考慮大規(guī)模光伏接入的機(jī)組檢修中等備用率法的改進(jìn)

朱堅強(qiáng)，吳　穎

(1. 上海電力設(shè)計院有限公司，上?！?00025；2. 國網(wǎng)上海市電力公司 電力科學(xué)研究院計量中心，上?！?00051)

考慮大規(guī)模光伏接入的機(jī)組檢修中等備用率法的改進(jìn)

朱堅強(qiáng)1，吳穎2

(1. 上海電力設(shè)計院有限公司，上海200025；2. 國網(wǎng)上海市電力公司 電力科學(xué)研究院計量中心，上海200051)

摘要：發(fā)電機(jī)組檢修計劃是一個帶多約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化問題，通常有2類：可靠性目標(biāo)函數(shù)以及經(jīng)濟(jì)費用目標(biāo)函數(shù)。目前采用最廣泛的目標(biāo)函數(shù)是等備用法、等備用率法以及等風(fēng)險度法等可靠性目標(biāo)函數(shù)。隨著大規(guī)模光伏電站接入電力系統(tǒng)，傳統(tǒng)的機(jī)組檢修規(guī)劃方法越來越顯現(xiàn)其局限性，在考慮大規(guī)模光伏接入電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)的等備用率法進(jìn)行改進(jìn)，建立了改進(jìn)等備用率法。采用該方法進(jìn)行機(jī)組檢修規(guī)劃，不僅運算速度快，檢修規(guī)劃更加的合理，也更加適應(yīng)大容量光伏接入的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)組檢修；改進(jìn)等備用率法；大規(guī)模光伏接入

發(fā)電機(jī)組檢修計劃是一個帶多約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化問題。由于該問題約束條件復(fù)雜、相關(guān)因素眾多且目標(biāo)多樣化，難以建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法。發(fā)電機(jī)組檢修計劃的目標(biāo)函數(shù)通常有2類：可靠性目標(biāo)函數(shù)以及經(jīng)濟(jì)費用目標(biāo)函數(shù),也有將兩類目標(biāo)函數(shù)結(jié)合考慮的。目前采用最廣泛、最有效的目標(biāo)函數(shù)是等備用法、等備用率法以及等風(fēng)險度法等可靠性目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)濟(jì)費用目標(biāo)函數(shù)經(jīng)研究不是一個有效的目標(biāo)函數(shù)而很少采用。本文對機(jī)組檢修規(guī)劃中的等備用法進(jìn)行改進(jìn)，建立改進(jìn)等備用率法，在機(jī)組檢修規(guī)劃中，考慮大規(guī)模光伏的接入，在全局范圍內(nèi)用平均備用率進(jìn)行搜索。采用這種算法不僅運算速度快，而且檢修規(guī)劃也更加的合理，也更加適用大規(guī)模光伏接入的新的電力系統(tǒng)。

1大規(guī)模光伏接入的電力系統(tǒng)機(jī)組檢修特點

目前全球能源供應(yīng)緊張，全球變暖，世界各國都在大力發(fā)展綠色能源，以實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電具有清潔、源源不斷、安全等顯著特點，在新能源發(fā)展中占據(jù)了重要的地位。隨著太陽能光伏的發(fā)展，我國形成了不少百萬千瓦級大型集中光伏發(fā)電園區(qū)，光伏發(fā)電在電力系統(tǒng)中占據(jù)了不容忽視的比例。大型光伏電站通過逆變器逆變上網(wǎng)，逆變器容量基本為500kW/臺，甚至是單臺容量更小的組串式逆變器，與傳統(tǒng)的火電水電機(jī)組相比，大型光伏電站的裝機(jī)容量可以媲美于傳統(tǒng)機(jī)組，但作為電站上網(wǎng)核心設(shè)備的逆變器，則容量微乎其微，單臺逆變器的故障或檢修基本不會影響整個電力系統(tǒng)運行的可靠性。

圖1　代表年典型日各月最大輻射強(qiáng)度曲線圖

光伏電站的發(fā)電功率跟太陽輻射強(qiáng)度成比例，圖1為某個地區(qū)代表年典型日各月最大輻射強(qiáng)度曲線圖。從圖1可以看出，5月份的輻射強(qiáng)度最大，相應(yīng)的5月份光伏電站出力較其他月份大，同樣的條件下機(jī)組檢修安排在5月份較其他月份更合適。

