一种电网发电调节方法

本发明涉及电力系统发电管理的技术领域，具体的来说，是一种电网发电调节方法。

在电力生产环节中，对电力资源配置发挥着重要作用是电力调度方式。当前实行的发电调度都是按照 机组容量大致平均分配发电小时数。导致了大火电机组、水电及核电等清洁能源机组的发电能力无法充分 发挥其环保效益，高污染、高能耗的小火电机组却能多发电的情况，造成了能源资源浪费和环境污染。

基于现有技术存在的不足，本发明提出一种电网发电调节方法，其中电网调度部门根据电力负荷预测 和发电机组的实际发电能力、综合考虑电网安全约束、机组启停、设备调试及检修、网损等各种因素，制 定机组组合方案；结合水情、风能和太阳能资源情况，以优先调度清洁能源的原则，考虑网损修正，制定 发电优化调度计划，并对其进行安全校核，若通过安全校核，则将其产生的发电计划曲线提供给发电调度 部门，否则重新进行机组组合；发电调度部门根据自动化部门提供的煤耗实施数据，结合电网运行情况及 时调整发电调度计划，并对其进行安全校核，若通过安全校核，则将调整后的发电调度计划发提供给电网 管理部门，由其向各发电企业下达调度计划，否则，重新调整发电调度计划，直至其通过安全校核。

发电调节的目标为：

总能耗最低：

${\mathrm{minZ}}_1=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{F}_i\left(f_i\right)$

总购电价格最低：

${\mathrm{minZ}}_2=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{C}_i\left(f_i\right)$

对外部污染最低:

${\mathrm{minZ}}_3=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{E}_i\left(f_i\right)$

对发电权转让补偿最低:

${\mathrm{minZ}}_4=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{D}_i(f_i-A_i)$

式中，Fi为机组i的燃料消耗函数，Ci为机组i的电能价格函数，Ei为机组i的生产过程中污染物排 放水平函数，Di为机组i的补偿函数，Ai为实际供电电量，fi为机组i的上网电量。

发电调节的对象为火力发电机组与再生能源发电机组，而可再生能源机组出力是一个随机变量，导致 非可再生能源机组的出力、发电费用及其上下旋转备用容量也是随机变量。因此，以购电成本的数学期望 最小化作为目标函数，且对具有不确定性的约束条件以概率的形式表现，使其满足在一定的置信水平区间 即可。

目标函数为：

$\min E[\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{U}_{it}{C}_{Gi}+\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{K}_{it}{C}_{Ri}]$

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_{Git}+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{P}_{Wit}-L_t=P_{Dt},t\in T\\ P_{Git}^{\min }\le P_{Git}\le P_{Git}^{\max }\\ ({\mathrm{rr}}_{i,t-1}-T_i^{ON})(U_{i,t-1}-U_{i,t})\ge 0\\ (z{z}_{i,t-1}-T_i^{OFF})(U_{i,t}-U_{i,t-1})\ge 0\\ P\left\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\right(P_{Git}^{\max }-P_{Git})\ge S{R}_u\}\ge {\theta }_1\\ P\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(P_{Git}-P_{Git}^{\min })\ge {\mathrm{SR}}_d\}\ge {\theta }_2\\ P\{S_{dGi}\le P_{Git}-P_{Gi(t-1)}\le S_{{\mathrm{uG}}_i}\}\ge {\theta }_3\end{array}\right.$

式中，T为周期小时数；N为火电机组台数；M为可再生能源机组台数：E为总购电成本，U_it、K_it表示
机组运行状态，1表示运行，0表示停机，C_Gi为火电机组i的购电成本；C_Ri为可再生能源机组i的购电成
本；P_Git为时段t时火电机组i的出力，P_Wit为时段t时再生能源机组i的出力，L_t为时段t时的系统网损，P_Dt
为时段t的负荷需求，为时段t时火电机组i的出力的上下限，rr_i,t-1、zz_i,t-1为时段t时连续运行、
停机的时间，T_i^ON、T_i^OFF为机组i最小开、停机时间，SR_u、SR_d为时段t时系统的上、下旋转备用要求，
S_dGi、为时段t时火电机组i的有功出力下降和上升速率，P为置信区间函数，θ₁、θ₂、θ₃为置信水平，
其中购电成本C_Gi和C_Ri由固定成本和运行成本组成，即

