摘要：本文对近年海南电网全年日负荷曲线进行了梳理和分析，得到正常工作日和不同类型节假日的日负荷特性，结合最新的年度分月负荷预测成果，给出了选取的27个研究典型日24点分时负荷曲线。同时根据当前海蓄公司与海南电网公司的交易模式，按照双方经济效益最优为目标，提出了抽蓄电站的总体运行原则，并在满足抽蓄电站技术特性前提下，从电力平衡、调峰平衡和安全稳定运行3个维度出发，得到了27个研究典型日下抽蓄电站的分时运行策略。最后，对未来海南电网发展到一定规模的情况下，抽蓄电站的短时运行策略进行了展望。
关键词：日负荷曲线；经济效益；电力平衡；调峰平衡；安全稳定；
0 引言
当前海南省处于一区一港建设起步阶段，电网发展速度较快，但发展不会一蹴而就。当前海南电网大机小网特征仍明显，网内单台核电机组容量在电网中的占比较高，电网电力平衡和调峰压力较大[1]。琼中抽蓄电站作为优质调峰调频资源，在海南电网中的作用和地位凸显，在正常工作日和特殊节假日对海南电网安全稳定运行起到关键支撑作用[2]。本文结合月负荷预测成果，按照抽蓄电站的总体运行原则，在满足抽蓄电站技术特性前提下，从电力平衡、调峰平衡和安全稳定3个维度研究27个典型日下抽蓄电站的分时运行策略。最后，对海南电网抽蓄电站的短时运行策略进行展望。
1 海南电网正常工作日及节假日负荷特性分析
图1-1 2015-2018年1.31日负荷曲线 单位：MW
图1-2 2015-2018年5.31日负荷曲线 单位：MW
图1-3 2015-2018年8.31日负荷曲线 单位：MW
选取2015年~2018年的1月31日、5月31日、8月31日3个典型日的日负荷曲线进行对比分析，研究不同年份下海南电网统调日负荷特性变化趋势，三个典型日下统调负荷曲线如图1-1~3所示。
对不同年份的3个研究日下的比值进行量化分析，分别计算3个典型日下比值的标准差
、平均值
和变异系数
。
（式1-1）
（式1-2）
（式1-3）
式中：N为样本数量，
为24小时2018年负荷与2015年负荷的比值。
根据计算结果在3个研究典型日下，2015~2018年之间的24点负荷曲线的变异系数分别为4.7%、5.4%和4.6%，均小于10%，说明3个研究日下的比值的离散度在一个相对较小的范围内。
2 海南电网2020年典型日负荷预测
本文所选取的27个典型日24小时统调负荷预测方法考虑如下：
对于月峰值负荷最大典型日，以1月为例，取2018年最大峰值即1月31日的24小时日负荷数据为基础，以2020年1月最大负荷需求预测值较2018年1月31日的实际最大值的比值为系数，整体乘以系数后得到2020年峰值最大典型日24小时日负荷预测数据。同理，对于月低谷负荷最小典型日和假期负荷典型日的选取与之类似。
3 海蓄电站2020年各典型日下运行策略研究
按照抽蓄电站总体运行原则，对网内每日分时的电力平衡和调峰平衡进行分析。若网内存在电力缺口，应在对应时段利用抽蓄电站进行发电顶峰；若网内存在调峰缺口，应利用抽蓄电站抽水调峰[4]。同时，还应考虑水库库容，若当日抽水或发电时间较长，需进行发电或抽水对库容进行补充。
抽蓄电站运行策略可归纳为：
（式3-1）
式中：
为计算所得需要的发电、抽水机组台数，
为系统电力缺口，
为系统调峰缺口，
为机组发电和抽水额定功率。
（1）1月典型日分析
1月最大典型日下，仅在晚7点系统处于最高峰负荷时存在78MW电力缺口，需要抽蓄电站开1台机组进行顶峰运行；在全天内均不存在调峰缺口，无需机组进行抽水。抽蓄电站仍有较大库容，可在后续系统有调峰需求时，择机进行抽水。
在1月最小典型日下，系统在全天内电力盈余较大，不需开机进行顶峰。在凌晨0：00~6：00负荷低谷期间，需要抽蓄1~3台机组运行于抽水工况进行调峰。在凌晨0：00~6：00期间，共抽水约280万千瓦时。由于抽蓄电站库容有限，为保证第二天能利用抽蓄机组进行抽水，需安排抽蓄机组在当日其他时段进行发电，降低上游水库的水位。在17：00~22：00期间处于负荷高峰期间，系统电力缺口比当日其他时段低，且此时系统调峰容量充裕，因而考虑在此时段进行发电，分别满开抽蓄机组2台机。
