CN107609692A - 一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，包括以下步骤：S1、采集机组设备的功率和电流测点数据；S2、通过步骤S1得到的数据对全厂进行电能平衡测试，确定能产生可转移负荷的设备，确定该设备的生产工艺和运行特点以及可转移负荷量；S3、综合负荷转移成本和发电成本建立优化模型，以用电成本最小为目标函数，目标函数的约束条件包括发电功率约束条件、负荷转移约束条件和净电费约束条件；S4、计算步骤S3的优化模型得到成本最优的机组生产分配和可转移负荷的运行分配。与现有技术相比，本发明可得到用电成本最低的机组生产分配和可转移负荷运行分配，帮助制定生产计划，提高发电厂的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及发电厂运行优化方法，尤其是涉及一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法。
背景技术
伴随着电力市场的开放和电力改革进程的推进，两部制电价中的电量电价部分采用分时电价的结算方式已经在我国大部分地区取得良好的效果，证明分时电价可以作为一种缓解我国高峰时段电力需求紧张有效方法。各发电公司必须致力于提高机组运行的经济性，有效地降低发电成本，提高经济效益，增强企业在电力市场中的竞争力的同时更需要认真研究如何应用两部制分时电价来节约用电成本，提高自身节电能力和合理分配用电时段两者结合，达到最佳的节约用电成本的效果。利用两部制分时电价机制的最好办法就是研究机组工作特性和分时电价的峰谷比。统计所有设备的用电特性是一项繁琐的工作，需要花费大量的时间和人工。那么在现有机组运行的基础上，要充分利用两部制分时电价，就要想办法充分分析发电成本和分时电价的关系以及机组启停运行的工作状态，优化机组之间的负荷分配，合理安排启停和检修时间，将非连续运行设备尽量安排在电价低时段运行，减少不必要的备用，从而减少发电成本和用电成本，提高发电厂整体的经济效益。这是一个可行的、短期就能见成效的方法。
目前对于两部制分时电价的应用有很多，主要为三类：一是发电侧和售电侧的联合优化模型，旨在降低供电公司的投资风险，实现共同经济效益；二是研究用户侧，通过用户的需求价格弹性矩阵或反应曲线研究用户响应，实现用户和供电公司的经济效益；三是基于博弈控制理论来分析供电公司分时电价制定方式，实现负荷转移，削峰填谷。但是以上三种都没有针对发电厂综合分时电价机制和负荷响应两方面的考虑，也没有考虑到不同时段的买入卖出电价会对企业的发用电计划产生影响。
为了减少发电厂的用电成本，可以通过发电厂负荷转移和发电成本联合优化的方法获得机组的负荷分配方法和可转移负荷的运行时段，从而指导发电厂充分利用两部制分时电价获得更多的经济效益。
发电厂负荷转移和发电成本联合优化的方法由于同时考虑到生产分配和可转移负荷两部分，考察了辅机设备所带来的厂用电量的消耗，与目前的节能减排目标息息相关，受到发电企业的关注，政府更是推行发电优化调度，鼓励能耗低的环保机组优先参与生产，各大发电企业为了获得更有利的竞争地位，更需要从降低煤耗，降低厂用电费用出发，建立切实有效的生产分配计划和安排。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，包括以下步骤：
S1、采集机组设备的功率和电流测点数据；
S2、通过步骤S1得到的数据对全厂进行电能平衡测试，确定能产生可转移负荷的设备，确定该设备的生产工艺和运行特点以及可转移负荷量；
S3、综合负荷转移成本和发电成本建立优化模型，以用电成本最小为目标函数，所述目标函数的约束条件包括发电功率约束条件、负荷转移约束条件和净电费约束条件；
S4、计算步骤S3的优化模型得到成本最优的机组生产分配和可转移负荷的运行分配。
优选的，所述步骤S1中的功率和电流测点包括：全厂发电机组发电机的实时出力，6KV母线侧所有设备的功率，380V母线侧重要生产设备的电流，输煤系统、脱硫系统、化学水系统的重要设备的工况、功率和电流。
优选的，所述步骤S3的目标函数具体为：
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，i表示全部I个机组中的第i个机组，m表示全部M个任务中的第m个任务，minCtotal表示最小总用电成本，Bk表示第k时段内的企业净电费，Ei,k表示第i个机组在第k时段内的发电总量，Ci(Ei,k)表示第i个机组在第k时段内的生产成本，表示第m个任务的负荷转移成本。
优选的，所述第k时段内的企业净电费Bk在同一时段内不同时出现购电费用和售电费用，具体为：