CGi＝C1+βPGi

CRi＝C2+δPWi

式中，C1、C2分别为火电机组和再生能源机组的固定成本，β、δ分别为火电机组和再生能源机组 的单位运行成本，PGi、PWi分别为火电机组和再生能源机组的总的出力。

电力监管部门根据当地全年负荷及用电量的预测情况，按照一定的原则合理确定各类别发电企业的年 利用率低限标准(年度基本电量)，以保障其正常运行。其中，核电、风电、水电等再生能源按其最大能力 安排发电；在安排好以上机组的年度利用率标准后，剩余的电量由传统火电机组平均分配，其年利用率低 限标准为：

Di＝cih0

式中：Di为机组i的年利用率低限标准；ci为机组i的额定容量；h0为火电平均年发电小时数；

其中

$h_0=\frac{D-\underset{j\in I_c}{\Sigma }{D}_j}{\underset{k\in I_s}{\Sigma }{C}_k}$

式中：D为预测得到的全年总发电量；Dj为机组j的年利用率低限标准；Ic为所有非传统火电机组集 合：Ck为机组k的额定容量；Is为所有传统火电机组集合。

按照全年负荷及用电量预测情况，在年度测算的利用率低限标准基础上，预先测算年内各分月的利用 率低限标准，按照相同的比例，对所有火电发电企业进行调整，且调整后的利用率低限标准对应的总上网 电量与实际总上网电量相等。

d′i＝di×(1+α)

$\alpha =\frac{\underset{i\in I_h}{\Sigma }{d}_i^{*}}{\underset{i\in I_h}{\Sigma }{d}_i}-1$

式中：d′_i为机组i调整后的月度利用率低限标准对应上网电量；d_i为机组i调整前的月度利用率低限
标准对应上网电量；α为调整比例；为机组i月度实际上网电量；I_h为所有火电机组的集合。所有多发
电机组的多发电量之和等于所有少发电机组的少发电量之和。

发电调度的实施将能耗高的机组的发电权自动转让给了能耗低的发电机组，少发电机组i的发电权转 让量为：

$Q_i=d_i^{\prime }-d_i^{*}$

式中：Q_i为机组i该月的发电权转让量：d′_i为机组i调整后的该月利用率低限标准对应的上网电量；
为机组i该月实际上网电量。

少发电机组少发的电量补偿量为：

$b_i=\frac{(P_{id}+P_{il})\times c_i-S_i}{N_i\times c_i\times h_0}(1+K_{i1})(1+K_{i2})$

式中：bi为机组i每度电的补偿价格；Pid为机组i的单位容量投资；Pil为机组i脱硫除尘改造单位容 量投资；ci为机组i的额定容量；Si为机组i期末净残值；Ni为机组i的折旧年限；h0为机组年平均发电 利用小时数；Ki1为机组i维修费、管理费等固定运行费用占投资的比例：Ki2为机组i的利润率。

以机组的电量价格差与成交电量乘积之和最大化为目标函数，目标函数为：

$max\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}(P_{Si}^C-P_{Bj}^C)Q_{ij}$

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Q}_{ij}\le Q_{Si}\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{ij}\le Q_{Bj}\\ P_{Si}^C-P_{Bj}^C\ge 0\end{array}\right.$

式中，i为少发电机组的的数量，取值范围为1-n，j为多发点机组的数量，取值为1-m，为少发
电机组的电价，为多发电机组的电价，Q_ij为少发电机组i和多发电机组j的交易量，Q_Si为第i个少
发电机组的售电量，Q_Bj为第j个多发电机组的购买量。

其中，电价的计算方法为：

PC＝CC/(103×Ca×t)

式中：PC为电价，CC为需回收的总容量费用；Ca为可用容量；t为机组的年可用小时数。

本发明通过设定发电调节的目标，并通过可再生能源发电机组与火力发电机组条件约束进行发电量分 配，在充分利用可再生能源发电机的清洁能源发电后，调节火力发电机的发电量分配，对于能耗较大的机 组，进行发电权的转移，并对少发电机组进行补偿，从而优化发电配置，提高电力系统发电的效率与调度， 优先使用清洁能源，减少电力系统发电环节的污染。

