CN112104008A - 风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，具体按照如下步骤实施：步骤1，确定电力系统中所有火电机组的开机优先级别；步骤2，根据峰荷值及峰荷时段的正旋转备用需求确定最大开机机组集合；步骤3，根据谷荷值及谷荷时段的负旋转备用需求修正步骤2确定的最大开机机组集合；步骤4，校验经步骤3修正后的火电机组开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，最终确定满足调度需求的火电开机机组集合。本发明兼顾最大、最小负荷需求、正负旋转备用需求以及与水电、抽水蓄能的容量配合，选取的火电机组既有足够的承担负荷和备用的能力又不至于产生较大的容量冗余。

Description

风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法

技术领域

本发明属于电力系统运行控制方法技术领域，涉及一种风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法。

背景技术

随着全球能源、环境、气候等问题的日益凸显，大力发展可再生能源已成为各国重点关注的能源战略。近年来，我国风电、光伏、水电、抽水蓄能等清洁能源电力装机容量一直保持高速增长的态势，风、光、水入网规模逐渐增大。大规模清洁电力接入电网导致火电系统出现容量冗余，为了保障火电机组的运行效率，同时避免系统容量与负荷需求失衡，有必要事先确定开机的火电机组集合。

目前关于火电机组组合，仅以孤立的火电系统为研究对象，结合经济性目标、检修计划、开停机小时数约束来确定开机机组。现有技术存在的问题：一是没有考虑与系统中其它电源的容量配合，仅根据火电机组自身运行特性确定开机机组，难以适用于含大规模新能源的电力系统；二是依赖智能优化算法同时求解机组组合和负荷分配的离散整型变量和连续变量，往往存在维数灾问题，难以快速求解。通常，火电机组开机越多，可提供的正旋转备用越多，但负旋转备用提供能力会受限，因此开机台数的确定需要同时协调正、负旋转备用需求，一旦有一方不满足，则需要调整调度策略，这给调度增加了难度。因此，研究适用于新能源电力系统的火电开机机组确定方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，兼顾最大、最小负荷需求、正负旋转备用需求以及与水电、抽水蓄能的容量配合，选取的火电机组既有足够的承担负荷和备用的能力又不至于产生较大的容量冗余。

本发明所采用的技术方案是，风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1，确定电力系统中所有火电机组的开机优先级别；

步骤2，根据峰荷值及峰荷时段的正旋转备用需求确定最大开机机组集合；

步骤3，根据谷荷值及谷荷时段的负旋转备用需求修正步骤2确定的最大开机机组集合；

步骤4，校验经步骤3修正后的火电机组开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，最终确定满足调度需求的火电开机机组集合。

本发明的特征还在于，

步骤1中假设电力系统中总共有N_t台火电机组，则按照经济性设定的优先级别为1,2,…,N_t，具体方法如下：

若电力系统参数中给定了每台火电机组的单位煤耗，则依据单位煤耗由低到高的顺序设定开机优先级别；

若电力系统给定了火电机组的煤耗函数，则根据最小比耗量μ_min由小到大的顺序设定开机优先级别。

若出现两台机组最小比耗量相同的情况，则根据爬坡率r_u由大到小的顺序确定，爬坡率r_u大的机组优先级别高；若两台机组的爬坡率r_u相同，则额定容量大的机组优先级别高。

步骤2具体为：开机的火电机组必须满足下式：

其中，P_Gimax是火电机组i的出力上限，即额定功率；P_Hjmax是水电机组j的出力上限；P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；P_Dpeak表示电力系统的峰荷值；P_Wpeakt表示峰荷时段对应的可用风电功率；P_Rupeakt表示峰荷时段对应的正旋转备用值；

则认为：满足式(1)且优先级排序为前n台的火电机组就是最大开机机组集合N_on，N_on＝{1,2,……,n}，n≤N_t。

步骤3具体为：

判断

是否成立：

若成立，则从当前开机机组集合中依次删除额定容量最小的机组，直到满足下式：

其中，m表示从最大开机机组集合中删掉的机组数；P_Gimin是火电机组i的出力下限，P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；P_Dlow表示谷荷值；P_Wlowt表示谷荷时段对应的可用风电功率；P_Rdlowt表示谷荷时段对应的负旋转备用值；

求得修正后的开机机组数目为n-m，表示按照优先级排序为前n-m台的机组为修正后的开机机组集合，此时开机机组集合更新为N′_on＝{1,2,…,n-m}，n-m≤N_t；

