改进等微增率算法求解火电负荷分配问题的实用化研究与应用.pdf

第 4 O卷 第 2期 2 0 1 2 年 1 月 1 6日 电力 系统 保护 与控制 P o we r S y s t e m P r o t e c t i o n a n d Co n t r o l V_0 1 ． 4 0 NO ． 2 J a n ． 1 6 ， 2 01 2 改进等微增率算法求解火电负荷分配问题的 实用化研究与应用 李 刚 ，程春 田 ，曾 筠 ，孙 斌 ，林 成 1 ． 大连理工大学水电与水信息研究所，辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ；2 ． 贵州电力调度通信局，贵州 贵阳 5 5 0 0 0 2 摘要结合贵州电网实际，分析讨论 了等微增率算法应用求解火电机组负荷分配时可能碰到的实际问题，提 出了融入 火电机组发 电排序表的机组组合策略与等微增率准则相结合 的算法。该方法以火电机组发 电排序表为基础，通过机组 组合策略确定参与优化计算的机组组合方案，然后利用等微增率准则分配火电负荷。贵州电网自从 2 0 0 8年进入节能 发电调度试点运行，一直到 2 0 0 9年正式运行以来，很好地验证 了所提 出的算法，结果显示该算法很好地解决了传统 等微增率法在实际应用中所碰到的问题，同时也说明该方法是一种切实可行的负荷分配算法。 关键词节能发电调度；火电机组；负荷分配；等微增率；机组组合策略 Pr a c tic a l s t ud y a nd a ppl i c a tio n of t he r m a l l oa d di s t r i butio n s o l v e d by i mpr o ve d e qua l i n c r e m e n t a l pr i nc i pl e LI Ga n g ， CHE NG Ch u n ． t i a n ， ZE NG Yu n ， S UN Bi n 2 ，L I N Ch e n g 1 ． I n s t i t u t e o f Hy d r o p o we r Hy d r o i n f o r ma t i c s ， D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Da l i a n 1 1 6 0 2 4 ， C h i n a ； 2 ． Gu i z h o u E l e c t ri c P o we r D i s p a t c h i n g C o m mu n i c a t i o n B u r e a u ， Gu i y a n g 5 5 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e p r a c t i c a l c o n d i t i o n s o f Gu i z h o u P o we r Gr i d ， t h i s p a p e r d i s c u s s e s the p r a c t i c a l p r o b l e ms f a c e d b Y s o l v i n g the r ma l l o a d d i s t r i b u t i o n b y the e q u a l i n c r e me n t a l p r i n c i p l e ， a n d the n p r e s e n t s a n e w a l g o r i t h m， wh i c h i n c l u d e s g e n e r a t o r a s s e mb l e d s tr a t e gy a n d e q u a l i n c reme n t a l p r i n c i p l e ． B a s e d o n g e n e rat i o n s o r t o f the r ma l uni t s ， t h i s me tho d d e t e r mi n e s c o mb i n e d a l t e r n a t i v e s by wa y o f a s s e mb l e d s t r a t e gy, and d i s p a t c h e s t h e r ma l u n i t s ’ l o a d by u s i n g t h e e q u a l i n c r e me nta l p r i n c i p l e ． T h e s i mu l ati o n d a t a o f l o a d d i s tri b uti o n o f Gu i z h o u P o we r Gr i d s i n c e t h e f o r ma l e n e r g y s a v i n g g e n e rat i o n o p e r a t i o n i n 2 0 0 9 i n d i c a t e t h a t the me tho d C an s o l v e t h e p r o b l e m i n rea l p r o j e c t a p p l i c a t i o n ． T h e r e f o r e ， i t ’ S a p r a c t i c a l l o a d d i s tr i b uti o n c a l c u l a t i o n me t h o d ． T h i s w o r k i s s u p p o rt e d b y Nati o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d ati o n o f C h i n a No ． 