图1是本发明的电网发电调节方法的火力发电与再生能源发电调节

本发明提出一种电网发电调节方法，其中电网调度部门根据电力负荷预测和发电机组的实际发电能 力、综合考虑电网安全约束、机组启停、设备调试及检修、网损等各种因素，制定机组组合方案；结合水 情、风能和太阳能资源情况，以优先调度清洁能源的原则，考虑网损修正，制定发电优化调度计划，并对 其进行安全校核，若通过安全校核，则将其产生的发电计划曲线提供给发电调度部门，否则重新进行机组 组合；发电调度部门根据自动化部门提供的煤耗实施数据，结合电网运行情况及时调整发电调度计划，并 对其进行安全校核，若通过安全校核，则将调整后的发电调度计划发提供给电网管理部门，由其向各发电 企业下达调度计划，否则，重新调整发电调度计划，直至其通过安全校核。

发电调节的目标为：

总能耗最低：

${\mathrm{minZ}}_1=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{F}_i\left(f_i\right)$

总购电价格最低：

${\mathrm{minZ}}_2=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{C}_i\left(f_i\right)$

对外部污染最低:

${\mathrm{minZ}}_3=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{E}_i\left(f_i\right)$

对发电权转让补偿最低:

${\mathrm{minZ}}_4=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{D}_i(f_i-A_i)$

式中，Fi为机组i的燃料消耗函数，Ci为机组i的电能价格函数，Ei为机组i的生产过程中污染物排 放水平函数，Di为机组i的补偿函数，Ai为实际供电电量，fi为机组i的上网电量。

如图1所示，发电调节的对象为火力发电机组与再生能源发电机组，而可再生能源机组出力是一个随 机变量，导致非可再生能源机组的出力、发电费用及其上下旋转备用容量也是随机变量。因此，以购电成 本的数学期望最小化作为目标函数，且对具有不确定性的约束条件以概率的形式表现，使其满足在一定的 置信水平区间即可。

目标函数为：

$\min E[\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{U}_{it}{C}_{Gi}+\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{K}_{it}{C}_{Ri}]$

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{P}_{Git}+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}{P}_{Wit}-L_t=P_{Dt},t\in T\\ P_{Git}^{\min }\le P_{Git}\le P_{Git}^{\max }\\ ({\mathrm{rr}}_{i,t-1}-T_i^{ON})(U_{i,t-1}-U_{i,t})\ge 0\\ (z{z}_{i,t-1}-T_i^{OFF})(U_{i,t}-U_{i,t-1})\ge 0\\ P\left\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\right(P_{Git}^{\max }-P_{Git})\ge S{R}_u\}\ge {\theta }_1\\ P\{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(P_{Git}-P_{Git}^{\min })\ge {\mathrm{SR}}_d\}\ge {\theta }_2\\ P\{S_{dGi}\le P_{Git}-P_{Gi(t-1)}\le S_{{\mathrm{uG}}_i}\}\ge {\theta }_3\end{array}\right.$

式中，T为周期小时数；N为火电机组台数；M为可再生能源机组台数：E为总购电成本，U_it、K_it表示
机组运行状态，1表示运行，0表示停机，C_Gi为火电机组i的购电成本；C_Ri为可再生能源机组i的购电成
本；P_Git为时段t时火电机组i的出力，P_Wit为时段t时再生能源机组i的出力，L_t为时段t时的系统网损，P_Dt
为时段t的负荷需求，为时段t时火电机组i的出力的上下限，rr_i,t-1、zz_i,t-1为时段t时连续运行、
停机的时间，T_i^ON、T_i^OFF为机组i最小开、停机时间，SR_u、SR_d为时段t时系统的上、下旋转备用要求，
S_dGi、为时段t时火电机组i的有功出力下降和上升速率，P为置信区间函数，θ₁、θ₂、θ₃为置信水平，
其中购电成本C_Gi和C_Ri由固定成本和运行成本组成，即

