申建建 ，陸建宇 ，吳慧軍，程 雄 ，程春田

（1.大連理工大學(xué) 水電與水信息研究所，遼寧 大連 116024；2.國(guó)家電網(wǎng)華東電力調(diào)控分中心，上海 200122；3.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443000）

0 引言

大規(guī)模特高壓直流水電輸送給我國(guó)受端區(qū)域網(wǎng)省兩級(jí)協(xié)調(diào)運(yùn)行帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，在協(xié)調(diào)優(yōu)化理論和應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)用性、易用性、智能化等方面提出了更高要求［1-3］。華東電網(wǎng)作為中國(guó)最大區(qū)域電網(wǎng)以及特高壓直流水電輸送的主要受端，其發(fā)電調(diào)度和管理尤為復(fù)雜［4-6］，涉及區(qū)外特高壓直流水電和區(qū)內(nèi)電源在多個(gè)電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以及復(fù)雜的計(jì)劃編制流程，導(dǎo)致傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)度方式和計(jì)劃編制工具很難滿足目前的工程實(shí)際要求［7-8］，迫切需要實(shí)用的網(wǎng)省兩級(jí)協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)以指導(dǎo)各類(lèi)電源和大規(guī)模區(qū)外直流聯(lián)絡(luò)線科學(xué)、高效地運(yùn)行。

華東電網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)包含了水電、火電、核電、風(fēng)電等多種電源，也包括我國(guó)最大規(guī)模的抽水蓄能電站（簡(jiǎn)稱(chēng)抽蓄電站）群，以及6條跨區(qū)特高壓直流聯(lián)絡(luò)線，在實(shí)際運(yùn)行中這些電源與區(qū)外大規(guī)模直流水電需要通過(guò)網(wǎng)省協(xié)調(diào)共同滿足華東5個(gè)?。ㄊ校┘?jí)電網(wǎng)的用電負(fù)荷需求。華東電網(wǎng)網(wǎng)省兩級(jí)協(xié)調(diào)極大不同于單一的省級(jí)電網(wǎng)［9-10］，也有別于其他區(qū)域電網(wǎng)，具有其明顯的特點(diǎn)，表現(xiàn)在電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、?。ㄊ校╅g負(fù)荷特性差異大、跨區(qū)受電規(guī)模大等方面，給電網(wǎng)的調(diào)度和管理運(yùn)行帶來(lái)很大難題，主要包括以下2個(gè)方面。

（1）更加復(fù)雜的調(diào)峰問(wèn)題：華東全網(wǎng)目前最大峰谷差已經(jīng)超過(guò)了69300MW，超過(guò)全網(wǎng)負(fù)荷的30%，但優(yōu)質(zhì)調(diào)峰電源比重不足10%，需要通過(guò)跨省互聯(lián)電力平臺(tái)協(xié)調(diào)優(yōu)質(zhì)電源在省際間的電力分配，以同時(shí)響應(yīng)多個(gè)?。ㄊ校┘?jí)電網(wǎng)差異極大的峰值負(fù)荷需求，例如網(wǎng)調(diào)直接管理的2座水電站、6座火電站、4座抽蓄電站、2座核電站，以及6條區(qū)外直流聯(lián)絡(luò)線均承擔(dān)多電網(wǎng)送電調(diào)峰任務(wù)。

（2）大規(guī)模特高壓直流水電的輸送方式問(wèn)題：目前的“直線”或者“反調(diào)峰”輸送計(jì)劃大幅增加了低谷饋入電力，未能有效發(fā)揮西南巨型水電站群對(duì)華東電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，反而加劇了受端調(diào)峰壓力，隨著華東電網(wǎng)消納區(qū)外來(lái)電突破 126.5 TW·h（2015年），特高壓直流水電已成為影響華東電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的重要外部電源。