其中，Wk表示第k时段内的净电能需求量，Ek表示第k时段所有机组的发电量之和，表示第k时段的分时买入电价，表示第k时段的售电价。
优选的，所述发电功率约束条件具体为：
gimin≤gi,k≤gimax
-τΔi≤gi,k+1-gi,k≤τΔi
Eimin(gi,k+1,gi,k)≤Ei,k≤Eimax(gi,k+1,gi,k)
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，i表示全部I个机组中的第i个机组，gi,k表示第i个机组在第k时段初的瞬时发电功率，gimin、gimax分别为第i个机组的最小、最大出力，τ表示一个时段的时长，Δi为第i个机组发电功率最大的爬升或爬降速率，最大爬升、爬降速率的绝对值相同，Ei,k为第i个机组在第k时段内的发电总量，Eimax(gi,k+1,gi,k)、Eimin(gi,k+1,gi,k)分别表示第i个机组在第k时段始末发出电能的上、下限值。
优选的，所述负荷转移约束条件具体为：
其中，sm表示进行转移后任务开始时间，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，m表示全部M个任务中的第m个任务，τ表示一个时段的时长，表示0/1辅助变量，表示第m个任务在第k时段内或者之前启动，表示第m个任务在第k时段内或者之前停止，om,k表示任务m在第k时段的持续时间，Tm表示第m个任务的工作时长。
优选的，所述净电费约束条件具体为：
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个，τ表示一个时段的时长，Bk表示第k时段内的企业净电费，Qk表示第k时段内的净受入负荷，和分别表示时段k的卖出电价和买入电价。
优选的，所述第k时段内的净受入负荷Qk具体为买入电量与卖出电量的差值，Qk>0时为买入电量，反之为卖出电量；Qk≤QMD，QMD为企业给定的最大电量上限。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过发电厂负荷转移和发电成本的联合优化，得到发电厂用电成本最低的机组生产分配和可转移负荷运行分配，可将电能平衡测试结果以及联合优化结果用于机组生产的指导，制定生产计划，提高发电厂的经济效益。
2、通过对多种测点参数的测量，能够较真实的反映实际电厂情况，使优化模型更加全面和合理，得到的结果更具有实际意义。
3、通过本优化模型可以对比不同峰谷比和售电价格对发电厂经济收益和生产计划的影响，帮助制定更加合理的售电价格。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，包括以下步骤：
S1、搭建发电机组在线监测与经济运行系统，通过SIS(Supervisory InformationSystem in plant level，厂级监控信息系统)采集机组设备的功率和电流测点数据；
S2、通过步骤S1得到的数据对全厂进行电能平衡测试，确定能产生可转移负荷的设备，确定该设备的生产工艺和运行特点以及可转移负荷量；
S3、综合负荷转移成本和发电成本建立优化模型，以用电成本最小为目标函数，目标函数的约束条件包括发电功率约束条件、负荷转移约束条件和净电费约束条件；
S4、计算步骤S3的优化模型得到成本最优的机组生产分配和可转移负荷的运行分配。
仅从发电成本和不同时段下的电价大小比较角度分析，将一天划分为峰、谷、平三种电价时段，发用电计划受实时电价和负荷大小影响。企业的净电费和发电成本之和是一个关于发电机的实时出力的递增函数，峰时电价必然高于自备电厂任意时段的发电成本，所以，峰时电价会出现两种情况，谷时电价有三种情况，其中，ω上标“b”、“s”、“gen”分别表示买入电价、卖出电价、发电成本，下标“feng”、“gu”分别表示峰时、谷时的电价时段，平时电价的情况与谷时相同。综合三种时段的电价会出现的18种组合情况，发电原则是发电成本高于购电价时，采用外购电，减少自身发电；发电成本介于售电价和购电价之间，自身尽量跟踪自身负荷；发电成本低于售电价时，要尽量多发电，多向电网售电。
步骤S1中的功率和电流测点包括：全厂发电机组发电机的实时出力，6KV母线侧所有设备的功率，380V母线侧重要生产设备的电流，输煤系统、脱硫系统、化学水系统的重要设备的工况、功率和电流。
步骤S2中电能平衡的测算方法根据《火力发电厂电能平衡导则》的具体要求进行统计测算，可转移负荷的判别标准为不受生产和时间影响的设备所产生的用电负荷。电厂的厂用电可转移负荷来源于不需连续运行的辅机设备和具有一定储存能力的辅助系统。在规定的时间内，对其进行工作负荷、运行时长、开始时间和特殊运行时段的计算。
