基于電廠日負荷率的火電機組發電計劃優化

李真

摘要：隨著中國電網互聯的不斷深入，風電、光伏等各種新能源也大幅接入，并到了廣泛應用，由此電廠的發電計劃也應適應新環境要求，以“三公”調度模型為基礎，進行基于電廠日負荷率的火電機組發電計劃優化。概述發電計劃與機組組合優化情況，針對實際算例分析優化效果，達到滿足電網實際運行需求的目的。

關鍵詞：電廠日負荷率;火電機組;發電計劃;“三公”調度

引言

智能電網系統要求調度組織不斷提高其為能源系統分配資源的能力。由于智能電網的深入建設，需要通過隨時調整和改進發電計劃來滿足環境變化下的電網調度，以此維持電力市場的穩定。在決定優化整體發電計劃時，必須考慮許多因素，如安全和經濟、效率和公平、節能減排等，科學合理地制定發電計劃，以確保系統安全，反映目標的優先順序，兼顧多方利益。在此基礎上，優化目標應根據電力計劃的綜合效用進行調整，以此提升電力計劃各利益相關者的滿意度。基于“三公”調度模型，本文提出了一種基于電廠日負荷火電機組發電計劃的優化策略，盡量滿足電力系統的節能與經濟需求，使其能夠實現直接交易計劃，并保持穩定的電廠日負荷水平。

1.1編制電力生產計劃

編制電力生產計劃的主要目的在于發電機組的啟動、停止計劃以及發電機組的出力計劃達成一致。

1.1.1中長期（年度或月度）發電規劃

中期和長期發電計劃通常基于電力流量的最小偏差，基于系統負荷的中期和長期預測以及電力消耗，設備的中長期維護，電廠中長期發電計劃和中長期的連接計劃等數據，交易計劃會逐步分解到各個機組進行直接交易，考慮系統容量，功率平衡，機組操作限制，網絡運行限制等，協調能源生成資源，生成機組啟動停止計劃和日出功率計劃，并檢查安全性。

1.1.2短期（日）發電計劃

短期發電計劃建立在對電廠短期負荷進行預測的基礎上，需要考慮到負荷能力、機組的組合情況以及電廠計劃的真實完成度，并保持電力的穩定，限制單元的輸出功率等，制定計劃生成單元，機組輸出更準確地規劃。電力生產的短期規劃可能涉及目標需達到最小經濟成本與最小偏差，最終經濟成本中包含了電力生產的總成本和環境成本。

1.2電力系統優化調度模型

在進行電力生產計劃編制時，依據不同的規劃形式可組織進行不同計劃。目前，規劃模式主要包括在安全限制內，進行環境經濟調度和經濟調度、“三公”調度以及基于市場競爭的電力系統調度。“三公”的規劃應旨在確保公平分配發電。市場競爭規劃制度包括優化購買電力的總成本或最大化電力市場中的社會福利。

電力系統優化規劃模型是指機組啟停的合理安排和單位輸出功率，受系統功率平衡的限制、系統安全性的限制、備用電源的限制、輸出的限制條件下，合理進行機組技術的開啟和關閉時間計劃。優化節點之間的負載分配，以便特定目標實現最佳解決方案。此模型可以為不同規劃模式下機組計劃進行優化。

1.3電量計劃的分解和滾動

目前，中國各省電網公司的調度中心通常采用“三公”計劃模式。省電網公司根據明年的預計用電需求和電力系統運行情況提出“三公”調度模式，并提出明年的電力需求，作為制定電力生產計劃和制定各種電力需求和省級能源類生產的基礎。電力監督負責監督管理電力企業年度電力生產規劃，監督電力交易是否符合“三公”調度。基于“三公”調度的規劃模式，并兼顧電網安全，要保證相同類型的發電機組在同一年的使用時間是對等的原則，其中還有不同的修正因素影響，給出每個發電廠發電計劃。

