節(jié)能發(fā)電調(diào)度下煤耗率網(wǎng)損修正方法

劉興龍，張 娜，徐 江，姜百超，劉莉莉

(1.中國能源建設(shè)集團遼寧電力勘測設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015)

深入理解節(jié)能發(fā)電調(diào)度[1-3]中的每一個環(huán)節(jié)至關(guān)重要，而發(fā)電組合方案的制定是其中的重中之重。在發(fā)電組合方案的制定過程中，只考慮發(fā)電機組的供電煤耗是非常片面的,不能真正達到能耗最低的目標(biāo)，而必須要對發(fā)電機組的供電煤耗率進行網(wǎng)損修正。網(wǎng)損修正過程中引起的微小變化都可能會影響發(fā)電機組上網(wǎng)發(fā)電與否，關(guān)系到發(fā)電企業(yè)的重大利益。因此，網(wǎng)損修正系數(shù)的計算關(guān)系重大，必須要準(zhǔn)確可信，使各方滿意。而網(wǎng)損修正系數(shù)的精確計算非常復(fù)雜，難以應(yīng)用于實際，因此，找到網(wǎng)損修正系數(shù)快速準(zhǔn)確的計算方法，是一個亟需解決的關(guān)鍵問題。

1 節(jié)能發(fā)電調(diào)度中發(fā)電組合方案區(qū)域內(nèi)優(yōu)化原則和流程

1.1 機組發(fā)電組合方案區(qū)域內(nèi)優(yōu)化的原則

《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法》中規(guī)定，節(jié)能發(fā)電調(diào)度下，按以下方式對次日發(fā)電組合方案進行區(qū)域內(nèi)優(yōu)化。

區(qū)域電力調(diào)度機構(gòu)在各省(區(qū)、市)機組次日發(fā)電組合方案的基礎(chǔ)上，依據(jù)本區(qū)域內(nèi)各省(區(qū)、市)排序表、各機組申報的可調(diào)發(fā)電能力、跨省輸電聯(lián)絡(luò)線的輸送電能力和網(wǎng)損，進一步優(yōu)化調(diào)整本區(qū)域內(nèi)發(fā)電機組的啟停機方式。即：進一步對各省(區(qū)、市)邊際機組(被調(diào)用的最后1臺機組)考慮網(wǎng)損因素后的供電煤耗率(簡稱邊際供電煤耗率)進行比較，對邊際供電煤耗率較高的省(區(qū)、市)依次調(diào)整安排停機，對邊際供電煤耗率較低的省(區(qū)、市)依次調(diào)整安排啟機，直至區(qū)域中各省(區(qū)、市)的邊際供電煤耗率趨同，或跨省(區(qū)、市)輸電聯(lián)絡(luò)線達到輸送容量的極限。

1.2 機組發(fā)電組合方案區(qū)域內(nèi)優(yōu)化過程

按照節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法，發(fā)電組合方案區(qū)域內(nèi)優(yōu)化過程如下。

a. 對全網(wǎng)的發(fā)電機組按煤耗率由小到大分省進行排序。

b. 根據(jù)年平均方式下各省的總負(fù)荷需求，按照排序表，綜合考慮備用要求，確定各省所需發(fā)電容量，并分省確定次日機組發(fā)電組合的方案。

c. 以年平均運行方式為基礎(chǔ)，利用對潮流計算中雅克比矩陣進行轉(zhuǎn)置求逆的方法[4-6]，計算各發(fā)電機組的網(wǎng)損微增率。

d. 利用(c)中得到的網(wǎng)損微增率對機組的供電煤耗率進行修正。

e. 在(b)所確定的發(fā)電組合方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)《辦法》(四)的原則，考慮網(wǎng)損因素，對區(qū)域內(nèi)發(fā)電機組的啟停機方式進行優(yōu)化調(diào)整，即：進一步對各省的邊際機組考慮了網(wǎng)損因素后的供電煤耗率(利用網(wǎng)損微增率修正以后的供電煤耗率)進行比較，對邊際供電煤耗率較高的省依次調(diào)整安排停機，對邊際供電煤耗率較低的省依次調(diào)整安排啟機，直至各省的邊際供電煤耗率趨同或跨省輸電聯(lián)絡(luò)線達到輸送容量的極限。

2 對機組供電煤耗率進行網(wǎng)損修正的必要性

按照傳統(tǒng)的調(diào)度規(guī)則，發(fā)電機組每年發(fā)電量均由政府下達指標(biāo)確定，其供電煤耗率僅作為日前機組組合和負(fù)荷分配等短期調(diào)度的依據(jù)，并不影響發(fā)電企業(yè)年度電量指標(biāo)。實行節(jié)能調(diào)度后，供電煤耗率成為發(fā)電機組能否上網(wǎng)發(fā)電的唯一依據(jù)。而利用網(wǎng)損微增率對發(fā)電機組供電煤耗率進行修正，這其中引起的微小變化都可能會影響發(fā)電機組上網(wǎng)發(fā)電與否，關(guān)系到發(fā)電企業(yè)的重大利益。