步骤S3的目标函数具体为：
其中，k＝1,2,3,…,K，表示根据峰、谷、平时段划分制定的总共K个时段中的第k个，i表示全部I个机组中的第i个机组，m表示全部M个任务中的第m个任务，minCtotal表示最小总用电成本，Bk表示第k时段内的企业净电费，Ei,k表示第i个机组在第k时段内的发电总量：
其中，gi(t)为第i台机组在t时刻的瞬时功率；
Ci(Ei,k)表示第i个机组在第k时段内的生产成本，表示第m个任务的负荷转移成本：
其中，为转移负荷单位时间的成本，Tm为第m个任务的工作时长。
第k时段内的企业净电费Bk在同一时段内不同时出现购电费用和售电费用，即电厂不可以低价从电网购电再高价卖给电网，净电费具体为：
其中，Wk表示第k时段内的净电能需求量，Ek表示第k时段所有机组的发电量之和，表示第k时段的分时买入电价，表示第k时段的售电价。
发电功率约束条件具体为：
gimin≤gi,k≤gimax
-τΔi≤gi,k+1-gi,k≤τΔi
Eimin(gi,k+1,gi,k)≤Ei,k≤Eimax(gi,k+1,gi,k)
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，i表示全部I个机组中的第i个机组，gi,k表示第i个机组在第k时段初的瞬时发电功率，gimin、gimax分别为第i个机组的最小、最大出力，τ表示一个时段的时长，Δi为第i个机组发电功率最大的爬升或爬降速率，最大爬升、爬降速率的绝对值相同，Ei,k为第i个机组在第k时段内的发电总量，Eimax(gi,k+1,gi,k)、Eimin(gi,k+1,gi,k)分别表示第i个机组在第k时段始末发出电能的上、下限值。
负荷转移约束条件具体为：
其中，sm表示进行转移后任务开始时间，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，m表示全部M个任务中的第m个任务，τ表示一个时段的时长，表示0/1辅助变量，表示第m个任务在第k时段内或者之前启动，表示第m个任务在第k时段内或者之前停止，om,k表示任务m在第k时段的持续时间，Tm表示第m个任务的工作时长。
净电费约束条件具体为：
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个，τ表示一个时段的时长，Bk表示第k时段内的企业净电费，Qk表示第k时段内的净受入负荷，和分别表示时段k的卖出电价和买入电价。
第k时段内的净受入负荷Qk具体为买入电量与卖出电量的差值，Qk>0时为买入电量，反之为卖出电量，其中，Qk≤QMD，QMD为企业给定的最大电量上限。
实施例一
本实施例中，全厂共有3台发电机组，采集了某机组从2017年3月1日至2017年3月31日的实时运行数据。部分测点参数数据如表1所示，单位MW·h。
表1机组运行的部分测点参数数据
根据《火力发电厂电能平衡导则》中的相关标准对全厂进行电能平衡测算后，得到可转移负荷的情况如表2所示。
表2可转移负荷表
所有可转移负荷均需持续不间断运行。其中，6号负荷主要来自于灰库系统，根据统计和生产需要，其开始运行时间在12:00以后。其余负荷对于开启时间没有具体要求。
该企业目前与地区电网按进出两种不同价格机制结算电费，企业从地区电网购电按分时电价结算，企业向电网送电采用固定价格结算，如表3所示。
表3不同时段买入/卖出电价
根据该厂的实际各机组运行参数和系统在各时段的期望及所需电量上下限，通过用电成本最小为目标的优化模型，对机组负荷和可转移负荷进行分配，得到优化的机组出力分配以及可转移负荷的运行分配。表4为优化前、后的生产发电计划。
对表4的机组出力分配结果进行分析。从机组负荷分配可以看出，1号机组获得了更多的生产任务，原因在于，1号机组的煤耗相对于其他两台机组而言较低，所以1号机组多出力降低了发电厂的生产成本，符合节能减排要求的同时，在较高的峰时电价下将为发电厂带来更多的经济效益。
表4优化前后的发电机组出力分配
分时电价时段的划分可有效地引导企业选择在夜间进行机组的检修和维护，将需要长时间运行的可转移负荷移至夜间，减少企业的用电成本，减少机组的启停，避免对电网产生巨大的负荷冲击。影响负荷转移的结果除了生产成本的不同，还有峰、谷、平3种不同电价的大小和比例关系。
本实施例中，为了表明不同电价对生产分配的影响，不改变买入电价，发电成本为290元/(MW·h)，对比峰时卖出电价分别为330元/(MW·h)和374元/(MW·h)两种情况下的生产分配和可转移负荷的对比。表5为不同峰时卖出电价下的可转移负荷的分配。