2檢修規(guī)劃中常用方法

(1)等備用法等備用法是在傳統(tǒng)應(yīng)用中最廣泛的一種檢修計劃安排方法。原理非常簡單和直觀，即在各種檢修的約束條件下，考慮機(jī)組檢修停運后，使電力系統(tǒng)各個時段的備用容量盡可能相等。

(2)等風(fēng)險度法等備用法考慮各個時段的備用容量相等，但是沒有考慮到正常機(jī)組和電力系統(tǒng)停運或故障的概率。等風(fēng)險度法通常用電力不足概率(LOLP)這一指標(biāo)，通過檢修計劃的優(yōu)化安排，使得研究周期內(nèi)各個時段的電力不足概率相等。等風(fēng)險度法的目標(biāo)函數(shù)是隨機(jī)性的特性，是國內(nèi)外經(jīng)常應(yīng)用的方法之一。

(3)模擬退火法模擬退火法是一種通用的概率演算法，在機(jī)組檢修計劃安排中應(yīng)用此種算法可以尋找最優(yōu)解，有效防止陷入局部的最優(yōu)。該算法的缺點是耗時很長，不適合運用到大電力系統(tǒng)的機(jī)組檢修計劃安排。

(4)進(jìn)化算法進(jìn)化算法是一個算法族，主要有遺傳算法和遺傳規(guī)劃、進(jìn)化規(guī)劃和進(jìn)化策略等，是基于生物進(jìn)化機(jī)制的一種搜索算法。進(jìn)化算法屬于多點尋優(yōu)算法，可以用于求解多變量、多目標(biāo)及多區(qū)域的優(yōu)化問題。進(jìn)化算法同樣存在計算速度慢的缺點，且有時候會收斂于局部最優(yōu)，收斂的控制參數(shù)也不易把握。

3考慮大規(guī)模光伏接入的改進(jìn)等備用率法

在本文中，考慮大規(guī)模光伏接入的基礎(chǔ)上，對經(jīng)典的等備用率法進(jìn)行改進(jìn)，其主要思想是在負(fù)荷曲線上引入等效負(fù)荷曲線概念，將光伏電源作為負(fù)負(fù)荷，由負(fù)荷曲線和光伏的出力曲線形成等效負(fù)荷曲線。在尋優(yōu)的過程中以平均備用率作為依據(jù)。設(shè)機(jī)組檢修計劃安排的周期為一年,將整個檢修周期分為T個時段,每時段可為一天、一周、一旬或一個月。

機(jī)組檢修計劃模型使用的符號如下：

S={1,2,…,k}——研究周期內(nèi)檢修機(jī)組的集合；

Ci——第i臺機(jī)組的容量；

Ln——時段n內(nèi)的負(fù)荷曲線；

PVn——時段n內(nèi)的光伏出力曲線；

EL(n)——等效負(fù)荷曲線；

Pi——發(fā)電機(jī)組j的額定容量，i=1,2,…,k；

ti——機(jī)組i的檢修開始時段；

Sj——機(jī)組j的檢修所需的持續(xù)的時段；

考慮大規(guī)模光伏接入的機(jī)組檢修計劃安排過程歸納為：由負(fù)荷曲線和光伏出力曲線生成等效負(fù)荷曲線，EL(n)=max(Ln-PVn)。

對所有需要檢修的發(fā)電機(jī)組(不考慮光伏機(jī)組)進(jìn)行排序,排序可以按照機(jī)組的容量大小進(jìn)行，也可以按照檢修時間的長短進(jìn)行，檢修的機(jī)組在安排檢修時根據(jù)所排順序依次進(jìn)行。

假設(shè)排序后首臺機(jī)組為i，在EL(n)=EL(n)+Ci(n=t,ti+1,…,ti+Si-1)中生成的等效負(fù)荷曲線上尋找連續(xù)的的且平均備用率最大的，在該Si個時段安排這臺機(jī)組進(jìn)行檢修，假設(shè)起始時間段為ti；修正這Si個時段的等效負(fù)荷，即：

