一种基于边际发电能耗的分区间联络线交换电力优化方法

摘要

本发明提供一种互联电力系统中基于边际发电能耗的分区间联络线翌日交换电力优化方法，包括以下步骤：首先，考虑火电站年发电利用小时数上下限约束，以各分区内发电能耗最低为目标，结合各分区日前预测24h日负荷曲线，初步优化火电站的开机容量及其在日负荷曲线上的工作位置，各分区就地平衡；其次，在分区就地平衡结果的基础上，根据各分区火电机组的单位发电能耗逐小时调整火电机组工作位置和联络线交换电力，从而获得分区间联络线的日前24h交换电力曲线。该方法不仅能在考虑联络线输电容量约束的前提下快速确定联络线翌日交换电力曲线，而且能以最小的发电能耗满足系统及各分区电力平衡需求，实现节能发电运行，最大限度地降低系统总发电能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统运行技术，特别涉及一种基于边际发电能耗的分区间联络线交 换电力优化方法。

背景技术

由于我国资源的分布特性和电力工业技术条件的限制，在今后相当长的时间里，国 内发电一次能源仍以煤炭和水能为主。当前已知的国内煤炭保有储量约2/3分布在山西、 陕西和内蒙古三省，可开发水能资源近2/3分布在四川、云南和西藏三省；而电力负荷 则约有2/3位于远离煤炭、水能分布区的东部沿海经济发达地区。这种一次能源分布与 负荷中心不相统一的矛盾，需要通过大容量、远距离输电来解决，在省区间进行电力交 换，形成全国范围内的互联运行电网。

通过联络线进行分区间的电力交换，是优化资源配置、节约发电能源的有效措施。 当以节能发电为运行目标时，电网公司优先安排单位发电能耗较低的机组投入运行。若 各分区电网独立运行，高负荷分区往往需要投入运行单位发电能耗相对较高的机组才能 达到系统电力平衡要求，而低负荷分区却有部分大容量低能耗机组闲置。若经分区间联 络线进行电力交换，将低能耗机组发电出力通过联络线送往高能耗分区，则能提高电网 总体的节能效益，实现分区间电力资源的优化配置。

目前，针对互联电力系统分区间联络线交换电力优化的研究主要集中在联络线输送 电力对受电分区电力电量平衡和调峰平衡的影响上，而针对区域整体协调运行、统一电 力负荷分配的分区间交换电力优化方面的研究还较少。对联络线交换电力进行优化时， 当前的策略主要是是将联络线作为受电分区的补充电源处理，以达到受电分区电力平衡 和调峰平衡要求为优化目标，分省就地平衡。这种运行模式阻碍了大容量低能耗机组的 投入运行，没有充分发挥联络线优化电力资源配置的作用。事实上，随着国内区域电网 互联的不断深入和电力市场改革的不断深化，分区就地平衡的电力负荷分配模式将慢慢 被取代，全区域范围内的电力平衡将成为发展主流。而分区间联络线交换电力的优化能 够通过影响各分区发电机组的电力负荷分配，使得互联电力系统达到整体效益(如节能 经济效益)最佳的运行状态。因此，研究考虑系统整体效益的分区间联络线交换电力优 化方法具有重要意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的提供一种基于边际发电能耗的分区间联络线交换电力优化方 法，不仅能在考虑联络线输电容量约束的前提下快速确定联络线翌日交换电力，而且能 以最小的火电机组发电能耗满足系统及各分区电力平衡需求，实现节能发电运行，最大 限度地降低电力系统总发电能耗。

为实现以上发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于边际发电能耗的分区间联络线交换电力优化方法，包括初次电力负荷分配 优化和二次电力负荷分配优化，其中，

所述初次电力负荷分配优化包括以下步骤：

(1)、分区日前负荷预测数据准备：通过短期负荷预测系统客户端分别获取待优化 联络线L所联接两分区A、B的日前预测日负荷曲线，分区A、B在t时刻的负荷分别为 L_A(t)、L_B(t)；

(2)、机组负载优先序位排序：分别获取两分区A、B中各火电机组单位发电能耗， 并按照单位发电能耗由小到大分别进行各分区的机组负载优先序位排序；

(3)、火电站开机容量优化：根据火电机组负载优先序位以及两分区翌日火电开机 容量需求，分别优化各分区火电站的开机容量，最大化分区内电力盈余；

(4)、火电站工作位置优化：根据以上各火电站开机容量优化结果以及火电机组负 载优先序位，以分区内发电能耗最小为目标，分别优化各分区火电站在分区日负荷曲线 上的工作位置；并且，