若

不成立，则开机机组台数无需修正，直接按步骤2确定的最大开机机组集合N_on输出。

步骤4中判断修正后的开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，即就是判断是否满足下式：

若满足，则N′_on＝{1,2,…,n-m}就是最终确定的开机机组；

若不满足，则使用步骤2确定的最大开机机组集合，在负旋转备用无法满足的低负荷时段，调度决策者根据实际情况，选择关停1台优先级相对靠后的火电机组或者弃掉部分风电或水电。

本发明的有益效果是：

本发明风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法充分考虑了机组的经济性，经济性好的机组优先开机；根据最大负荷、正旋转备用需求和水电、抽水蓄能的调节能力确定最大开机机组集合，依据最小负荷、负旋转备用需求和水电、抽水蓄能的调节能力修正最大开机机组集合；最终获得兼顾经济性、系统运行需求和多源容量配合的火电开机机组集合。

通过本发明的方法，一方面可最大程度降低火电机组组合的调整，有利于火电机组的高效平稳运行，减少机组启停次数；另一方面，该方法简单、易于实现，计算速度快，可有效减少优化算法的寻优空间，避免维数灾问题。

附图说明

图1是本发明风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其流程如图1所示，具体按照如下步骤实施：

步骤1，确定电力系统中所有火电机组的开机优先级别；具体为：

假设电力系统中总共有N_t台火电机组，则按照经济性设定的优先级别为1,2,…,N_t，具体方法如下：

若电力系统参数中给定了每台火电机组的单位煤耗，则依据单位煤耗由低到高的顺序设定开机优先级别；

若电力系统给定了火电机组的煤耗函数，则根据最小比耗量μ_min由小到大的顺序设定开机优先级别，若出现两台机组最小比耗量相同的情况，则根据爬坡率r_u由大到小的顺序确定，爬坡率r_u大的机组优先级别高；若两台机组的爬坡率r_u相同，则额定容量大的机组优先级别高，其中爬坡率和额定容量都可以通过火电机组的参数说明书查到。

步骤2，根据峰荷值及峰荷时段的正旋转备用需求确定最大开机机组集合，若峰荷时段的负荷和正旋转备用需求得以满足，那其它小于峰荷时段的负荷和正备用也将满足，考虑极端情况，峰荷时段抽水蓄能和水电均发挥了极限调节能力，即均以额定功率发电，此时水电不具备提供正备用的能力，遵循经济性好的机组优先调用的原则，按经济性排序(即就是优先级排序)逐一累加各机组的最大出力，要求开机的火电机组必须满足下式：

其中，P_Gimax是火电机组i的出力上限，即额定功率；P_Hjmax是水电机组j的出力上限；P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；上述机组的参数可从机组的产品说明书中获取；P_Dpeak表示电力系统的峰荷值；P_Wpeakt表示峰荷时段对应的可用风电功率；P_Rupeakt表示峰荷时段对应的正旋转备用值；上述系统数据可认为是已知量。

则认为：满足式(1)且优先级排序为前n台的火电机组就是最大开机机组集合N_on，N_on＝{1,2,……,n}，n≤N_t。

步骤3，根据谷荷值及谷荷时段的负旋转备用需求修正步骤2确定的最大开机机组集合，依据峰荷时段参数确定的开机数可能会在某些调度时段出现开机机组的最小技术出力之和大于当前时段火电承担的负荷需求与负旋转备用之差的情况，无法满足该时段的负旋转备用约束。因此需要对开机机组集合进行修正，使其最小技术出力之和小于各时段负荷与负旋转备用需求之差。而谷荷时段的负荷需求与负旋转备用需求之差是各时段中最小的，因此只要满足谷荷时段的负旋转备用约束，其余时段的也将满足。考虑极端情况，即水电出力为0，抽水蓄能以额定功率抽水，此时水电不具备提供负旋转备用的能力，开机机组集合修正步骤如下：

判断

是否成立：

若成立，则从当前开机机组集合中依次删除额定容量最小的机组，直到满足下式：

其中，m表示从最大开机机组集合中删掉的机组数；P_Gimin是火电机组i的出力下限，P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；可从机组的产品说明书中获取；P_Dlow表示谷荷值；P_Wlowt表示谷荷时段对应的可用风电功率；P_Rdlowt表示谷荷时段对应的负旋转备用值；上述系统数据可认为是已知量。

求得修正后的开机机组数目为n-m，表示按照优先级排序为前n-m台的机组为修正后的开机机组集合，此时开机机组集合更新为N′_on＝{1,2,…,n-m}，n-m≤N_t；

若

不成立，则开机机组台数无需修正，直接按步骤2确定的最大开机机组集合N_on输出。

步骤4，校验经步骤3修正后的火电机组开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，最终确定满足调度需求的火电开机机组集合；