節(jié)能調(diào)度的目標(biāo)是全網(wǎng)整體供電煤耗率最低。由于各發(fā)電機組電氣位置不同，其輸出功率在系統(tǒng)中引起的損耗各異，在發(fā)電調(diào)度中如直接利用發(fā)電機組的耗量進行調(diào)度，所得到的結(jié)果不是最優(yōu)的，即全網(wǎng)的供電煤耗率不是最低。只有按照網(wǎng)損修正后的耗量進行調(diào)度才能使全網(wǎng)的能量消耗最少，所以，在進行發(fā)電調(diào)度前必須要對各個發(fā)電機組的供電煤耗率進行公平合理的修正。

3 煤耗率網(wǎng)損修正系數(shù)的準(zhǔn)確計算

3.1 供電煤耗率網(wǎng)損修正數(shù)學(xué)模型

發(fā)電機組供電煤耗率的網(wǎng)損修正表達式如下：

(1)

網(wǎng)損微增系數(shù)是本文中提出的一個概念，表示機組一天內(nèi)網(wǎng)損微增率的平均水平。

3.2 供電煤耗率網(wǎng)損修正系數(shù)的準(zhǔn)確計算模型及計算方法

根據(jù)網(wǎng)損修正的數(shù)學(xué)模型，從中可以得到網(wǎng)損修正系數(shù)的計算公式為

ρ=1+(?Ploss/?Pi)AVE

(2)

式中：ρ為發(fā)電機組i的網(wǎng)損修正系數(shù)；(?Ploss/?Pi)AVE為發(fā)電機組i的網(wǎng)損微增系數(shù)。

由式(2)可以看出，網(wǎng)損微增系數(shù)是唯一的一個變量，因此如何計算網(wǎng)損修正系數(shù)的關(guān)鍵就是如何計算網(wǎng)損微增系數(shù)。

根據(jù)數(shù)學(xué)復(fù)合偏導(dǎo)公式，可得[7-8]：

(3)

式(3)中的方陣正為潮流計算中的雅可比矩陣。

而系統(tǒng)的有功損耗為

(4)

可得：

(5)

(6)

網(wǎng)損修正系數(shù)的精確計算步驟如下：

a. 根據(jù)潮流計算的結(jié)果得到雅克比矩陣，并對其轉(zhuǎn)置求逆；

b. 根據(jù)式(5)和式(6)得到相應(yīng)的列向量；

c. 用①得到的矩陣和②得到的列向量相乘，最終得到總有功損耗對各節(jié)點有功功率的偏導(dǎo)，從而提取出總有功損耗對機組有功的偏導(dǎo)，即發(fā)電機組的網(wǎng)損微增率。

d. 計算機組各時段網(wǎng)損微增率的平均值，即為網(wǎng)損微增系數(shù)。

4 網(wǎng)損修正系數(shù)的快速計算

4.1 網(wǎng)損修正系數(shù)快速計算方法

根據(jù)網(wǎng)損修正系數(shù)的準(zhǔn)確計算方法，結(jié)合經(jīng)驗，提出以下3種快速計算方法，用來簡便計算發(fā)電機組的網(wǎng)損微增系數(shù)，進而得到發(fā)電機組的網(wǎng)損修正系數(shù)。

方法1：將總負(fù)荷等于平均總負(fù)荷時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均值作為網(wǎng)損微增系數(shù)。

方法2：將日平均方式下計算得到的網(wǎng)損微增率作為網(wǎng)損微增系數(shù)。

方法3：將峰谷方式下計算得到的網(wǎng)損微增率加權(quán)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)。

4.2 網(wǎng)損修正系數(shù)快速計算方法比較及驗證

首先在我國某區(qū)域電網(wǎng)的節(jié)點負(fù)荷曲線中總結(jié)出7種典型曲線，并按照一定的比例分配給IEEE30個節(jié)點算例[9]的各個節(jié)點上，得到一個30個節(jié)點系統(tǒng)96個時段的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。默認(rèn)6臺機組全部上網(wǎng)發(fā)電，按照等微增率原則，采用夾板二分法，并綜合考慮機組爬坡率及最小技術(shù)出力的約束，對發(fā)電機組進行負(fù)荷分配，從而得到算例系統(tǒng)中6臺機組所在節(jié)點的發(fā)電有功功率。選取其中的1號節(jié)點為平衡節(jié)點，對系統(tǒng)96個時段中的每個時段都分別進行一次潮流計算，計算結(jié)果用來計算每臺機組每個時段的網(wǎng)損微增率。