在這樣的背景下，如何利用區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)間負(fù)荷特性差異、電源間互劑特點(diǎn)，進(jìn)行區(qū)外大規(guī)模直流水電與區(qū)內(nèi)各種類(lèi)型電站的有效協(xié)調(diào)，確定科學(xué)合理的直流輸送計(jì)劃和發(fā)電運(yùn)行計(jì)劃，及其在多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)間的電力分配過(guò)程，對(duì)于提升大規(guī)模區(qū)外水電的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，緩解受端電網(wǎng)嚴(yán)峻調(diào)峰壓力，是非常關(guān)鍵和重要的。

筆者已針對(duì)華東電網(wǎng)網(wǎng)省兩級(jí)協(xié)調(diào)面臨的關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題深入研究，并在區(qū)域電網(wǎng)直調(diào)電廠發(fā)電調(diào)度方面取得一些初步的理論和應(yīng)用成果［11-12］。本文在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮跨區(qū)直流聯(lián)絡(luò)線，結(jié)合最新的電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行需求和資料，總結(jié)提出了適用于區(qū)域電網(wǎng)的特高壓直流水電和區(qū)內(nèi)多電源混聯(lián)的水火電系統(tǒng)短期協(xié)調(diào)控制方法，細(xì)述了最新發(fā)明的特高壓直流水電多電網(wǎng)協(xié)調(diào)分配方法和抽蓄電站狀態(tài)交替搜索方法，簡(jiǎn)要介紹了筆者團(tuán)隊(duì)研發(fā)的區(qū)域電網(wǎng)水火電短期協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)和應(yīng)用情況，并給出本文方法的應(yīng)用結(jié)果，驗(yàn)證其實(shí)用性和高效性。

1 區(qū)域電網(wǎng)水火電短期協(xié)調(diào)模型

1.1 目標(biāo)函數(shù)

區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)省兩級(jí)調(diào)度的主要任務(wù)之一是利用多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)間的負(fù)荷互補(bǔ)特性，對(duì)區(qū)域電網(wǎng)直接調(diào)管的水電、抽蓄、火電等電力資源進(jìn)行省際間的電力和電量?jī)?yōu)化分配，以同時(shí)滿足多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)調(diào)峰要求，減小各電網(wǎng)余荷峰谷差，使各電網(wǎng)余荷盡量平滑，最終實(shí)現(xiàn)減少調(diào)節(jié)性能較差的火電等電源頻繁開(kāi)停機(jī)，保證電網(wǎng)安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，以系統(tǒng)中各電網(wǎng)余荷均方差之和最小作為優(yōu)化目標(biāo)：

其中，Cg，t、C′g，t分別為 g 號(hào)電網(wǎng)在時(shí)段 t的原始負(fù)荷和余留負(fù)荷，MW；Ni，g，t為第 i類(lèi)電源向 g 號(hào)電網(wǎng)輸送的電力之和，若 Ni，g，t為負(fù)值，則表示抽蓄電站在時(shí)段t抽水時(shí)從g號(hào)電網(wǎng)消耗的電力，MW；n為電源類(lèi)型總數(shù)；T為調(diào)度周期時(shí)段總數(shù)；G為電網(wǎng)總數(shù)。

1.2 約束條件

上述目標(biāo)需要滿足抽蓄、水電、火電、直流聯(lián)絡(luò)線等各類(lèi)電源的運(yùn)行約束，以及電網(wǎng)間的電力電量控制約束，下文將逐一給出各類(lèi)約束條件。

1.2.1 系統(tǒng)和直流聯(lián)絡(luò)線約束條件

（1）直流聯(lián)絡(luò)線送電量控制約束。

其中，Δt為單一時(shí)段小時(shí)數(shù)；Pdi，g，t為 i號(hào)聯(lián)絡(luò)線在時(shí)段t輸送給g號(hào)電網(wǎng)的電力；Edi為i號(hào)聯(lián)絡(luò)線的輸送電量；Rdi，g為i號(hào)聯(lián)絡(luò)線輸送給g號(hào)電網(wǎng)的電量比例；i=1，2，…，I，I為直流聯(lián)絡(luò)線總數(shù)。