CGi＝C1+βPGi

CRi＝C2+δPWi

式中，C1、C2分别为火电机组和再生能源机组的固定成本，β、δ分别为火电机组和再生能源机组 的单位运行成本，PGi、PWi分别为火电机组和再生能源机组的总的出力。

电力监管部门根据当地全年负荷及用电量的预测情况，按照一定的原则合理确定各类别发电企业的年 利用率低限标准(年度基本电量)，以保障其正常运行。其中，核电、风电、水电等再生能源按其最大能力 安排发电；在安排好以上机组的年度利用率标准后，剩余的电量由传统火电机组平均分配，其年利用率低 限标准为：

Di＝cih0

式中：Di为机组i的年利用率低限标准；ci为机组i的额定容量；h0为火电平均年发电小时数；

其中

$h_0=\frac{D-\underset{j\in I_c}{\Sigma }{D}_j}{\underset{k\in I_s}{\Sigma }{C}_k}$

式中：D为预测得到的全年总发电量；Dj为机组j的年利用率低限标准；Ic为所有非传统火电机组集 合：Ck为机组k的额定容量；Is为所有传统火电机组集合。

按照全年负荷及用电量预测情况，在年度测算的利用率低限标准基础上，预先测算年内各分月的利用 率低限标准，按照相同的比例，对所有火电发电企业进行调整，且调整后的利用率低限标准对应的总上网 电量与实际总上网电量相等。

d′i＝di×(1+α)

$\alpha =\frac{\underset{i\in I_h}{\Sigma }{d}_i^{*}}{\underset{i\in I_h}{\Sigma }{d}_i}-1$

式中：d′_i为机组i调整后的月度利用率低限标准对应上网电量；d_i为机组i调整前的月度利用率低限
标准对应上网电量；α为调整比例；为机组i月度实际上网电量；I_h为所有火电机组的集合。所有多发
电机组的多发电量之和等于所有少发电机组的少发电量之和。

发电调度的实施将能耗高的机组的发电权自动转让给了能耗低的发电机组，少发电机组i的发电权转 让量为：

$Q_i=d_i^{\prime }-d_i^{*}$

式中：Q_i为机组i该月的发电权转让量：d′_i为机组i调整后的该月利用率低限标准对应的上网电量；
为机组i该月实际上网电量。

少发电机组少发的电量补偿量为：

$b_i=\frac{(P_{id}+P_{il})\times c_i-S_i}{N_i\times c_i\times h_0}(1+K_{i1})(1+K_{i2})$

式中：bi为机组i每度电的补偿价格；Pid为机组i的单位容量投资；Pil为机组i脱硫除尘改造单位容 量投资；ci为机组i的额定容量；Si为机组i期末净残值；Ni为机组i的折旧年限；h0为机组年平均发电 利用小时数；Ki1为机组i维修费、管理费等固定运行费用占投资的比例：Ki2为机组i的利润率。

以机组的电量价格差与成交电量乘积之和最大化为目标函数，目标函数为：

$max\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}(P_{Si}^C-P_{Bj}^C)Q_{ij}$

约束条件为：

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Q}_{ij}\le Q_{Si}\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{ij}\le Q_{Bj}\\ P_{Si}^C-P_{Bj}^C\ge 0\end{array}\right.$

式中，i为少发电机组的的数量，取值范围为1-n，j为多发点机组的数量，取值为1-m，为少发
电机组的电价，为多发电机组的电价，Q_ij为少发电机组i和多发电机组j的交易量，Q_Si为第i个少
发电机组的售电量，Q_Bj为第j个多发电机组的购买量。

其中，电价的计算方法为：

PC＝CC/(103×Ca×t)

式中：PC为电价，CC为需回收的总容量费用；Ca为可用容量；t为机组的年可用小时数

本发明通过设定发电调节的目标，并通过可再生能源发电机组与火力发电机组条件约束进行发电量分 配，在充分利用可再生能源发电机的清洁能源发电后，调节火力发电机的发电量分配，对于能耗较大的机 组，进行发电权的转移，并对少发电机组进行补偿，从而优化发电配置，提高电力系统发电的效率与调度， 优先使用清洁能源，减少电力系统发电环节的污染。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改 动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等 同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。