所述二次电力负荷分配优化包括以下步骤：

(5)、联络线交换电力调整步长设置：设置每次进行联络线交换电力调整时的步长 ΔP，并初始化时段t=1；

(6)、联络线交换电力调整条件判断：根据两分区t时刻火电机组的发电能耗情况 及联络线输电容量约束判断是否满足t时刻联络线交换电力调整条件，若满足则确定送 电分区S和受电分区R，进入步骤(7)，否则，t=t+1，进入步骤(8)；

(7)、联络线交换电力调整：按调整步长ΔP调整t时刻送受电分区电力，并修正 t时刻送受电分区负荷，在修正后的负荷曲线上，按机组负载优先序位更新t时刻送受 电分区各剩余火电机组的剩余开机容量部分在日负荷曲线上的工作位置；

(8)、判断t是否大于24，也即所有时段的联络线交换电力是否均已调整完毕，若 已调整完毕，则进入步骤(9)，否则返回步骤(6)；

(9)、输出分区间联络线翌日交换电力优化结果，包括分区间联络线翌日交换电力 曲线及各火电机组电力负荷分配情况，并按此优化结果进行各分区火电站的机组启停调 整和运行燃料准备。

本发明具有以下有益效果：

1、能够根据分区间火电机组单位发电能耗快速确定联络线翌日交换电力，在考虑 联络线输送容量约束的前提下使系统整体的发电运行能耗最低；

2、在初次负荷分配优化过程中考虑了火电站发电利用小时数上下限约束，通过合 理地设置火电站发电利用小时数上下限，可综合考虑各种影响电网运行的因素，实现电 网整体的多目标联合协调运行优化。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步作详细说明。

如图1所示，为本发明互联电力系统中基于边际发电能耗的分区间联络线翌日交换 电力优化方法的流程图。图中，C_ΔPA+(t)、C_ΔPA-(t)分别为分区A在t时刻增加/减少大 小为ΔP的火电机组出力后所增加/减少的发电能耗，C_ΔPB+(t)、C_ΔPB-(t)分别为分区B 在t时刻增加/减少大小为ΔP的火电机组出力后所增加/减少的发电能耗，P_L(t)为联 络线L在t时刻的交换电力(以电力由分区A向分区B输送时为正)，P_L.max+、P_L.max-分 别为联络线L的正向、反向输送电力上限。

如上所述，该优化方法包括初次电力负荷分配优化和二次电力负荷分配优化两个过 程。首先，在各分区日负荷曲线上，初步优化火电站的开机容量和工作位置，各分区就 地平衡；其次，在此分区就地平衡结果的基础上逐小时比较两分区火电机组的发电能耗 情况，逐步调整火电站工作位置和联络线交换电力，从而获得分区间联络线翌日交换电 力优化结果。具体步骤如下：

(1)、分区日前负荷预测数据准备：通过短期负荷预测系统客户端分别获取待优化 联络线L所联接两分区(以下用字母A、B表示)的日前预测日负荷曲线，分区A、B在 t时刻的负荷分别为L_A(t)、L_B(t)。

(2)、机组负载优先序位排序：分别获取两分区中各火电机组单位发电能耗信息， 并按照单位发电能耗由小到大分别进行各分区的机组负载优先序位排序。

(3)、火电站开机容量优化：即分区内火电机组组合优化，根据火电机组负载优先 序位以及两分区翌日火电开机容量需求，按下述步骤分别优化各分区火电站的开机容量， 最大化分区内电力盈余。

a)根据有关运行约束确定各火电站必须开机容量

按各火电站的最小开机约束(如热电机组供热期间必须开机)确定各火电站翌日最 少开机容量；考虑各火电站年发电利用小时数下限(折合为电站每日发电出力下限)约 束，确定各火电站翌日必须开机容量；根据分区保安开机约束，确定各火电站翌日补充 开机容量。

b)按火电机组负载优先序位优化各火电站的最佳开机容量

考虑火电站年发电利用小时数上限(折合为电站每日发电出力上限)约束，按火电 机组负载优先序位优化各火电站翌日的最佳开机容量。若此时仍无法满足开机容量需求， 则不计火电站年发电利用小时数上限约束，按火电机组负载优先序位优化各火电站翌日 的最佳开机容量。