5 0 9 0 9 0 1 1 ． Ke y wo r d s e n e r gy - s a v i n g g e n e rat i o n o p e rat i o n ；the r ma l un i t ；l o a d d i s tr i b uti o n ；e q u a l i n c r e me n t a l p r i n c i p l e ；u n i t c o mmi t me n t s t r a t e gy 中图分类号 T M7 3 ； F 1 2 3 ． 9 文献标识码A 文章编号 1 6 7 4 ． 3 4 1 5 2 0 1 2 0 2 ． 0 0 7 2 ． 0 5 0 引言 以数学极值理论 为基础 的等微增率法 是解 决 机组负荷优化分配 问题的一种典型方法 ，它的原理 简单易懂 ，实现方便可靠，一直被工程技术人员作 为解决负荷优化分配问题的首选方法，也是国家开 展节能发电调度的推荐方法[1 -2 ] 。 但是在实际应用过 程中，存在以下困难一是火电机组原设计煤耗曲 线与实际情况有很大偏差【j J ，而大多数火电机组没 基金项目国家自 然科学基金 5 0 9 0 9 0 1 1 ；国家杰出青年基 金 5 1 0 2 5 9 3 4 国家9 7 3 前期专项 2 0 0 9 C B 2 2 6 1 1 1 有实测的机组煤耗特性曲线；二是对于一些电网已 经完成的机组煤耗特性曲线实测结果，由于受限于 煤质 、电网安全运行 限制等因素，实测机组煤耗特 性 曲线运行非常不稳定，也很难应用于实际；三是 即使具备较好的煤耗特性曲线，系统需求负荷曲线 的连续波动往往会使等微增率法优化分配火电机组 出力变化频繁，增加燃料消耗的同时，也不符合实 际运行要求。随着各个电厂机组煤耗特性曲线实测 工程陆续投入运行以及不断完善，前两方面的问题 将会得到解决。然而针对应用等微增率算法求解可 能引起 的出力变化频繁等问题， 需要做进一步研究。 李 刚，等 改进等微增率算法求解火电负荷分配问题的实用化研究与应用 ．7 3． 本文在分析等微增率算法原理的基础上，提出 了融入火 电机组发 电排序表，将机组组合策略与等 微增率算法结合在一起求解火电机组负荷优化分配 问题。贵州电网统调火电机组负荷分配的实际运行 分析计算表 明，本文提出的方法求解火电负荷分配 不仅符合实际运行的要求，而且满足节能发电调度 的思想。 1 等微增率法原理 等微增率法是 以数学极值理论为基础 ，为解决 机组负荷优化分配问题的一种典型方法，它的原理 简单易懂，实现方便可靠，当今一直被工程技术人 员作为解决负荷优化分配问题 的首选方法M ，其 基本原理阐述如下 设系统有 n台机组，煤耗总量 F可表示为 F ． ． ∑ 1 i 1 ， 2 ， ⋯， 2 式中 为第 f 台机组的煤耗量；． 为第 f 台机组 的煤耗特性； 为第 f 台机组的出力 。 系统的负荷平衡条件为 P ∑ 或 者 P 一 ∑ 0 3 式中，P为 n台机组的总负荷。 求 n台机组间的负荷经济分配 ，其 目的是使 目 标函数 1 在满足负荷平衡条件 3 下达到最小， 如下式所示 m i n F m in ∑ m i n ∑ 4 ● ■ _’』 _ 一 ’ 若进一步假定，各机组的煤耗特性曲线可用二 次 曲线表示 ，即 - t - c f i 1 ， 2 ， ⋯ ， 5 对式 5 求导得 ／ e , 2 a i e i 6 一 ／ 2 a 一 ／ 2 a 7 又 由负荷平衡条件 P ∑e gg ∑[ 一 6 f ／ 2 ， 】 8 _ 2 P ／ 妄 则有 由上述分析可知，等微增率法实际上是通过寻 找各机组煤耗微增率相等的负荷点，并将该点确定 为负荷分配的最优方案，它揭示了火电厂机组负荷 分配的实质。 2 机组组合策略和等微增率算法结合求解 火电负荷分配 为达到节能的要求，火 电机组所承担 的负荷最 好是平稳不变的，因为负荷频繁变化会带来一定燃 料消耗。但在实际运行中，尤其是对于火电装机比 重较大的贵州 电网，火 电或多或少都要参与调峰， 这样火电承担的负荷就不可能是平稳不变的，所以 要尽量使火电机组分配承担的出力满足调峰要求的 同时，出力曲线变化频率尽可能低， 使其平稳过渡。 但传统等微增率算法在优化分配时，由于其并 没有考虑机组出力变化和爬坡等要求，优化结果很 可 能会 随着系统需求负荷 曲线 的趋势连续频繁变 化 ，燃料消耗增加的同时又不满足实际运行要求， 因此需要对等微增率算法进行改变。