（2）直流聯(lián)絡(luò)線單時(shí)段電力平衡約束。

其中，Pdi，t為i號(hào)聯(lián)絡(luò)線在時(shí)段t輸送的電力值。

（3）直流聯(lián)絡(luò)線出力波動(dòng)控制約束。

其中，α=1，2，…，tei，tei為 i號(hào)聯(lián)絡(luò)線輸送給 g 號(hào)電網(wǎng)的電力在一輪升降過(guò)程中最高或最低點(diǎn)需持續(xù)的最少時(shí)段數(shù)，tei＞1。

1.2.2 抽蓄電站約束條件

（1）上下庫(kù)水量平衡約束。

其中分別為 j號(hào)抽蓄電站上庫(kù)時(shí)段 t末的庫(kù)容、下庫(kù)時(shí)段t末的庫(kù)容、時(shí)段t的發(fā)電流量或抽水流量。

（2）上下庫(kù)水位限制。

其中分別為 j號(hào)抽蓄電站上庫(kù)時(shí)段t 末水位及其下限和上限分別 為 j號(hào)抽蓄電站下庫(kù)時(shí)段t末水位及其下限和上限。

（3）發(fā)電量和抽水耗電量約束。

其中分別為j號(hào)抽蓄電站的發(fā)電量及其控制目標(biāo)分別為j號(hào)抽蓄電站的抽水耗電量及其控制目標(biāo)。

（4）發(fā)電和抽水容量約束。

其中，PPj，t為j號(hào)抽蓄電站的發(fā)電出力或抽水功率；分別為 j號(hào)抽蓄電站的發(fā)電出力下限值和上限值；Ωj，head為j號(hào)抽蓄電站在抽水工況時(shí)特定水頭的抽水功率取值集合。

（5）發(fā)電和抽水流量約束。

其中分別為 j號(hào)抽蓄電站在時(shí)段 t發(fā)電流量下限值和上限值；Ψj，head為j號(hào)抽蓄電站在抽水工況時(shí)特定水頭的抽水流量取值集合。

（6）開(kāi)停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)約束。

當(dāng)j號(hào)抽蓄電站在時(shí)段運(yùn)行時(shí)，有：

當(dāng)j號(hào)抽蓄電站在時(shí)段停機(jī)時(shí)，有：

其中分別為j號(hào)抽蓄電站開(kāi)機(jī)與停機(jī)的最小持續(xù)時(shí)段數(shù)

1.2.3 常規(guī)水電站約束條件

（1）水量平衡約束。

其中，Wm，t為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的庫(kù)容；Qm，t為 m號(hào)水電站在時(shí)段 t的入庫(kù)流量為m號(hào)水電站上游電站的總個(gè)數(shù)為考慮滯時(shí)后上游電站k在時(shí)段t流入m號(hào)水電站的流量；Qnm，t為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的區(qū)間流量；qm，t、Qdm，t分別為m號(hào)水電站在時(shí)段t的發(fā)電和棄水流量。

（2）庫(kù)水位約束條件。

其中，Zm，T、Z′m，T分別為 m 號(hào)水電站在調(diào)度周期末的水位及其控制目標(biāo)。

（3）發(fā)電流量上下限。

其中分別為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的發(fā)電流量上、下限。

（4）出庫(kù)流量上下限。

其中分別為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的出庫(kù)流量及其上、下限。

（5）出力上下限。

其中分別為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的平均出力及其下限、上限。

（6）水位上下限。

其中分別為 m 號(hào)水電站在時(shí)段 t的上游水位及其上、下限。

（7）開(kāi)停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)約束。

該約束與抽蓄電站第6條約束類(lèi)似，可參考式（11）、（12）。

（8）出力爬坡約束。

其中，ΔPHm為m號(hào)水電站相鄰2個(gè)時(shí)段的出力增減最大限制。

1.2.4 火電站約束條件

（1）日發(fā)電量需求。

其中，u 為機(jī)組編號(hào)，u=1，2，…，U，U 為參與計(jì)算的機(jī)組臺(tái)數(shù)；PTu，t為u號(hào)機(jī)組在時(shí)段t的出力；ETu為u號(hào)機(jī)組在調(diào)度周期內(nèi)的電量需求。

