判断是否启停磨煤机不能以同一分界点判定的状态值为依据，为此，首先引入火电机组出力和启停磨煤机出力区间左右端点之间的关系：
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其中：Pi,t为常规机组i时刻t的出力；表示机组i在时刻t第n段出力区间的右端点；表示机组i在时刻t第n段出力区间的左端点；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间右端点的负偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的正偏差；表示机组i在时刻t的出力与第n段出力区间左端点的负偏差，正负偏差量均为非负变量；
为明确的描述火电机组出力和启停磨煤机出力区间两端点的关系，引入机组偏差状态变量：
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式中：为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的右端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否超过第n段出力区间的左端点；为0/1状态变量，表示机组i在时刻t的出力是否低于第n段出力区间的左端点；Pi,max为机组i最大技术出力；
火电机组出力与某分段出力区间某端点的正负偏差最多有一个不为零，因此，需引入唯一性约束：
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确定火电机组出力与启停磨出力区间端点之间的偏差状态关系之后，根据机组偏差状态变量判断火电机组出力变化是否伴随启停磨煤机，启动磨煤机是伴随机组出力上穿越分段出力区间右端点产生的，停运磨煤机是伴随机组出力下穿越分段出力区间左端点产生的，因此，引入如下约束：
<mrow> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mi>s</mi> <mo>+</mo> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mi>s</mi> <mo>+</mo> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>Sy</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Sz</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow>
Syi,t,n+Szi,t,n≤1
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Dyi,t,n+Dzi,t,n≤1
式中：Syi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间启动磨煤机；Dyi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间停运磨煤机；Szi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未启动磨煤机；Dzi,t,n为0/1状态变量，表示机组i在时刻t第n段出力区间未停运磨煤机；
确定了机组各时段各启停磨煤机出力区间段启停磨煤机信息之后，增加启停磨煤机约束，限制机组出力在设定的时间内连续上下波动导致磨煤机连续启停，当火电机组出力上穿越某个启停磨煤机出力区间右端点导致启动磨煤机之后，在另一设定的时间内火电机组出力不能下穿越此启停磨煤机出力区间左端点停运磨煤机，约束表达式如下：
<mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>e</mi> </mrow> <mrow> <mi>e</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>E</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Dy</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>Sy</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>e</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>T</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>E</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mi>T</mi> <mo>,</mo> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> </mrow>
式中：En表示在启停磨煤机出力区间n内连续启停磨煤机的最小间隔时段数，T表示优化周期时段数。
2.根据权利要求1所述的考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，其特征在于，
步骤(2)中，所述灵敏度计算具体采用的是PQ解耦法。
3.根据权利要求1所述的考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，其特征在于，
步骤(3)中，所述系统基础数据包括系统负荷预测、新能源预测、检修计划、断面限额、机组停机信息、联络线计划、机组可调出力、机组经济参数信息和机组参考计划。
4.根据权利要求1所述的考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，其特征在于，
所述发电计划优化模型采用的是安全约束机组组合和安全约束经济调度优化模型。
5.根据权利要求2所述的考虑火电机组启停磨的发电计划优化方法，其特征在于，
所述发电计划优化模型采用的是安全约束机组组合和安全约束经济调度优化模型。
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