（2）7月典型日分析
在7月最大典型日下，系统存在较大电力缺口，在11：00~23：00存在69~416MW电力缺口，需抽蓄电站开1~2机进行发电顶峰。为了保证第二天抽蓄电站的发电能力，必须在当天内进行抽水，将上游水库水量补满。系统在2：00~8：00期间有582~1056MW的发电盈余，可以在此时段内安排抽蓄电站开2~3机组进行抽水将上游水库补满，总抽水量为380万千瓦时。
4 电站远期短时运行模式
本文提出了一种将海蓄机组纳入到现有AGC系统中的控制策略思路，通过建立系统运行备用容量不同时间尺度的分级感知系统，感知系统运行中的频率调节危机点。以此作为抽水蓄能机组启停的控制决策依据，及时补充快速备用容量。
本文建立了多时间尺度的系统备用容量指标体系并作为抽水蓄能机组的启停决策，多时间尺度系统备用容量指标体系：秒级、分钟级备用容量。
秒级与分钟级备用容量计算公式如下所示：
（式4-1）
（式4-2）
上述公式中式（4-1）为秒级备用容量的计算公式，全网秒级备用容量指标为全网各台发电机组秒级备用容量的总和。式（4-2）为单台机组的秒级备用容量表达式。单台机组的秒级备用容量根据单台机组的爬坡速率进行估算。式中
为第i台机组的秒级爬坡速率，
与
为第i台发电机组的最大最小输出功率，
为第i台机组的当前输出功率。式（4-3）为分钟级备用容量计算公式。
（式4-3）
（式4-4）
以负荷急升为例，在常规时段，抽蓄电站按照发电曲线正常运行，当系统进入负荷急速提升的前5分钟时刻处系统根据当前的1分钟向上向下备用容量与历史调峰任务的最大1分钟爬坡需求决定当天的抽水蓄能机组开机数目，以向上调峰任务为例，计算公式为：
（式4-5）
式中：
为计算所得需要启动的机组台数，
为负荷提升段1分钟爬坡速率需求最大值，
为抽水工况转发电工况所需时间，
为裕度系数，
为当前系统向上备用容量。
得到需要启动的机组数目之后，控制电站逐台启动机组至水泵运行状态以提供最大的向上备用容量。当系统运行到负荷急升急降段后，对当前系统的秒级备用容量进行实时监测，若应急备用容量小于阈值，则将1台处于水泵抽水模式的蓄能机组转换为发电工况，直到当前系统中不存在水泵工况运行的机组。若仍存在向上备用容量缺口时控制系统将直接启动一台处于停机状态的抽水蓄能机组至发电调相工作状态。当系统负荷急速提升时段完成后，若系统秒级备用大于停机备用阈值，则将机组逐台进行关停。
5 结论
琼中抽蓄电站作为系统发电和调峰容量的关键补充，在电力缺口最大时，需开3机进行顶峰运行，在调峰缺口最大时需开3机进行抽水调峰，水库库容能满足当日的最小发电或抽水需求。但由于抽水或发电时间较长，为满足第二天的发电和调峰需求，需在当日择机抽水或发电对上游水库水位进行调节。
本文建议尽量避免在7月和10月抽蓄电站调用需求最大的月份安排机组或电站220kV出线进行检修，可考虑在8月或12月安排检修计划。同时，在电网负荷增长到一定阶段后，需要抽蓄电站对负荷进行快速跟踪，尽快开展抽蓄电站融于现有AGC系统的研究工作。
参考文献：
[1]朱庆春，蔡黎，康义.海南建设核电的必要性和可行性探讨[J].中国电力，2009，42（4）：84-87.
[2]黄亮.琼中抽蓄机组机电参数选择对海南电网安全稳定的影响[J].现代工业经济和信息化，2014，4（23）：60-62.
[3]吕懿.海南电网年负荷曲线变化趋势[J].中国科技信息，2013，（24）：43-44.
[4]袁力翔，朱庆春，康义.CJ核电投产初期海南电网调峰与稳定问题研究[J].中国电业（技术版），2014（10）：109-111.
论文作者:贾波1,陈伟2,高雄2,吴芮3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：负荷论文; 机组论文; 电站论文; 海南论文; 电网论文; 系统论文; 容量论文; 《电力设备》2019年第16期论文;