（2）最小技術(shù)出力約束。

其中，PTu為u號(hào)機(jī)組的最小技術(shù)出力。

（3）可用容量上限。

其中為u號(hào)機(jī)組在時(shí)段t的出力上限。

（4）出力爬坡約束。

其中，RTu為u號(hào)機(jī)組的單時(shí)段出力爬坡上限。

（5）出力波動(dòng)控制約束。

該約束與直流聯(lián)絡(luò)線第3條約束類(lèi)似，可參考式（4）。

2 模型求解方法

2.1 總體求解思路

區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)省兩級(jí)協(xié)調(diào)問(wèn)題是涉及多種類(lèi)型電源的復(fù)雜非線性優(yōu)化問(wèn)題，直接優(yōu)化求解的難度很大，參考常用的復(fù)雜問(wèn)題解決思路，可將原問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化求解［14-17］。結(jié)合電源類(lèi)型，原問(wèn)題可分解為直流水電、抽蓄、常規(guī)水電、火電、核電等子問(wèn)題，本文根據(jù)各子問(wèn)題特點(diǎn)設(shè)計(jì)了適合的求解方法，其中直流水電子問(wèn)題的求解方法同樣適用于解決單一電站在多個(gè)電網(wǎng)間的負(fù)荷分配問(wèn)題，最后耦合這些方法建立了特高壓直流水電與受端多種電源混聯(lián)協(xié)調(diào)求解框架，具體步驟如下：

a.在一次迭代中，選擇某子問(wèn)題作為面臨求解問(wèn)題，并從原始負(fù)荷中扣除其余子問(wèn)題對(duì)應(yīng)電站出力得到各電網(wǎng)余留負(fù)荷過(guò)程，將其作為面臨子問(wèn)題的負(fù)荷條件；

b.以式（1）為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)面臨子問(wèn)題類(lèi)型選擇適合的求解算法優(yōu)化確定相應(yīng)電源的出力過(guò)程；

c.采用網(wǎng)間電力分配方法確定該子問(wèn)題各電站在電網(wǎng)間的電力分配過(guò)程；

d.按上述步驟，逐一優(yōu)化求解其余子問(wèn)題，即完成一次迭代；

e.重復(fù)上述過(guò)程，直到2次迭代的目標(biāo)差值滿足給定的精度要求，即優(yōu)化結(jié)束。

在協(xié)調(diào)求解過(guò)程中，區(qū)外直流水電的日電力過(guò)程一般由電網(wǎng)間的多邊合同確定，核電站也按給定出力過(guò)程運(yùn)行，所以這2類(lèi)電源直接采用網(wǎng)間電力分配方法確定分配過(guò)程即可；常規(guī)水電、火電子問(wèn)題分別采用逐次關(guān)聯(lián)搜索方法、改進(jìn)切負(fù)荷調(diào)峰方法優(yōu)化出力過(guò)程。文獻(xiàn)［13，18］對(duì)前者做了詳細(xì)介紹，文獻(xiàn)［19］給出了后者的基本原理和求解過(guò)程。下文重點(diǎn)細(xì)述特高壓直流水電子問(wèn)題和抽蓄電站子問(wèn)題的求解算法和相關(guān)約束處理策略。

