基于电厂日负荷率的火电机组发电计划优化

李真

摘要：随着中国电网互联的不断深入，风电、光伏等各种新能源也大幅接入，并到了广泛应用，由此电厂的发电计划也应适应新环境要求，以“三公”调度模型为基础，进行基于电厂日负荷率的火电机组发电计划优化。概述发电计划与机组组合优化情况，针对实际算例分析优化效果，达到满足电网实际运行需求的目的。

关键词：电厂日负荷率;火电机组;发电计划;“三公”调度

引言

智能电网系统要求调度组织不断提高其为能源系统分配资源的能力。由于智能电网的深入建设，需要通过随时调整和改进发电计划来满足环境变化下的电网调度，以此维持电力市场的稳定。在决定优化整体发电计划时，必须考虑许多因素，如安全和经济、效率和公平、节能减排等，科学合理地制定发电计划，以确保系统安全，反映目标的优先顺序，兼顾多方利益。在此基础上，优化目标应根据电力计划的综合效用进行调整，以此提升电力计划各利益相关者的满意度。基于“三公”调度模型，本文提出了一种基于电厂日负荷火电机组发电计划的优化策略，尽量满足电力系统的节能与经济需求，使其能够实现直接交易计划，并保持稳定的电厂日负荷水平。

1.1编制电力生产计划

编制电力生产计划的主要目的在于发电机组的启动、停止计划以及发电机组的出力计划达成一致。

1.1.1中长期（年度或月度）发电规划

中期和长期发电计划通常基于电力流量的最小偏差，基于系统负荷的中期和长期预测以及电力消耗，设备的中长期维护，电厂中长期发电计划和中长期的连接计划等数据，交易计划会逐步分解到各个机组进行直接交易，考虑系统容量，功率平衡，机组操作限制，网络运行限制等，协调能源生成资源，生成机组启动停止计划和日出功率计划，并检查安全性。

1.1.2短期（日）发电计划

短期发电计划建立在对电厂短期负荷进行预测的基础上，需要考虑到负荷能力、机组的组合情况以及电厂计划的真实完成度，并保持电力的稳定，限制单元的输出功率等，制定计划生成单元，机组输出更准确地规划。电力生产的短期规划可能涉及目标需达到最小经济成本与最小偏差，最终经济成本中包含了电力生产的总成本和环境成本。

1.2电力系统优化调度模型

在进行电力生产计划编制时，依据不同的规划形式可组织进行不同计划。目前，规划模式主要包括在安全限制内，进行环境经济调度和经济调度、“三公”调度以及基于市场竞争的电力系统调度。“三公”的规划应旨在确保公平分配发电。市场竞争规划制度包括优化购买电力的总成本或最大化电力市场中的社会福利。

电力系统优化规划模型是指机组启停的合理安排和单位输出功率，受系统功率平衡的限制、系统安全性的限制、备用电源的限制、输出的限制条件下，合理进行机组技术的开启和关闭时间计划。优化节点之间的负载分配，以便特定目标实现最佳解决方案。此模型可以为不同规划模式下机组计划进行优化。

1.3电量计划的分解和滚动

目前，中国各省电网公司的调度中心通常采用“三公”计划模式。省电网公司根据明年的预计用电需求和电力系统运行情况提出“三公”调度模式，并提出明年的电力需求，作为制定电力生产计划和制定各种电力需求和省级能源类生产的基础。电力监督负责监督管理电力企业年度电力生产规划，监督电力交易是否符合“三公”调度。基于“三公”调度的规划模式，并兼顾电网安全，要保证相同类型的发电机组在同一年的使用时间是对等的原则，其中还有不同的修正因素影响，给出每个发电厂发电计划。

本文基于“三公”调度模型编制的电力生产计划，涉及数学中的混合整数线性优化，一般采用CPLEX进行求解。以此模型为基础，目前正在特定的电源网络中进行测试，并且使用由C++标准开发的于优化年度发电计划的软件和用于优化块组合的软件，试运行后实现了良好的结果。

2.1实际算例数据

实际算例：根据某电网2018年9月12日特定电力系统的实际数据进行的实际计算中，根据建议的优化模型，9月13日起推出年度发电规划软件以及优化包开发软件，12月31日进行发电与电厂优化的联合分析。截至2018年8月，本算例中电网装机容量主要来源于火力和水力，当前水电在电网中具有重要地位，占比为38%左右。根据不同地区电力系统的运作环境，特定电力系统中电力系统的资源充足，但电力系统结构薄弱，火力发电厂主要基于热电联产。由于采暖和网络安全，主要火力发电厂对安全的贡献很小。“三公”调度的实施存在一些问题。所以，对算例中电厂“三公”调度模型还要进一步功率优化，其结果更加精确的对模型的效用进行解释。2018年，特定能源系统各自流域的自然水供应充足。从7月到9月是汛期，水电正在上升，对负荷的需求疲软。在“三公”调度时，涉及17个火力发电厂，其中9个火力发电厂由于供暖和安全而对安全性的贡献最小。

2.2电量完成率情况

根据上述用于优化计算的发电实际数据，将9月12日之后的计划和发电单位的组合。根据优化计算的结果，2018年9月和9月火电厂的累计发电完成系数更好。在优化结果中，在优化日期之前，17个火力发电厂的年度计划能源完成率差异很大，能源供应从最低水平的27.16%提高到101.177%。为后续的发电计划以及“三公”规划产生新的障碍。在17家火力发电厂优化后，16家发电厂完成了年度计划网络容量，14家发电厂的年完成率保持不变，均占122.971%，相当于“三公”调度分配功率偏差，即接近年末完成计划功率完成的要求，结果良好。

2.3机组日间负荷率变化情况

考虑到实际工作的可行性，为了使火力发电厂的负荷尽可能稳定，应尽量减少热力机组功率的波动，使发电厂组的日负荷保持相对稳定。根据前面的生产计划与调度模型，完成“三公”调度下的机组组合。但是发电厂的日常容量不是唯一的，并且发电厂的日负荷可能存在显著的变化。因此，有必要进一步制定发电计划优化方案。考虑到发电厂日均负荷均衡的发电计划，该计划包括一个最小目标指标，用于改变发电厂的日负荷，并优化每个发电厂负荷的日常变化，而不影响电量的完成率。然而，由于发电厂负荷的日常标准和包括多个火力发电厂的最小优化目标的变化，一个火力发电厂不一定能从一个月的生产计划中看到每日负荷变化结果。但对于发电厂的总体规划，其负荷速度的日常波动仍然显著减少。

选择负荷速度明显变化的发电厂来分析10月份电厂优化的结果。火电机组的日负荷率变化曲线如图1所示，结果表明基于电厂日负荷率的火电机组发电计划优化，使机组出力稳定性有所提高、负荷率相对均衡。

综上所述，以电量完成进度为主要目标的“三公”调度是我国目前普遍采用的调度模式，本文基于“三公”调度的年度发电计划与机组組合优化模型，进行了基于电厂日负荷率的火电机组发电计划优化，结果表明：可以最大限度地实现“三公”调度目标（即能耗完成系数收敛的年度指标）：本次优化可以提供机组启动和停止计划，避免机组在低负荷下工作，尽可能减少设备低负载运行启动，减少停启次数，由此提高电网运行的经济型和安全性，为电厂轮换计划的合理安排提供了参考。

参考文献

[1]简洪宇，康重庆，都百青，等.电力市场下“三公”调度的一种评判方法[J].电网技术，2005，29（16）：26-32.

[2]张宏伟.供需侧调峰方式对电力系统能效影响分析[D].北京：华北电力大学，2017.