利用3.2節(jié)中的方法計算每臺機組網(wǎng)損微增系數(shù)及網(wǎng)損修正系數(shù)的準(zhǔn)確值，見表1。

分別按照3種快速計算方法計算算例系統(tǒng)中6臺機組的網(wǎng)損微增系數(shù)及網(wǎng)損修正系數(shù)，結(jié)果見表2—表4所示。

表1 各機組網(wǎng)損修正系數(shù)準(zhǔn)確值

表2 方法1網(wǎng)損修正系數(shù)計算結(jié)果

表3 方法2網(wǎng)損修正系數(shù)計算結(jié)果

表4 方法3網(wǎng)損修正系數(shù)計算結(jié)果

比較3種計算方法，可以看到，按照方法2和方法3，準(zhǔn)確率很低，不能應(yīng)用于實踐當(dāng)中。而按照方法1，即將總負(fù)荷等于總負(fù)荷平均值的時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)，與網(wǎng)損微增系數(shù)的準(zhǔn)確值最為接近，且誤差在10%以內(nèi)，可以作為網(wǎng)損微增系數(shù)的快速計算方法。

4.3 網(wǎng)損修正系數(shù)快速計算方法原理分析

對于每臺機組，分別將時段作為橫坐標(biāo)，將網(wǎng)損微增率作為縱坐標(biāo)，作出其96個時段的網(wǎng)損微增率曲線，并畫出網(wǎng)損微增系數(shù)準(zhǔn)確值橫線，與前一曲線交于幾個點，如圖1所示。作出96點的總負(fù)荷曲線，并作出平均負(fù)荷的直線，與其相交，如圖2所示。對照圖1和圖2，發(fā)現(xiàn)每臺機組的網(wǎng)損微增率曲線與網(wǎng)損微增系數(shù)準(zhǔn)確值橫線的交點及總負(fù)荷曲線與平均負(fù)荷線的交點非常接近。

圖1 各機組的網(wǎng)損微增率變化曲線

圖2 系統(tǒng)總負(fù)荷變化曲線

經(jīng)過分析，按照方法1，即將總負(fù)荷等于總負(fù)荷平均值時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)具有較高的準(zhǔn)確率，是有一定依據(jù)的。在負(fù)荷分配的過程中，采用的是等微增率的原則，而無論是按照這種原則，還是按照等比例原則，得到的結(jié)果都將是在負(fù)荷高峰時段，各臺機組的出力都相應(yīng)較大，而在負(fù)荷低谷時段，各臺機組的出力也相應(yīng)較小，這就造成了各臺機組的發(fā)電功率曲線，以及總負(fù)荷曲線在一定意義上具有某種相似性。而理論及經(jīng)驗均表明，對于同一臺機組，在趨勢上，網(wǎng)損微增率的大小與其出力的大小成正比關(guān)系，即當(dāng)其出力較大時，網(wǎng)損微增率也較大。因此，各臺機組的網(wǎng)損微增率曲線也具有某種相似性，并且與總負(fù)荷曲線存在某種對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過驗證，出現(xiàn)圖1及圖2中的對應(yīng)關(guān)系，即每臺機組的網(wǎng)損微增率曲線與網(wǎng)損微增系數(shù)準(zhǔn)確值橫線的交點與總負(fù)荷曲線與平均負(fù)荷線的交點非常接近，即將總負(fù)荷等于平均總負(fù)荷時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)，準(zhǔn)確率非常高，為網(wǎng)損修正系數(shù)的計算提供了一種簡單可行的方式。

5 結(jié)論

a. 由發(fā)電機組煤耗率的網(wǎng)損修正模型，引出了網(wǎng)損微增系數(shù)這一概念，并將網(wǎng)損修正系數(shù)的計算問題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)損微增系數(shù)的計算問題。

b. 給出了網(wǎng)損微增系數(shù)準(zhǔn)確值的計算方法，在明確了實用過程中準(zhǔn)確計算網(wǎng)損微增系數(shù)的不可行性的基礎(chǔ)上，提出了網(wǎng)損微增系數(shù)需要一種簡便可行的快速計算方法。

c. 提出了將總負(fù)荷等于總負(fù)荷平均值時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)，將日平均方式下計算得到的網(wǎng)損微增率作為網(wǎng)損微增系數(shù)，將峰谷方式下計算得到的網(wǎng)損微增率加權(quán)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)，這3種網(wǎng)損微增系數(shù)的簡便計算方法。以IEEE30個節(jié)點的算例為例，對3種計算方法比較驗證得到，將總負(fù)荷等于總負(fù)荷平均值時段的網(wǎng)損微增率取算術(shù)平均作為網(wǎng)損微增系數(shù)誤差在10%以內(nèi)，可以作為網(wǎng)損微增系數(shù)的簡便計算方法，進而得到了網(wǎng)損修正系數(shù)的快速計算方法。

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