2.2 直流水電子問(wèn)題求解方法

對(duì)于直流水電子問(wèn)題，主要考慮在已知聯(lián)絡(luò)線輸電過(guò)程的條件下，如何確定輸送給各電網(wǎng)的電力分配過(guò)程，實(shí)質(zhì)就是解決網(wǎng)間電力分配問(wèn)題。解決思路是利用省級(jí)電網(wǎng)間的負(fù)荷差異，優(yōu)化其在各受端電網(wǎng)的分配過(guò)程，滿足各電網(wǎng)調(diào)峰需求。本文在文獻(xiàn)［12］所提方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮電網(wǎng)受電過(guò)程波動(dòng)控制約束，提出改進(jìn)的網(wǎng)間電力分配方法。為滿足直流水電約束式（2）—（4），首先利用受電過(guò)程波動(dòng)控制約束重構(gòu)負(fù)荷曲線，進(jìn)而采用逐次切負(fù)荷得到各電網(wǎng)的初始受電過(guò)程，將其作為初始解；以電網(wǎng)負(fù)荷高低作為啟發(fā)信息，對(duì)初始解進(jìn)行迭代修正，迭代調(diào)整多個(gè)時(shí)段聯(lián)絡(luò)線在受端電網(wǎng)間的電力分配大小，直至收斂到問(wèn)題的可行解。

對(duì)于受電過(guò)程波動(dòng)控制約束，采用2種策略進(jìn)行耦合處理：第一種是負(fù)荷重構(gòu)策略，即利用該約束中電力在一輪升降過(guò)程中最高或最低點(diǎn)需持續(xù)的最少時(shí)段數(shù)預(yù)先修正面臨的負(fù)荷曲線，以削減相鄰時(shí)段負(fù)荷毛刺，保證切負(fù)荷得到的電力過(guò)程是切實(shí)可行的，具體修正方法見(jiàn)式（24）和（25）；第二種是多時(shí)段關(guān)聯(lián)搜索策略，在多個(gè)電網(wǎng)間協(xié)調(diào)受電過(guò)程中，為避免單時(shí)段調(diào)整破壞該約束，引入多時(shí)段關(guān)聯(lián)搜索策略，實(shí)現(xiàn)多個(gè)時(shí)段受電電力同增或同減，以滿足約束條件中的出力持續(xù)性要求。

對(duì)于直流聯(lián)絡(luò)線輸送某電網(wǎng)的電量控制約束，在求解中采用逐次切負(fù)荷可以保證初始解滿足該約束，并在每一次搜索中采用等步長(zhǎng)反向調(diào)整不同時(shí)段出力，調(diào)整方式見(jiàn)下文式（28）和（29），以確保搜索過(guò)程中始終不違反該約束。

對(duì)于時(shí)段電力平衡約束，以時(shí)段電力偏差從大到小的順序，逐次修正電網(wǎng)受電電力，直至所有時(shí)段都達(dá)到平衡，修正策略在前期成果［12］中已有詳細(xì)介紹，此處不再贅述。

對(duì)于任一i號(hào)直流聯(lián)絡(luò)線，詳細(xì)求解步驟如下。

a.將 i號(hào)直流聯(lián)絡(luò)線面臨的負(fù)荷曲線分為 S 段，其中為受電過(guò)程中電力極值點(diǎn)的最小持續(xù)時(shí)段要求。

b.計(jì)算每一分段s的負(fù)荷均值。

其中，Ωs為負(fù)荷分段s中包含的時(shí)段編號(hào)集合。

c. 采用式（25）確定修正后的負(fù)荷過(guò)程

d.以步驟c得到的負(fù)荷過(guò)程為需求，以i號(hào)直流聯(lián)絡(luò)線的輸送能力為出力上限，以電網(wǎng)受電量Edi為約束條件，采用切負(fù)荷方法確定每一個(gè)電網(wǎng)的初始受電過(guò)程。

e.采用與文獻(xiàn)［12］相同的策略確定需要減小出力的時(shí)段編號(hào)t1和需要修正出力的電網(wǎng)編號(hào)g′。

f.判斷時(shí)段t1出力是否為極值點(diǎn)，若是，需要找出相鄰出力值在精度范圍內(nèi)的關(guān)聯(lián)時(shí)段編號(hào)，并標(biāo)記這些時(shí)段集合為ψ1；采用同樣思路找出對(duì)應(yīng)電網(wǎng)中需要增加出力的時(shí)段集合，標(biāo)記為γ1。

g.采用式（26）和（27）分別確定減小出力和增加出力的步長(zhǎng)大小，并分別采用式（28）和（29）對(duì)集合ψ1和γ1中的所有時(shí)段進(jìn)行減出力和加出力。

