摘要：华地区电网以煤电为主，且热电机组比重较大，而调节性能好的水电电源则严重缺乏。随着负荷峰谷差和风电并网容量的加大，冬季时水电机组的枯水期、热电机组的供暖期、风电机组的大发期以及风电的反调峰特性相互叠加，导致系统调峰非常困难、弃风现象时有发生。论文首先对煤电机组中的纯凝机组和热电机组分别建模，然后构建一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡，且对风电弃风进行惩罚的节能调度模型，提出了一种根据优化结果计算电网最大风电消纳能力的方法，并分析了热负荷对电网风电消纳能力的影响。实例计算表明：本文调度模型能增加系统风电消纳能力，具有较好的节能效果，而且热负荷与电网风电消纳能力呈现负相关的特性。
关键词：华北地区电网；节能调度；热电机组；热负荷；风电消纳能力
0引言
华北地区电网以煤电为主，严重缺乏调节性能好的水电电源，且热电机组又在煤电机组中占有很大部分，例如，华北地区煤电比重超过80%，灵活调节电源比例仅有7.8%，2010年冬季，全网55%的运行机组为热电机组[1]。
电网负荷特性是电网调度的重要依据。近年来，华北地区电网低谷用电量增长偏缓，尖峰用电量却增长较快，电网的峰谷差在逐年加大，如东北电网最大峰谷差，2009年为1067.5万kW，2010年为1229万kW，2011年则超过了1300万kW[2-3]。负荷峰谷差增加使电网的调峰能力下降。
风力发电是目前新能源发电中技术最成熟、最具规模化开发条件及商业化前景的发电方式。至2010年底，国内已并网运行的风电装机容量达到29.56GW,其中华北地区就占91%。蒙西、蒙东、辽宁、吉林、黑龙江等省区的风电并网容量更是超过了其统调总容量10%[4]。风电具有随机性、间歇性和不可控性，特别是其反调峰特性更增加了电网调峰困难。
《节能发电调度办法实施细则》规定：“燃煤热电联产机组按照以热定电的原则安排发电负荷；无调节能力的风能具有第一发电优先性序位”。然而在冬季，水电机组的枯水期、热电机组的供暖期、风电机组的大发期以及风电的反调峰特性相互叠加，导致系统调峰非常困难、弃风现象时有发生。因此，在满足电网电、热负荷的前提下，如何提高风电消纳能力已成为华北地区电网节能调度中殛需研究的问题。
国内已有很多学者对节能调度进行了系统研究，提出了风电-抽水蓄能协调[5-8]、风电-火电协调[9-13]、省间互济等各种措施。但这些研究仅针对纯凝机组进行，优化调度中未考虑热负荷优化问题，即未考虑热负荷对电网节能调度及其风电消纳能力的影响，因而与华北电网的实际情况不完全相符。
本文在对煤电机组中的纯凝机组和热电机组分别建模基础上，构建了一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡，且对风电弃风进行惩罚的节能调度模型，研究了内点法求解该模型最优解的方法。然后提出了一种根据优化结果计算电网风电最大消纳能力的方法，并分析了热负荷对电网消纳能力的影响。实例计算表明：本文调度模型能增加系统风电消纳能力，具有较好的节能效果。
1机组耗量特性
1.1热电机组耗量特性
抽汽式机组在发电的同时对外供热，并能在较大范围内同时满足热、电两负荷的要求。也就是说，当发电功率不变时，供热抽汽量可以在容许范围内任意变动；当供热抽汽量不变时，发电功率可以在容许范围内任意变动。热电机组可以等效成一台背压式机组和一台纯凝机组的组合。
对于一次调节抽汽式汽轮机，其流量和功率可用下式来表示：
2.3优化模型求解
常规调度模型中一般把火电机组全部用纯凝机组来模拟，本文则区别对待纯凝机组和供热机组。因此，与常规调度模型相比，本文提出的新型调度模型中增加了机组热负荷优化，优化变量增加较多。
常规调度模型一般采用遗传算法、蚁群算法等智能算法求解，能精确处理问题中的离散变量，但这些方法在求解本文新型调度模型时，易出现计算速度慢的特点。然而内点法具有较高的计算速度，且鲁棒性好，所以本文采用该方法。
3基于优化结果的最大风电消纳能力计算
1）常规计算方法
对电网来说，最大负荷Pmax决定了电网中的机组运行容量P开机，而机组的最小技术负荷P小小于电网的最小负荷Pmin，最小负荷与机组最小技术负荷的差值即为电网的调峰裕度，如图1黑粗线部分所示。目前，许多文献就将电网的每日调峰裕度看做电网的最大风电消纳能力[14-15]。
4算例分析
344.1系统参数
算例系统包括一座热电厂（3台热电机组）、一座火电厂（2台纯凝火电机组）和一个风电场（10台风电机组）。设#1~3为热电机组，#4~5为纯凝机组。热电机组单机容量为100MW，#4机组容量为100MW，#5机组容量为200MW，风电场装机容量为120WM。计算周期为一个交易日，1h为一个时段，共24个时段。纯凝、热电机组机组参数如表1、2所示，各时段热、电负荷数值如表3所示，风力发电负荷率如表4所示。热电机组的最小技术出力为单机容量的70%，纯凝机组的最小出力为额定机组的50%。
4.2计算结果及分析
采用常规调度模型（热电机组按纯凝机组计算）时，系统的弃风状况如表5所示。
从表5可以看出，现有的节能调度方法不能够完全消纳风电，在负荷低谷期，为了系统的负荷平衡，不得不弃掉一部分风电。同样可以看出，由于风力发电的反调峰特性，弃风现象一般发生在夜间。
表5 弃风时刻与弃风量/MW
Table5 Abandoned wind moment and Quantity
从表6可以看出，两种调度模型得到的实际风电消纳空间差别较大，新模型由于考虑了弃风惩罚，因此弃风量下降，系统的总煤耗也进一步降低，如表8所示，系统总煤耗减少了25.028t，占系统总煤耗的1.56484%。
可以看出，随着系统热负荷的增加，电网风电消纳能力减少。
5结论
1）本文在对煤电机组中的纯凝机组和热电机组分别建模基础上，构建了一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡，且对风电弃风进行惩罚的新型节能调度模型，该模型能增加风电消纳能力，比常规调度模型有更好的节能效果。
2）基于优化调度结果的最大风电消纳能力计算方法更能真实地反映电网对风电的消纳能力。
3）计算表明：热负荷与电网风电消纳能力呈现负相关的特性。
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作者简介：
张晓波，男，枣庄供电公司员工，主要研究方向为电力系统优化调度；E-mail：295034116@QQ.com；tel：13963280869
论文作者:张晓波，张冲
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/21
标签：机组论文; 风电论文; 电网论文; 负荷论文; 能力论文; 热电论文; 模型论文; 《电力设备》2017年第13期论文;