其中，判断修正后的开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，即就是判断是否满足下式：

若满足，则N′_on＝{1,2,…,n-m}就是最终确定的开机机组；

若不满足，则使用步骤2确定的最大开机机组集合，在负旋转备用无法满足的低负荷时段，调度决策者根据实际情况，选择关停1台优先级相对靠后的火电机组或者弃掉部分风电或水电。

如表1所示，为10机测试系统的火电机组参数，该测试系统1天24小时的峰荷和谷荷值分别为2220MW和1036MW，水电装机容量360MW，抽水蓄能装机容量150MW。如表2所示，为10台火电机组的经济性排序；如表3所示，为采用本发明方法和传统方法确定的开机机组、总煤耗量和运行过程中的机组启停次数。

表1火电机组参数

表2火电机组的经济性排序

经济性序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											机组编号	1#	6#	2#	3#	10#	4#	5#	9#	8#	7#

表3采用本发明方法和传统方法确定的开机机组运行特性对比

方法	开机机组	总煤耗量/t	启停次数
				本方法	{1#,6#,2#,3#}	8212	0
传统方法	{1#,2#,3#,4#,5#,6#}	9862	4

通过测试系统仿真结果对比表明：

(1)本发明的方法可以保证经济性好的机组优先调用，有效降低开机机组的煤耗量，从而保证系统运行的经济性优化目标；

(2)本发明的方法可以最大程度降低火电机组组合的调整，开机机组一旦选定，在整个调度过程中便保持稳定运行，不再进行启停操作；

(3)本发明的方法可以预先确定火电机组组合的状态变量取值，满足正、负旋转备用需求，可以降低后续优化运行的寻优难度，避免算法的维数灾问题，且简单易实现，求解效率高。

Claims (6)

1.风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1，确定电力系统中所有火电机组的开机优先级别；

步骤2，根据峰荷值及峰荷时段的正旋转备用需求确定最大开机机组集合；

步骤3，根据谷荷值及谷荷时段的负旋转备用需求修正步骤2确定的最大开机机组集合；

步骤4，校验经步骤3修正后的火电机组开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，最终确定满足调度需求的火电开机机组集合。

2.根据权利要求1所述的风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，所述步骤1中假设电力系统中总共有N_t台火电机组，则按照经济性设定的优先级别为1,2,…,N_t，具体方法如下：

若电力系统参数中给定了每台火电机组的单位煤耗，则依据单位煤耗由低到高的顺序设定开机优先级别；

若电力系统给定了火电机组的煤耗函数，则根据最小比耗量μ_min由小到大的顺序设定开机优先级别。

3.根据权利要求2所述的风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，若步骤1中出现两台机组最小比耗量相同的情况，则根据爬坡率r_u由大到小的顺序确定，爬坡率r_u大的机组优先级别高；若两台机组的爬坡率r_u相同，则额定容量大的机组优先级别高。

4.根据权利要求2所述的风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，所述步骤2具体为：开机的火电机组必须满足下式：

其中，P_Gimax是火电机组i的出力上限，即额定功率；P_Hjmax是水电机组j的出力上限；P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；P_Dpeak表示电力系统的峰荷值；P_Wpeakt表示峰荷时段对应的可用风电功率；P_Rupeakt表示峰荷时段对应的正旋转备用值；

则认为：满足式(1)且优先级排序为前n台的火电机组就是最大开机机组集合N_on，N_on＝{1,2,……,n}，n≤N_t。

5.根据权利要求4所述的风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

判断

是否成立：

若成立，则从当前开机机组集合中依次删除额定容量最小的机组，直到满足下式：

其中，m表示从最大开机机组集合中删掉的机组数；P_Gimin是火电机组i的出力下限，P_PHR是抽水蓄能机组的额定功率；P_Dlow表示谷荷值；P_Wlowt表示谷荷时段对应的可用风电功率；P_Rdlowt表示谷荷时段对应的负旋转备用值；

求得修正后的开机机组数目为n-m，表示按照优先级排序为前n-m台的机组为修正后的开机机组集合，此时开机机组集合更新为N′_on＝{1,2,…,n-m}，n-m≤N_t；

若

不成立，则开机机组台数无需修正，直接按步骤2确定的最大开机机组集合N_on输出。

6.根据权利要求5所述的的风蓄水火联合运行中火电开机机组的确定方法，其特征在于，所述步骤4中判断修正后的开机数是否满足峰荷值和峰荷时段旋转备用需求，即就是判断是否满足下式：

若满足，则N′_on＝{1,2,…,n-m}就是最终确定的开机机组；

若不满足，则使用步骤2确定的最大开机机组集合，在负旋转备用无法满足的低负荷时段，调度决策者根据实际情况，选择关停1台优先级相对靠后的火电机组或者弃掉部分风电或水电。

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