其中，C（·）表示某集合中包含的元素個(gè)數(shù)；Dt、D′t分別為出力正、負(fù)偏差序列；pD為給定的出力增減幅度上限值。

h.重新計(jì)算g′號(hào)電網(wǎng)的余留負(fù)荷，并重復(fù)上述步驟，直至電力分配過(guò)程滿足約束式（2）—（4）。

2.3 抽蓄電站子問(wèn)題求解方法

結(jié)合抽蓄電站調(diào)峰填谷運(yùn)行特點(diǎn)，以負(fù)荷高低為啟發(fā)因子，以發(fā)電量和抽水耗電量為約束條件，提出狀態(tài)交替搜索算法，迭代逼近給定的雙電量控制目標(biāo)，確定電站日運(yùn)行計(jì)劃。對(duì)于任一m號(hào)抽蓄電站，考慮面臨負(fù)荷曲線｛Cm，1，Cm，2，…，Cm，T｝，按照下述方法交替對(duì)發(fā)電和抽水工況進(jìn)行搜索。

a.電站初始發(fā)電和抽水工況出力分別為定義k%2=0時(shí)搜索電站的抽水功率，否則搜索發(fā)電出力，初設(shè)迭代次數(shù)k=0。

b. 當(dāng) k%2=0（k≥1）時(shí)，此時(shí)為抽水狀態(tài)，計(jì)算當(dāng)前抽水耗電量與給定的目標(biāo)需求之間的差值是否滿足精度要求，若滿足，轉(zhuǎn)至步驟c；否則，分以下2種情況處理。

第一，當(dāng)計(jì)算值小于目標(biāo)值時(shí)，找出負(fù)荷序列的最小值及其對(duì)應(yīng)時(shí)段 t2，采用式（30）增加該時(shí)段電站抽水功率，并判斷結(jié)果是否滿足開(kāi)停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)要求，若不滿足，找出時(shí)段t2左右相鄰負(fù)荷較高的多個(gè)時(shí)段，并標(biāo)記為［t′2，t″2］，采用式（31）修正其出力，以滿足約束要求。

其中，QEm為m號(hào)電站最小抽水單位出力，MW為m號(hào)電站第k次搜索在時(shí)段t2的出力，MW。

第二，當(dāng)計(jì)算值大于目標(biāo)值時(shí)，找出所有抽水時(shí)段中的負(fù)荷序列最大值及其對(duì)應(yīng)時(shí)段t3，采用式（32）減少該時(shí)段電站抽水功率，若時(shí)段t3的抽水功率仍大于0，則結(jié)果滿足開(kāi)停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)要求；若抽水功率降為0，則需要判斷左右開(kāi)停機(jī)最小持續(xù)時(shí)段數(shù)約束并采用與前述類(lèi)似方法進(jìn)行修正。

c. 當(dāng) k%2≠0（k≥1）時(shí)，此時(shí)為發(fā)電狀態(tài)，計(jì)算當(dāng)前發(fā)電量與給定的目標(biāo)需求之間的差值是否滿足精度要求，若滿足，轉(zhuǎn)至步驟d；否則找出負(fù)荷序列的最大值或最小值及其對(duì)應(yīng)時(shí)段t1，采用式（33）增加或減少該時(shí)段電站發(fā)電出力，并采用與上一步類(lèi)似方法處理時(shí)間耦合約束。

其中，PEm為m號(hào)電站最小發(fā)電單位出力，MW；a為系數(shù)，a=1表示增加出力，a=-1表示減小出力為m號(hào)抽蓄電站第k次搜索在時(shí)段t1的出力，MW。

d.令k=k+1，若滿足所有給定控制要求，則計(jì)算結(jié)束；若滿足發(fā)電量要求，不滿足抽水耗電量要求，則轉(zhuǎn)至步驟b；若滿足抽水耗電量要求，不滿足發(fā)電量要求，則轉(zhuǎn)至步驟c。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 區(qū)域電網(wǎng)水火電短期協(xié)調(diào)系統(tǒng)