然而等微增率 算法是一种经典算法，对其每一微小的改动都是不 易的工作，所 以就考虑在应用等微增率算法时先 由 机组组合策略确定各时段火电机组组合。 2 ． 1机组组合策略 机 组组合 策略的 目的在于确 定各时段参 与优 化计算的火电机组组合方案，然后应用等微增率算 法求解各方案中火电机组负荷分配。为避免优化分 配得到的出力过程曲线变化频繁，还要满足系统爬 坡要求 ，所 以该策略从以下两个方面考虑 1 设定一个正整数 ， 判断机组出力维持不变的 时段数是否满足这个要求，如果满足就将其纳入机 组组合中，否则不会纳入，除非其余机组都不满足 这个要求，再根据火电机组排序表的先后顺序考虑 将哪台机组纳入组合方案 中。 2 组合方案 中的火 电机组可调出力上下限是 否满足系统负荷变动的要求 。 2 。 2求解火电负荷分配 在优化分配各时段系统需求负荷时，首先确定 火电机组组合方案，再根据等微增率算法优化分配 组合方案中火电机组所应承担的负荷。 算法流程如 图 1 所示 ，具体步骤如下 1 从第一个时段开始，k - I 。 2 设置各台火电机组出力初始值， 默认等于前 一 个时段的出力 。 3 扣除水 电所承担的负荷后， 系统剩余负荷与 前一个时段的变化值 。 4 如果变化值大于零 ， 则根据火电机组排序表 一 一 一 q一 ．． 7 4 ． 电力 系统保护与控羽 由上到下的顺序确定火电机组的组合方案，确定的 条件如上所述；如果变化值小于零 ，则根据火电机 组排序表 由下到上的顺序确定火电机组组合方案 。 5 组合方案中的各台火 电机组根据等微增率方 法重新计算各 自承担负荷。 6 判断 k 是否大于等于 9 6 ，如果是跳出计算 程序 ，否则 1 ，跳到 1 。 设置火 电机组出力初值 与前一时段相同 剩余负荷较前一时段变化值 7 磊 火电排序表由上到下 l l 火电排序表由下到上 等微增率算法 机组组合方案 满足 ≤ 满足 ／ ， 图 1求解算法的流程图 F i g ． 1 F l o w c h a r t o f s o l v i n g l o a d d i s p a t c h 3 实际模拟分析 3 ． 1火 电机组排序表 截止 2 0 1 0年底，贵州 电网统调火 电机组为 5 8 台，装机容量为 1 7 1 4 0MW ，占总装机 6 2 ． 7 5 ％。由 于篇幅有限，表 1 列出贵州电网统调火电机组发电 排序中部分机组信息。 表 1火电机组发电排序表 T a b l e 1 Ge n e r a t i o n s o r t i n g t a b l e o f u n i t 3 ． 2算例分析 以贵州电网 2 0 0 9年 2月 9日2 0 0 9年 2月 1 5 日计划数据为例，验证本文提出的机组组合策略和 等微增率算法结合求解负荷分配 问题的可行性。利 用传统等微增率算法和本文所提算法分别对贵州 电 网计划数据进行模拟分配，表 2 列出了全网火电机 组总耗煤量及差值 。从表 中可 以看出，改进等微增 率算法比传统等微增率算法分配得到的火电机组总 耗煤量大，日均多耗煤 8 O ． 3 9 1 0 t 。本文所提算法虽 然增加了一定的燃煤消耗，但是获得的机组出力过 程可以平稳过渡，符合实际运行要求。 表2两种算法耗煤量比较 T a b l e 2 C o mp a ris o n o f t h e t wo me t h o d s 图 2是贵州 电网 2 0 0 9年 2月 1 0日部分火电机 组优化分配结果 ，并与传统等微增率算法比较。从 图 2可以看出，传统等微增率算法分配的机组出力 过程 曲线随系统负荷 曲线变化，出力变动频繁，不 仅导致燃料消耗 的增加 ，而且也不符合实际运行要 求 。然而，本文提出的机组组合策略和等微增率算 法结合求解算法很好地克服了这一不足，分配得到 的机组出力过程 曲线平稳过渡，不会出现频繁变动 的情况。 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 O 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 00 2 0 0 0 2 2 0 0 t ／ h 足 ● 满 J 不一 组 最 机 和 电 力 求 火 出 案 要 入 大 方 数 纳 最 合 段 在 组 组 续 否 机 组 持 是 台 机 力 值 各 电 出 化 的 内 火 的 变 中 围 置 荷 案 范 设 负 方 力 足 余 合 出 满 剩 组 小 l 2 足一 茼 L 1 李 刚，等 改进等微增率算法求解火电负荷分配问题的实用化研究与应用 7 5 ≥ 牲 ≥ ≤ 柱 l 蓑 ≥ 罨 枢 ≥ 罨 柱 00 0 2 O 0 4 O 0 6 O 0 8 0 0 1 0 0 0 I 2 0 0 1 4 O 0 1 6 0 0 1 8 O 0 2 0． 