表5不同峰时卖出电价下的可转移负荷的分配
由表5可知，负荷安排在峰时将对电厂的负荷率产生影响，减少电厂峰时供电，电网将调度更多的机组进行额外的发电，电网整体的运营费用将增加，致使峰时电价增高，企业在这样的电价影响下，会选择电价较低的谷时安排生产。根据前文的价格分析，谷时电价如果低于生产成本，电厂谷时多用电少发电，这就将一部分负荷转移到谷时。电价刺激对于削峰填谷的作用巨大，合理的峰、谷、平电价，直接影响企业及其自备电厂作为电力用户的用户行为。只要有可转移或可中断负荷的存在，就可以充分享受分时带来的经济利益，将生产尽量安排在谷时可降低本身的用电成本。综合考虑发电厂的影响因素，在不同分时电价的条件下，会出现负荷从谷时向峰时转移的情况。
通过对比不同峰时电价的结果，可以得到两种不同情况下的用电成本节约量，结果如表6所示。
表6不同峰时电价负荷转移所产生的效益
从表6电网的供电收益对比可以表明，合理提高峰时的上网电价，可以给企业带来经济效益。通过优化模型可以合理利用分时电价安排可转移负荷，同时优化生产和设备，减少发电成本，拉大与分时电价的差距以获得更多利益。
Claims (8)
1.一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集机组设备的功率和电流测点数据；
S2、通过步骤S1得到的数据对全厂进行电能平衡测试，确定能产生可转移负荷的设备，确定该设备的生产工艺和运行特点以及可转移负荷量；
S3、综合负荷转移成本和发电成本建立优化模型，以用电成本最小为目标函数，所述目标函数的约束条件包括发电功率约束条件、负荷转移约束条件和净电费约束条件；
S4、计算步骤S3的优化模型得到成本最优的机组生产分配和可转移负荷的运行分配。
2.根据权利要求1所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述步骤S1中的功率和电流测点包括：全厂发电机组发电机的实时出力，6KV母线侧所有设备的功率，380V母线侧重要生产设备的电流，输煤系统、脱硫系统、化学水系统的重要设备的工况、功率和电流。
3.根据权利要求1所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述步骤S3的目标函数具体为：
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其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，i表示全部I个机组中的第i个机组，m表示全部M个任务中的第m个任务，minCtotal表示最小总用电成本，Bk表示第k时段内的企业净电费，Ei,k表示第i个机组在第k时段内的发电总量，Ci(Ei,k)表示第i个机组在第k时段内的生产成本，表示第m个任务的负荷转移成本。
4.根据权利要求3所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述第k时段内的企业净电费Bk在同一时段内不同时出现购电费用和售电费用，具体为：
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其中，Wk表示第k时段内的净电能需求量，Ek表示第k时段所有机组的发电量之和，表示第k时段的分时买入电价，表示第k时段的售电价。
5.根据权利要求1所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述发电功率约束条件具体为：
gimin≤gi,k≤gimax
-τΔi≤gi,k+1-gi,k≤τΔi
Eimin(gi,k+1,gi,k)≤Ei,k≤Eimax(gi,k+1,gi,k)
其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，i表示全部I个机组中的第i个机组，gi,k表示第i个机组在第k时段初的瞬时发电功率，gimin、gimax分别为第i个机组的最小、最大出力，τ表示一个时段的时长，Δi为第i个机组发电功率最大的爬升或爬降速率，最大爬升、爬降速率的绝对值相同，Ei,k为第i个机组在第k时段内的发电总量，Eimax(gi,k+1,gi,k)、Eimin(gi,k+1,gi,k)分别表示第i个机组在第k时段始末发出电能的上、下限值。
6.根据权利要求1所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述负荷转移约束条件具体为：