上文提出的模型和方法已經(jīng)集成到筆者研發(fā)的華東電網(wǎng)水火電協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及華東網(wǎng)調(diào)14座電站和6條跨區(qū)直流聯(lián)絡(luò)線，可以滿足電網(wǎng)日常發(fā)電調(diào)度分析和計(jì)劃編制需求。在未采用本文所提方法和應(yīng)用系統(tǒng)前，電網(wǎng)更多地是依靠豐富的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和網(wǎng)省之間的協(xié)議確定直流聯(lián)絡(luò)線和主要電廠的發(fā)電計(jì)劃，并按照合同規(guī)定的電量比例在電網(wǎng)間進(jìn)行各時(shí)段電力分配，并未細(xì)致考慮省級(jí)電網(wǎng)間負(fù)荷差異和互補(bǔ)規(guī)律，所以很多情況下難以給出與電網(wǎng)負(fù)荷需求一致的發(fā)電計(jì)劃。采用該應(yīng)用系統(tǒng)及本文提出的特高壓直流水電與受端多電源協(xié)調(diào)方法，一般在20 s內(nèi)可以生成合理的日前96點(diǎn)發(fā)電計(jì)劃建議方案，并能充分響應(yīng)多個(gè)轄屬省級(jí)電網(wǎng)的調(diào)峰需求，切實(shí)提高了電網(wǎng)精細(xì)化調(diào)度水平和計(jì)算分析的效率。

本文重點(diǎn)聚焦區(qū)域電網(wǎng)水火電發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)的理論部分，即特高壓直流水電與受端多電源短期協(xié)調(diào)方法，關(guān)于應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，將在后續(xù)成果中進(jìn)行總結(jié)和細(xì)述。

3.2 應(yīng)用實(shí)例分析

本文提出的模型和方法已通過(guò)華東電網(wǎng)某年365 d實(shí)際數(shù)據(jù)的試調(diào)度運(yùn)行得到驗(yàn)證，下面結(jié)合某日的調(diào)度結(jié)果和全年運(yùn)行的總體情況2個(gè)方面，對(duì)比分析方法的合理性和高效性。

采用本文方法得到的某日各省級(jí)電網(wǎng)調(diào)峰結(jié)果和部分電站發(fā)電出力過(guò)程分別如圖1、2所示。表1為系統(tǒng)負(fù)荷平衡過(guò)程的調(diào)峰統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。可以看出，各電站出力結(jié)果在滿足給定的控制目標(biāo)和爬坡等約束條件下，都盡可能地響應(yīng)電網(wǎng)的峰值負(fù)荷需求，尤其抽蓄電站發(fā)揮了明顯的調(diào)峰填谷作用，其抽水主要集中在03:00—06:00負(fù)荷低谷時(shí)段，發(fā)電則集中在09:00—12:00、18:00—19:00等主要負(fù)荷高峰時(shí)段，與華東電網(wǎng)總負(fù)荷需求保持一致，反映了結(jié)果的合理性。對(duì)各電網(wǎng)余荷峰谷差進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)直調(diào)抽蓄、水電和火電站的調(diào)節(jié)，上海、江蘇、浙江、安徽的余留負(fù)荷峰谷差較原始負(fù)荷大幅度下降，平均降幅高達(dá)61.3%，浙江和上海2個(gè)受電量較大的電網(wǎng)，調(diào)峰幅度分別達(dá)到了77.6%和64.6%，調(diào)峰效果更為明顯；另一方面，從余荷均方差可知，各電網(wǎng)全天余荷變化過(guò)程均比較平滑，與原負(fù)荷過(guò)程相比，4個(gè)電網(wǎng)余荷均方差的平均減小率達(dá)到52.1%，負(fù)荷平滑效果也非常顯著。通過(guò)上述分析，可以說(shuō)明本文提出的水火電協(xié)調(diào)調(diào)峰理論方法能夠充分利用多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)間的負(fù)荷差異，有效協(xié)調(diào)電網(wǎng)間的電力電量分配，較好地實(shí)現(xiàn)多?。ㄊ校┕餐{(diào)峰，進(jìn)而有利于保障火電低煤耗平穩(wěn)運(yùn)行并減少機(jī)組啟停損失，達(dá)到水火互濟(jì)。