0 0 2 2 O 0 t ／ h 2 5 0 r 改进等微增率 贵阳电厂 8 机组 I ⋯ 传统等微增率 厂 I 、 L 一 一 一 ⋯ 0 O 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 o o 0 1 2 0 0 1 4 0 0 l 6 0 0 l 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 t ／ h 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 O O 0 1 2 0 0 1 4 O 0 1 6 0 0 1 8 O 0 2 0 O 0 2 2 O 0 地 ≥ 坦 疆 l 接 蓦 三 64 盎 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 O 0 1 0 O 0 1 2 00 1 4 0 0 1 6 O 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 t ／ h 图 2传统等微增率算法和改进等微增率算法比较 F i g ． 2 Co mp a r i s o n o f e q u a l i n c r e me n t a l p r i n c i p l e a n d i mp r o v e d e q u a l i n c r e me n t a l p r i n c i p l e 4 结论 本文首先分析 了等微增率算法作为节能发 电 调度推荐方法解决负荷分配 问题的可行性，针对传 统等微增率算法应用于火电负荷分配所碰到的实际 问题进行讨论 ，从而提出了机组组合策略和等微增 率算法结合求解火电负荷分配问题。实际算例结果 表明对于火 电装机 比重大、需要火电承担一定调 峰任务的贵州 电网，本文提出的算法与传统等微增 率算法相 比，虽然增加了一定的燃煤消耗，但是很 好地解决 了等微增率算法求解火电机组负荷分配可 能遇到的问题 ，满足实际运行要求 。 参考文献 [ 1 ] 发展改革委、环保总局、电监会 、能源办．国办发 [ 2 0 0 7 ] 5 3号节能发电调度办法 试行【 s 】 ． 2 0 0 7 ． [ 2 ] 傅书遢，王海宁．关于节能减排与电力市场的结合【 J 】 ． 电力系统 自动化， 2 0 0 8 ， 3 2 6 3 1 ． 3 4 ． F U S h u - 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5 ． E 2 5 ] N I K K H A J O E I H， L AS S E T E R R H． Mi c r o g d d p r o t e c t i o n [ C 1 ／ ／ P o we r En g i n e e r i n g S o c i e t y Ge n e r a l M e e t i n g ， 2 0 0 7 ． [ 2 6 ]赵上林，吴在军，胡敏强，等．关于分布式发电保护 与微网保护的思考[ J 】 ．电力系统自动化， 2 0 1 0 ， 3 4 1 7 3 ． 7 7 ． Z H AO S h a n g - l i n ， wU Z a i - j u n ， HU Mi n - q i a n g ，e t a 1 ． T h o u g h t a b o u t p r o t e c t i o n o f d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n a n d mi c r o g r i d 【 J ] ．A u t o ma t i o n o f E l e c t r i c P o wer S y s t e ms ， 2 0 1 0 ． 3 4 1 7 3 7 7 ． [ 2 7 ]G B ／ Z 1 9 9 6 4 ． 2 0 0 5光伏发电站接入电力系统技术规定 [ S 】 ． 2 0 0 5 ． GB／ Z 1 9 9 6 4 。 2 0 0 5 t e c h n i c a l r u l e f o r c o n n e c t i n g P V p o we r s t at i o n t o e l e c t r i c p o w e r s y s t e ms [ S ] ． 2 0 0 5 ． [ 2 8 ]GB ／ Z 1 9 9 6 3 ． 2 0 0 5风电场接入电力系统技术规定[ s 】 ． 2 0 0 5 ． GB ／ Z 1 9 9 6 3 ． 2 0 0 5 t e c hn i c a l rul e for c o n n e c t i n g wi n d f a r m t o p o w e r n e t wo r k [ S ] ． 2 0 0 5 ． 收稿 日期2 0 1 卜0 3 0 4 作者简介 杨志淳 1 9 8 7 0， 男， 博士研究生， 助教， 主要从事微电网 电能质量及其控制技术的研究；E - m a i l y a n g z h i c h u n 3 6 0 0 1 6 3 ． c o m 乐 健 1 9 7 5 一 ， 男， 博士研究生，副教授， 主要从事 柔性输电技术与电能质量控制技术的研究； 刘开培 1 9 6 2 一 ， 男， 教授，博导，主要从事从事电力 电子技 术的研 究。