繼續(xù)用同樣的方法對排序后剩余的機(jī)組進(jìn)行檢修安排，直到所有排序機(jī)組安排完檢修為止。

機(jī)組檢修安排完成,輸出機(jī)組檢修安排結(jié)果。

機(jī)組檢修安排需考慮各種約束條件，常用的約束條件有：

(1)機(jī)組檢修的連續(xù)性；

(2)一旦機(jī)組開始檢修，機(jī)組檢修活動不能中斷，直到機(jī)組檢修結(jié)束為止；

(3)檢修期間的約束；

(4)機(jī)組只能在某些給定的時間段內(nèi)進(jìn)行檢修，其余時段由于特殊原因不能進(jìn)行檢修；

(5)機(jī)組k一年的檢修次數(shù)限制；

(6)一年中機(jī)組的檢修次數(shù)限制，次數(shù)不得多于檢修次數(shù)；

(7)機(jī)組k兩次檢修之間的最小間隔期限；

(8)同一機(jī)組前后兩次檢修，前面一次檢修結(jié)束到后一次檢修開始的時間間隔不得小于最小時間間隔。

4采用改進(jìn)等備用率法流程

考慮大規(guī)模光伏接入的環(huán)境下，采用改進(jìn)等備用率的機(jī)組檢修規(guī)劃流程如圖2所示。

圖2　檢修規(guī)劃程序流程圖

5算例及分析

假設(shè)一個裝機(jī)容量為2 500MW的系統(tǒng)，其中光伏裝機(jī)容量為200MW，檢修安排周期為8旬，相關(guān)的1～5臺檢修機(jī)組如下：400、300、200、100和100MW，檢修同期相對應(yīng)為4、1、4、2、1。檢修安排周期內(nèi)負(fù)荷情況見表1。

使用傳統(tǒng)和改進(jìn)的等備用率法進(jìn)行機(jī)組檢修安排，安排結(jié)果見表2。

表1　檢修安排周期內(nèi)負(fù)荷情況　MW

表2　傳統(tǒng)等備用率法與改進(jìn)等備用率法

從表2的結(jié)果看，在安排機(jī)組1和機(jī)組2的檢修周期上出現(xiàn)了差異，其主要原因是周期4光伏出力較周期8高，使得周期4的等效負(fù)荷下降，考慮光伏接入后，周期4所需的備用容量降低，安排在周期4檢修機(jī)組1更為合理。

在本算例中，系統(tǒng)比較簡單，檢修機(jī)組較少，檢修周期也較短，當(dāng)考慮更大規(guī)模的電力系統(tǒng)檢修以及更長的檢修周期時，使用考慮大規(guī)模光伏接入的改進(jìn)等備用率法進(jìn)行機(jī)組檢修規(guī)劃將顯現(xiàn)更加可觀的效果。

6結(jié)語

在本文中，首先討論了幾種比較常用的機(jī)組檢修規(guī)劃方法，給出了幾個規(guī)劃方法的利弊，然后研究了大規(guī)模光伏接入的電力系統(tǒng)機(jī)組檢修特點，根據(jù)經(jīng)典的檢修規(guī)劃方法——等備用率法，進(jìn)行了改進(jìn)。將光伏電源作為負(fù)負(fù)荷，提出等效負(fù)荷曲線概念，然后以機(jī)組檢修時間內(nèi)的平均備用率最為依據(jù)，在全局內(nèi)進(jìn)行搜索，找到最大的平均備用率時段安排機(jī)組檢修。采用該方法進(jìn)行機(jī)組檢修規(guī)劃，充分考慮了大規(guī)模光伏接入的特性，不僅運算速度快，而且檢修規(guī)劃也更加的合理。

(本文編輯：嚴(yán)加)

Reserve Rate Method Improvement for Unit Maintenance Considering Large-Scale PV Access

ZHU Jian-qiang1, WU Ying2

(1.ShanghaiElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.，Shanghai200025,China;2.MetrologyCenter,ElectricPowerResearchInstitute,SMEPC,Shanghai200051,China)

Abstract:The generator maintenance scheduling is a multi-objective optimization problem with multiple constraints, usually including two kinds of objective function: the reliability function and economic cost function. The reliability function mainly contains reserve method and risk degree method etc. With the large-scale PV power station connected to power system, the traditional method of unit maintenance scheduling has more and more limitations. In this paper, the reserve rate of the traditional method is improved considering large-scale PV access, and an improved method of reserve rate is established. This method makes fast calculation and reasonable maintenance plan, more suitable to the power system with large-capacity PV access.

Key words:unit maintenance; improved reserve rate method; large-scale PV access

DOI：10.11973/dlyny201601017

作者簡介：朱堅強(qiáng)(1984)，男，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃及電力設(shè)計。

中圖分類號：TM615

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：2095-1256(2016)01-0080-03

收稿日期：2015-12-01