圖1 華東電網(wǎng)直調(diào)電源調(diào)峰結(jié)果Fig.1 Results of peak-load regulation for straight adjustable power sources of ECPG

圖2 部分電站計(jì)算結(jié)果Fig.2 Outputs of some power stations

表1 調(diào)峰統(tǒng)計(jì)指標(biāo)Table 1 Statistic index of peak-load regulation

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的理論方法，以華東電網(wǎng)某年1—12月實(shí)際96點(diǎn)負(fù)荷和運(yùn)行控制要求為計(jì)算條件，采用該方法進(jìn)行試調(diào)度運(yùn)行，并與實(shí)際采用的經(jīng)驗(yàn)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行比較分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明，系統(tǒng)得到的發(fā)電計(jì)劃可以提高華東全網(wǎng)調(diào)峰率約 20%，降低煤耗 0.9 g／（kW·h），按照總火電發(fā)電量計(jì)算，相當(dāng)于全年可節(jié)約標(biāo)煤9.15×105t左右，減少CO2排放2.405×105t，節(jié)能減排效益非常顯著，充分驗(yàn)證了本文短期協(xié)調(diào)控制方法可以得到比以往經(jīng)驗(yàn)調(diào)度方式更合理的發(fā)電運(yùn)行計(jì)劃。

表2 本文方法與經(jīng)驗(yàn)調(diào)度結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison of dispatch results between proposed method and experiential method

4 結(jié)論

隨著我國(guó)水電跨區(qū)跨省輸送規(guī)模急劇擴(kuò)大，特高壓直流水電在受端電網(wǎng)所占比重也在不斷增加，如何進(jìn)行大規(guī)模區(qū)外直流水電與受端區(qū)域內(nèi)多種常規(guī)電源協(xié)調(diào)運(yùn)行，以在多個(gè)省網(wǎng)間合理高效配置優(yōu)質(zhì)電力資源，是我國(guó)水電大規(guī)模輸送消納面臨的全新問(wèn)題和挑戰(zhàn)，亟需研發(fā)與之適應(yīng)的理論方法和決策支持工具。本文結(jié)合我國(guó)水電最主要受端華東電網(wǎng)實(shí)際工程，以華東網(wǎng)調(diào)14座電站和6條跨區(qū)直流聯(lián)絡(luò)線為對(duì)象，建立了特高壓直流水電和多種常規(guī)電源協(xié)調(diào)求解框架，并細(xì)述了最新提出的直流水電多電網(wǎng)配置方法和抽蓄電站狀態(tài)交替搜索方法。這些理論成果已經(jīng)集成到華東電網(wǎng)水火電短期協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能夠有效滿足網(wǎng)調(diào)電站和區(qū)外直流聯(lián)絡(luò)線日運(yùn)行計(jì)劃的分析和編制要求，增強(qiáng)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)用性和結(jié)果的可用性，為電網(wǎng)日常調(diào)度和管理運(yùn)行提供了非常便利的工具。

本文提出的協(xié)調(diào)優(yōu)化模型和求解方法可以極大緩解受電端負(fù)荷中心地區(qū)省級(jí)電網(wǎng)調(diào)峰壓力，減少火電開(kāi)機(jī)并保障火電機(jī)組低煤耗平穩(wěn)運(yùn)行，為我國(guó)跨省區(qū)水電站以及多電源系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度提供了理論方法和技術(shù)手段。

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