华东电网抽水蓄能电站电能计划安排方式优化算法

抽水蓄能电站抽水计划的算法求解方法与上述 发电计划类似 ,只是将搜索全网发电负荷曲线最大 值的过程改为搜索全网发电负荷曲线最小值即可 。 抽水蓄能电站电能计划计算程序按照计划编制 人员事先录入的约束条件 , 根据上述算法得到各抽 水蓄能电站的发电计划和抽水计划曲线 , 可再修正 部分不符合习惯的毛刺点 , 将其导入华东网调日计 划编制系统 。 — 106 —
摘要 : 针对华东电网调度管辖抽水蓄能电站容量不断增加的现状 ,综合考虑预计用电负荷 、 联络线 送受电计划 、 电站出力特性等多种因素 ,为了最大限度地节能降耗 、 提高火电机组发电负荷率 ,以考 虑抽水蓄能电站电能计划后的发电负荷率最大为优化目标 ,在实际工作中研究提出了华东电网抽 水蓄能电站电能计划安排方式优化算法 。实践应用中 ,华东电网已根据此优化算法开发了计算程 序 ,用以为电能计划编制人员提供决策依据 。经实践检验 ,该计算程序明显提高了华东电网抽水蓄 能电站电能计划的编制质量和工作效率 。 关键词 : 华东电网 ; 抽水蓄能电站 ; 电能计划 ; 优化算法 中图分类号 : TM734
第 33 卷 第3期 2009 年 2 月 10 日
Vol. 33 No . 3 Feb. 10 , 2009
华东电网抽水蓄能电站电能计划安排方式优化算法
刘拥军1 , 王 亮1 , 王 强1 , 武 彬2
( 1. 华东电网有限公司华东电力调度中心 , 上海市 200002 ; 2. 上海东云信息技术发展有限公司 , 上海市 200002)
3 日计划安排方式算例
以 2007 年 7 月 25 日和 2008 年 4 月 9 日的华 东电网运行数据为例 , 分别根据运行经验和上述优 化算法获得了 2 组抽水蓄能电站发电 、 抽水计划曲 线 ,前者简称经验值 , 后者简称计算值 ,2 条曲线与 全网不考虑抽水蓄能计划的发电负荷曲线的对比如 图 2 和图 3 所示 。为了显示直观 , 在不改变曲线形 状的基础上 ,图 2 、 图 3 分别将发电负荷曲线减去基 荷75 GW和 65 GW , 并将抽水蓄能电站发电 、 抽水 计划曲线扩大了 5 倍 。
∑L
+ Pl , i , j +
3
m=1
∑r
i, m
i, m
Pgm , j
( 1)
max L i , j + Pl ,i , j +
m=1
∑r
Pgm , j
×24
式中 : R i 为省 ( 市) i 的发电负荷率 ; L i , j 为省 ( 市) i 第 j 点的预计用电负荷 ; Pl , i , j 为省 ( 市 ) i 第 j 点不含抽 水蓄能电站的联络线送受电计划 ; Pg m , j 为抽水蓄能 电站 m 第 j 点的发电计划出力 ; ri , m 为省 ( 市) i 对于 抽水蓄能电站 m 的分电比例 ,是固定参数 。 由于 各 抽 水 蓄 能 电 站 日 发 电 量 为 常 数 , 即
j =1
L ∑
i, j
和
j =1
∑P
96
l , i, j
是 常 数。 由 以 上 推 导 可 知 :
3
j =1
∑
L i , j + Pl , i , j +
m=1
∑r
i, m
Pgm , , 求解其最大值 的优化算法 , 可以转化为求解其分母最小值的优化 算法 。因此 , 省 ( 市) i 的最优目标函数可以表示为 :
3
Fi = min max L i , j + Pl , i , j +
m=1
∑r
3
i, m
Pgm , j
( 2)
全网最优的目标函数可以表示为 :
F = min max L j + Pl , j +
m=1
∑P
gm , j
( 3)
式中 : L j 为第 j 点的全网预计用电负荷 ; Pl , j 为全网 第 j 点不含抽水蓄能电站的联络线送受电计划 , 即 区外来电计划和未考虑抽水蓄能电站的直代管发电
— 104
—
・ 工程应用 ・ 刘拥军 ,等 华东电网抽水蓄能电站电能计划安排方式优化算法
3 ) 联络线送受电计划
华东电网除抽水蓄能电站外 , 联络线送受电计 划主要包括核电站 、 区外来电 、 省 ( 市) 间双边交易 、 统配电量和皖电东送计划 。
计划 。 同理 ,求取抽水蓄能电站抽水计划的省 ( 市 ) i 的最优目标函数可表示为 :
96
j =1
∑P
96
gm , j
为 常 数 , ri , m 是 固 定 参 数 , 因 此 ,
3 96
3
j =1 m=1
∑∑
96
( ri , m P g m , j ) =
m=1
∑
ri , m
j =1
∑P
gm , j
是常数 ; 由
96
于 L i , j 和 Pl , i , j 是预先确定的数值 , 因此 ,