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其中，sm表示进行转移后任务开始时间，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个时段，m表示全部M个任务中的第m个任务，τ表示一个时段的时长，表示0/1辅助变量，表示第m个任务在第k时段内或者之前启动，表示第m个任务在第k时段内或者之前停止，om,k表示任务m在第k时段的持续时间，Tm表示第m个任务的工作时长。
7.根据权利要求1所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述净电费约束条件具体为：
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其中，k表示根据峰、谷、平时段划分制定的K个时段中的第k个，τ表示一个时段的时长，Bk表示第k时段内的企业净电费，Qk表示第k时段内的净受入负荷，和分别表示时段k的卖出电价和买入电价。
8.根据权利要求7所述的一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法，其特征在于，所述第k时段内的净受入负荷Qk具体为买入电量与卖出电量的差值，Qk>0时为买入电量，反之为卖出电量；Qk≤QMD，QMD为企业给定的最大电量上限。
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|---|---|---|---|
| CN201710771807.9A CN107609692A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710771807.9A CN107609692A (zh) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 一种联合负荷转移和发电成本的发电厂优化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN107609692A true CN107609692A (zh) | 2018-01-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109936130A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-06-25 | 西安理工大学 | 一种负荷动态控制方法 |
| CN110020742A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-07-16 | 广东电网有限责任公司 | 一种工业用户源荷储需求响应优化方法及设备 |
| CN110394046A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-11-01 | 徐州润华环保科技有限公司 | 脱硫运行优化专家系统 |
| CN111596963A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-28 | 广州博依特智能信息科技有限公司 | 一种设备开机时间合并方法、装置及存储介质 |
-
2017
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110020742A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-07-16 | 广东电网有限责任公司 | 一种工业用户源荷储需求响应优化方法及设备 |
| CN109936130A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-06-25 | 西安理工大学 | 一种负荷动态控制方法 |
| CN109936130B (zh) * | 2019-01-04 | 2023-09-29 | 西安理工大学 | 一种负荷动态控制方法 |
| CN110394046A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-11-01 | 徐州润华环保科技有限公司 | 脱硫运行优化专家系统 |
| CN110394046B (zh) * | 2019-07-08 | 2021-11-05 | 徐州润华环保科技有限公司 | 脱硫运行优化专家系统 |
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