計及核電調(diào)峰的新能源電力系統(tǒng)兩階段隨機優(yōu)化調(diào)度

莊鎮(zhèn)宇 時盟

摘? 要：由于世界能源危機事件日益嚴峻，新能源可以有效緩解能源危機。但是新能源存在不確定性，規(guī)模比較大的新能源并網(wǎng)，會加大電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的難度。在新能源出現(xiàn)后，電力系統(tǒng)峰谷差極易加大電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力。為了全面處理好調(diào)峰問題，應(yīng)當建立核電調(diào)峰模型，并且建立新能源方式，以此確保電力調(diào)度的靈活性。此次研究主要是探討分析計及核電調(diào)峰的新能源電力系統(tǒng)兩階段隨機優(yōu)化調(diào)度，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價值。

關(guān)鍵詞：計及核電調(diào)峰;新能源電力系統(tǒng);兩階段;隨機優(yōu)化調(diào)度

中圖分類號：TM732? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）29-0076-02

Abstract： As the world energy crisis is becoming more and more serious， new energy can effectively alleviate the energy crisis. However， there is uncertainty in new energy， and the grid connection of large-scale new energy will increase the difficulty of optimal dispatching of power system. After the emergence of new energy， the peak-valley difference of power system is prone to increase the peak load regulation pressure of power system. In order to deal with the problem of peak load regulation in an all-round way， a nuclear power peak load regulationmodel should be established and a new energy mode should be established to ensure the flexibility of power dispatching. The main purpose of this study is to explore and analyze the two-stage stochastic optimal dispatching of new energy power system of considering nuclear power peak load regulation， in order to provide reference for relevant personnel.

Keywords： considering nuclear power peak load regulation; new energy power system; two stages; stochastic optimal dispatching

在世界經(jīng)濟快速發(fā)展過程中，相應(yīng)增加傳統(tǒng)能源的使用量，且能源消費占比也持續(xù)增加。由于能源資源緊張，且生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，所以必須注重能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型問題。在此種背景下，新能源會憑借自身發(fā)展優(yōu)勢，全面替代傳統(tǒng)能源。然而由于新能源具備不確定性與隨機性特點，在與電網(wǎng)系統(tǒng)連接期間，會產(chǎn)生比較大的沖擊。

1 核電機組調(diào)峰模型

按照不同國家所開展的核電負荷跟蹤試驗可知，核電機組爬坡速率通常在1%-5%/min。根據(jù)運行經(jīng)驗可知，核電機組能夠按照不同模式做好調(diào)峰處理，確保達到機組額定出力的標準百分比，并且在此功率運行條件下穩(wěn)定后，能夠提升機組出力值。針對調(diào)峰深度來說，核電機組調(diào)峰深度存在固定調(diào)峰深度，通常為機組最大出力的30%和50%。

按照長期研究可知，核電機組在開始調(diào)峰期間，時間點比較一致，核電會在固定時間點向下爬坡，從而進入到非滿負荷運行狀態(tài)。在運行期間，核電調(diào)峰的啟動點必須按照電網(wǎng)負荷變化做好調(diào)整，確保調(diào)峰的靈活性。

此次研究建立核電調(diào)峰模型，啟動點設(shè)置必須考慮到實際需求。通過模型，可以設(shè)置不同時段的核電機組出力方案，將調(diào)度時間隔設(shè)置為1h，共涉及到24種核電機組調(diào)峰模式，以此對應(yīng)不同的調(diào)峰啟動點。

2 兩階段隨機優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標函數(shù)

在電力系統(tǒng)中，對核電參與調(diào)峰、新能源接入問題進行分析，同時將核電、火電運行費用設(shè)定為最小優(yōu)化目標，此時就會牽扯到機組啟停成本、運行成本。目標函數(shù)如（1）式所示：

在（1）式中，CH，k表示在k場景下，火電機組的運行成本;CN、RN表示核電機組運行成本、調(diào)峰成本;CR，k表示在k場景中，新能源的棄用成本;Ek表示在k場景中的概率。

第一，火電機組運行成本。機組運行過程中，會涉及到機組啟停成本、煤炭耗費用等。在計算時，為了縮短整個計算時間，必須對火電機組煤炭耗費進行分段線性化處理，并且將二次函數(shù)轉(zhuǎn)化，分解為多段一次函數(shù)。通過分段線性化方式，在機組運行規(guī)律內(nèi)選取多個分段點，火電機組最小發(fā)電功率為第一個分段點，最大發(fā)電功率為第N個分段點，將機組功率劃分為N段。

第二，核電機組運行成本。對于核電機組來說，運行成本函數(shù)如下：

在（2）公式中，？琢n、？茁n分別表示機組的運行費用參數(shù)。

第三，核電機組調(diào)峰成本。對于核電機組來說，調(diào)峰成本包含調(diào)峰增加成本、安全成本。通過分析能夠獲得核電調(diào)峰成本，如下所示：

在（3）公式中，F(xiàn)nN表示調(diào)峰成本;Pnmax表示最大出力功率。

2.2 第一階段約束條件

在第一階段中，考慮到火電機組啟停狀態(tài)，滿足相關(guān)約束。以下公式表明在限制條件下，機組啟停所需時間。

2.3 第二階段約束條件

在確定第一階段機組狀態(tài)后，能夠提出火電機組和核電機組的出力決策，由此提出第二階段約束。在上文分析中，明確調(diào)峰核電機組出力，并且在第二階段做出決策。約束條件內(nèi)包含常規(guī)約束，確保電網(wǎng)運行安全與穩(wěn)定。