式中 : Pm , j 为抽水蓄能电站 m 第 j 点的发电 ( 抽水) 计划出力 ; Qm 为抽水蓄能电站 m 日发电电量 ( 抽水 电量) 。 式 ( 6) 表示 : 抽水蓄能电站日发电电量 ( 抽水电 量) 为固定值 。 2) 不等式约束 ( 7) Pm , min < Pm , j < Pm , max 式中 : Pm ,max 和 Pm ,min 分别为抽水蓄能电站 m 的最 大、 最小发电 ( 抽水) 计划出力 。 式 ( 7) 表示 : 抽水蓄能电站发电电力 ( 抽水电力) 在最小出力与最大出力之间 。 Δ Pm , up Pm , j - Pm , j - 1 ≤ ( 8) Δ Pm , down Pm , j + 1 - Pm , j ≥ 式中 :Δ Pm ,up 和 Δ Pm ,down 分别为抽水蓄能电站 m 的 发电 ( 抽水) 爬坡率和滑坡率 。 式 ( 8) 表示 : 抽水蓄能电站发电电力 ( 抽水电力) 要满足爬坡率和滑坡率的要求 。 3) 其他约束 开停机方式约束 , 单机运行时间要满足最短时 间要求 。根据经验 ,一般为 1 h 。 2. 3 目标函数求解 华东网调在根据上述优化算法开发计算程序 时 ,以全网最优为目标 ( 也可以选择某个省 ( 市) 作为 优化目标) ,采用搜索算法 。 某抽水蓄能电站 m 发电计划的具体算法过程 为 : 首先搜索全网发电负荷曲线的最大值 ,在此点上 安排该抽水蓄能电站最低发电单位出力 , 重新计算 全网发电负荷曲线 ; 然后搜索更新后的全网发电负 荷曲线的最大值 ,依次循环搜索 ,直至满足日发电量 约束 ,得到符合目标函数的抽水蓄能电站发电计划 曲线 。搜索寻优过程中考虑抽水蓄能电站最大 、 最 — 105 —
2009 , 33 (3)
小发电出力 ,爬坡 、 滑坡率以及机组最低运行时间的 要求 。具体算法流程如图 1 所示 。
2. 4 评价指标
为对抽水蓄能电站电能计划的编制质量进行定 量评价 ,本文采用考虑抽水蓄能计划后的发电负荷 曲线的负荷率 、 峰谷差和均方差作为评价指标 ,以评 估抽水蓄能电站对发电负荷率和峰谷差的贡献程 度。
3
Fi = max min L i , j + Pl , i , j +
2 优化算法
2. 1 目标函数
m=1
∑r
i, m
Pp m , j
( 4)
为最大限度地节能降耗 、 提高火电机组发电负 荷率 ,以考虑抽水蓄能电站发电后的省 ( 市 ) 或全网 发电负荷曲线负荷率 R 最大为优化目标 , 建模求解 得到抽水蓄能电站发电计划曲线 。发电负荷曲线为 用电负荷曲线与联络线送受电计划曲线之和 。根据 华东电网实际 , 日负荷 、 出力曲线按 15 min/ 点 、 全 天 96 点考虑 ,抽水蓄能电站按照 3 座考虑 。对于省 ( 市) i ,目标函数可表述为 : R i =
1 影响因素
华东电网计划编制人员在安排其所辖抽水蓄能 电站电能计划时主要需要考虑以下因素 : 1) 电站机组特性 电站机组特性主要包括 : 机组额定 ( 或最大稳 定) 、 最小稳定运行发电和抽水电力 ,机组爬坡率 ,按 照水库容量确定的发电 、 抽水电量 ,机组最小运行时 间。 2) 用电负荷曲线特性 网内各省 ( 市) 受不同季节 、 不同天气 、 用电种类 的不同比例以及分时电价等因素的影响 , 用电负荷 曲线特性有所不同 。
通过图 2 、 图 3 可以看出 : 计算值比经验值与不 考虑抽水蓄能计划的发电负荷曲线拟合得更好 。这 说明 ,通过优化算法获得的抽水蓄能电站电能计划 , 将发电出力优先安排在负荷高峰时段 , 将抽水出力 优先安排在负荷低谷时段 , 更精确地发挥了抽水蓄 能电站的 “削峰填谷” 作用 。 为了定量分析 2 类曲线的优劣 , 对 2 种方式下 的 3 类评价指标进行了对比 ,如表 1 所示 。 通过表 1 可以看出 : 计算值下的评价指标普遍 优于经验值下的评价指标 。这说明 : 通过优化算法
图2 2007 年 7 月 25 日曲线对比 Fig. 2 Comparison chart of July 25 , 2007
图3 2008 年 4 月 9 日曲线对比 Fig. 3 Comparison chart of April 9 , 2008 图1 优化算法流程 Fig. 1 Flow chart of optimization algorithm
1 4
96 3
i, j j =1
式中 : Pp m , j 为抽水蓄能电站 m 第 j 点的抽水计划出 力。 全网最优的目标函数可表示为 :
3
Fi = max min L j + Pl , j +
m=1
∑P
pm, j