本文基于“三公”調度模型編制的電力生產計劃，涉及數學中的混合整數線性優化，一般采用CPLEX進行求解。以此模型為基礎，目前正在特定的電源網絡中進行測試，并且使用由C++標準開發的于優化年度發電計劃的軟件和用于優化塊組合的軟件，試運行后實現了良好的結果。

2.1實際算例數據

實際算例：根據某電網2018年9月12日特定電力系統的實際數據進行的實際計算中，根據建議的優化模型，9月13日起推出年度發電規劃軟件以及優化包開發軟件，12月31日進行發電與電廠優化的聯合分析。截至2018年8月，本算例中電網裝機容量主要來源于火力和水力，當前水電在電網中具有重要地位，占比為38%左右。根據不同地區電力系統的運作環境，特定電力系統中電力系統的資源充足，但電力系統結構薄弱，火力發電廠主要基于熱電聯產。由于采暖和網絡安全，主要火力發電廠對安全的貢獻很小。“三公”調度的實施存在一些問題。所以，對算例中電廠“三公”調度模型還要進一步功率優化，其結果更加精確的對模型的效用進行解釋。2018年，特定能源系統各自流域的自然水供應充足。從7月到9月是汛期，水電正在上升，對負荷的需求疲軟。在“三公”調度時，涉及17個火力發電廠，其中9個火力發電廠由于供暖和安全而對安全性的貢獻最小。

2.2電量完成率情況

根據上述用于優化計算的發電實際數據，將9月12日之后的計劃和發電單位的組合。根據優化計算的結果，2018年9月和9月火電廠的累計發電完成系數更好。在優化結果中，在優化日期之前，17個火力發電廠的年度計劃能源完成率差異很大，能源供應從最低水平的27.16%提高到101.177%。為后續的發電計劃以及“三公”規劃產生新的障礙。在17家火力發電廠優化后，16家發電廠完成了年度計劃網絡容量，14家發電廠的年完成率保持不變，均占122.971%，相當于“三公”調度分配功率偏差，即接近年末完成計劃功率完成的要求，結果良好。

2.3機組日間負荷率變化情況

考慮到實際工作的可行性，為了使火力發電廠的負荷盡可能穩定，應盡量減少熱力機組功率的波動，使發電廠組的日負荷保持相對穩定。根據前面的生產計劃與調度模型，完成“三公”調度下的機組組合。但是發電廠的日常容量不是唯一的，并且發電廠的日負荷可能存在顯著的變化。因此，有必要進一步制定發電計劃優化方案。考慮到發電廠日均負荷均衡的發電計劃，該計劃包括一個最小目標指標，用于改變發電廠的日負荷，并優化每個發電廠負荷的日常變化，而不影響電量的完成率。然而，由于發電廠負荷的日常標準和包括多個火力發電廠的最小優化目標的變化，一個火力發電廠不一定能從一個月的生產計劃中看到每日負荷變化結果。但對于發電廠的總體規劃，其負荷速度的日常波動仍然顯著減少。

選擇負荷速度明顯變化的發電廠來分析10月份電廠優化的結果。火電機組的日負荷率變化曲線如圖1所示，結果表明基于電廠日負荷率的火電機組發電計劃優化，使機組出力穩定性有所提高、負荷率相對均衡。

綜上所述，以電量完成進度為主要目標的“三公”調度是我國目前普遍采用的調度模式，本文基于“三公”調度的年度發電計劃與機組組合優化模型，進行了基于電廠日負荷率的火電機組發電計劃優化，結果表明：可以最大限度地實現“三公”調度目標（即能耗完成系數收斂的年度指標）：本次優化可以提供機組啟動和停止計劃，避免機組在低負荷下工作，盡可能減少設備低負載運行啟動，減少停啟次數，由此提高電網運行的經濟型和安全性，為電廠輪換計劃的合理安排提供了參考。

參考文獻

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