3 算例分析

3.1 IEEE24節(jié)點標準測試系統(tǒng)

采用上文所建立的模型，對測試系統(tǒng)進行仿真計算。同時比對傳統(tǒng)機組組合模型，對上述模型的正確性、核電調(diào)峰應(yīng)用的必要性進行驗證。

通過修改24節(jié)點標準測試系統(tǒng)，。系統(tǒng)內(nèi)包含火電機組共計27臺、核電機組共計2臺、新能源機組共計4臺。提供不同新能源應(yīng)用場景，且不同場景的出現(xiàn)概率分別為10%、20%、30%、40%，圖1為出力曲線圖。按照圖1能夠看出，在不同場景中，新能源出力的差別比較大，所以必須對新能源的不確定性進行分析。

3.2 某地區(qū)電力系統(tǒng)分析

通過對某地區(qū)實際電網(wǎng)進行兩階段隨機優(yōu)化調(diào)度，分析核電參與調(diào)峰的可行性，對不同核電調(diào)峰成本系數(shù)下的經(jīng)濟性進行研究。

本文選擇某地區(qū)電力系統(tǒng)，將其作為測試算例，將地區(qū)主要電網(wǎng)作為研究電網(wǎng)，電網(wǎng)總樁基容量為30154MW，火電機組裝機容量占比70.87%、新能源占比21.93%、核電機組占比為7.2%。圖2為地區(qū)某日電網(wǎng)的負荷圖。由于地區(qū)核電裝機數(shù)量非常少，因此為了凸顯出核電調(diào)峰能力，將地區(qū)核電裝機量假設(shè)為實際裝機的2倍，新能源裝機假設(shè)為實際的70%，在不同時段內(nèi)，將電力負荷假設(shè)為低于5000MW。

地區(qū)參與調(diào)峰條件下，電力系統(tǒng)新能源棄用量為500.2MW·h/d;不參與調(diào)峰條件下，電力系統(tǒng)新能源棄用量為1066.3MW·h/d。核電機組參與調(diào)峰之后，明顯增加新能源消納量，降低電力系統(tǒng)的運行成本。

在默認核電調(diào)峰成本系數(shù)條件下，核電參與調(diào)峰、不參與調(diào)峰時，新能源發(fā)電功率、可利用功率。當核電機組參與調(diào)峰時，在2-7時之間，新能源消納量明顯增加;在15-22時之間，新能源消納量同時存在增加和減少，但是幅度差異比較小。通過上述分析能夠看出，核電機組參與調(diào)峰時，可以加大新能源消納量。通過對不同核電調(diào)峰成本系數(shù)的優(yōu)化結(jié)果，在成本系數(shù)持續(xù)增加條件下，會相應(yīng)增加電力系統(tǒng)運行成本，但是新能源棄用量并非持續(xù)增加。

為了提升核電調(diào)峰效果，可以應(yīng)用以下策略方法：第一，結(jié)合季節(jié)性調(diào)峰與大修組合方式。針對不同的季節(jié)，所檢修的機組數(shù)量也不同。1月和12月是用電負荷比較大的時間段，此時安排2-6臺機組大修。6-8月的用電負荷比較小，此時需要安排10-12臺機組大修;第二，注重需求側(cè)管理。電力企業(yè)應(yīng)當每年設(shè)置避峰日，時間為20d，提前1d通知用戶。第三，注重小修和電網(wǎng)周調(diào)峰協(xié)調(diào)。對于用電負荷比較小的時間段，可以停用1臺核電機組，開展計劃性小修，不僅滿足機組檢修需求，還可以滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求。針對核電占據(jù)電網(wǎng)總樁基容量比較大的情況，核電機組必須滿足地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰需求，可以按照不同能源結(jié)構(gòu)進行類別劃分。第四，針對新能源占比不同的情況，由于風力發(fā)電具備反調(diào)峰、波動性特點，且必須滿足核電基荷運行需求，因此比較依賴于抽水蓄能。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過仿真結(jié)果可以看出，核電機組參與調(diào)峰后，可以使電力系統(tǒng)運行成本降低，能夠提升經(jīng)濟性。通過應(yīng)用兩階段隨機優(yōu)化模型，可以分析新能源出力的不同應(yīng)用場景，有助于提升電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

參考文獻：

[1]曾鳴，楊雍琦，李源非，等.能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)運營模式及關(guān)鍵技術(shù)初探[J].中國電機工程學報，2016，36（03）：681-691.

[2]曾博，楊雍琦，段金輝，等.新能源電力系統(tǒng)中需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問題及未來研究展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2016，39（17）：10-18.

[3]毛安家，馬靜，蒯圣宇，等.高比例新能源替代常規(guī)電源后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的演化機理[J].中國電機工程學報，2020，40

（09）：2745-2756.

[4]曾鳴，白學祥，李源非，等.基于大系統(tǒng)理論的新能源電力系統(tǒng)優(yōu)化控制方法及關(guān)鍵技術(shù)初探[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（12）：3639-3648.

[5]元一平，王建學，周錕，等.協(xié)同短期調(diào)度的新能源電力系統(tǒng)月度機組組合模型與快速求解方法[J].中國電機工程學報，2019，39

（18）：5336-5345+5580.

[6]元一平，王建學，張耀，等.考慮多周期協(xié)調(diào)的新能源電力系統(tǒng)全景運行模擬方法與評估指標體系[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（03）：799-806.

[7]楊韻，蔡秋娜，張喬榆，等.基于組合預測模型的新能源電力系統(tǒng)短期負荷預測研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2019，38（08）：102-106.