(4)、火电站工作位置优化：根据以上各火电站开机容量优化结果以及火电机组的 负载优先序位，在保证分区内电力电量平衡的基础上，以分区内发电能耗最小为目标， 按下述步骤分别优化各分区火电站在分区日负荷曲线上的工作位置。

a)常规煤电和热电机组最小技术出力部分承担基本负荷

根据火电站优化开机容量，顺序安排常规煤电和热电机组最小技术出力部分承担基 本负荷。

b)调峰火电机组非启停调峰方式运行，最小技术出力部分承担基本负荷

如果分区内还存在基荷位置，根据火电机组负载优先序位，以满足各电站年发电利 用小时数上限约束为条件，依次安排优化开机容量中各启停煤电、联合循环、燃油以及 燃气等部分或全部调峰火电机组的最小技术出力部分承担基本负荷。

c)火电机组按各电站年发电利用小时数下限负载

根据火电机组负载优先序位，并计及各火电站年发电利用小时数下限约束，从下往 上依次安排各火电机组剩余开机容量部分在分区日负荷曲线上的工作位置。对于常规煤 电和热电机组而言，剩余开机容量部分是指扣除最小技术出力部分后的机组可用出力； 对于调峰火电机组而言，剩余开机容量部分是指按上述方法扣除承担基本负荷的最小技 术出力部分后的机组可用出力。

d)火电机组按各电站年发电利用小时数上限负载

根据火电机组负载优先序位，并计及各火电站年发电利用小时数上限约束，从下往 上依次安排各剩余火电机组的剩余开机容量部分在分区日负荷曲线上的工作位置。

e)火电机组按分区电力平衡需求负载

根据火电机组负载优先序位，不计各火电站年发电利用小时数上限约束，根据分区 电力平衡需求，从下往上依次安排各剩余火电机组的剩余开机容量部分在分区日负荷曲 线上的工作位置。

(5)、联络线交换电力调整步长设置：设置每次进行联络线交换电力调整时的步长 ΔP，并初始化时段t=1。所述步长ΔP优选为各火电机组剩余开机容量的最大公约数。

(6)、联络线交换电力调整条件判断：根据两分区t时刻火电机组的发电能耗情况 及联络线输电容量约束判断是否满足t时刻联络线交换电力调整条件，若满足则判断送 电分区S、受电分区R，进入下一步骤，否则进入下一时刻的联络线交换电力调整优化。 在满足以下条件之一即可进行t时刻联络线交换电力调整：

a)C_ΔPA+(t)＜C_ΔPB-(t)&P_L(t)＜P_L.max+，则分区A为送电分区，用字母S表示，分区 B为受电分区，用字母R表示；

b)C_ΔPA-(t)＞C_ΔPB+(t)&P_L(t)＞-P_L.max-，则分区A为受电分区，用字母R表示，分 区B为送电分区，用字母S表示。

(7)、联络线交换电力调整：按调整步长ΔP调整t时刻送受电分区电力，并修正 t时刻送受电分区负荷。在修正后的负荷曲线上，按机组负载优先序位更新t时刻送受 电分区各剩余火电机组的剩余开机容量部分在日负荷曲线上的工作位置。

t时刻送受电分区负荷调整计算公式为$\left(\begin{array}{c}{L}_S^{\prime }\left(t\right)=L_S\left(t\right)+\mathrm{\Delta P}\\ L_R^{\prime }\left(t\right)=L_R\left(t\right)-\mathrm{\Delta P}\end{array}\right)$

t时刻联络线交换电力调整计算公式为

其中，L_S(t)、L_R(t)分别为t时刻上一次联络线电力交换后的送电分区/受电分区修 正负荷；L'_S(t)、L'_R(t)分别为t时刻本次联络线电力交换后的送电分区/受电分区修正负 荷；P_L(t)、P′_L(t)分别为t时刻上一次/本次联络线电力交换后的联络线交换电力。

(8)、判断是否所有时段的联络线交换电力均已调整完毕，若已调整完毕，则进入 下一步骤，否则返回步骤(6)继续进行调整。

(9)、输出分区间联络线翌日交换电力优化结果，包括分区间联络线翌日交换电力 曲线及各火电机组电力负荷分配情况。按照此优化结果进行各分区火电站的机组启停调 整和运行燃料准备。

通过以上步骤的电力负荷分配优化，可以快速地进行火电机组翌日发电负荷分配， 确定分区间联络线翌日24h交换电力曲线，在适当考虑火电站发电利用小时数上下限约 束的情况下，最大限度地降低系统整体的发电运行能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。