考虑动态功能的抽水蓄能电站综合规划模型.pdf

第33卷第1期Vol.33No.1
2009年1月10日Jan.10,2009

考虑动态功能的抽水蓄能电站综合规划模型

娄素华1,崔继纯2
(1.华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,湖北省武汉市430074;2.国家电网公司,北京市100031)

摘要:以系统运行的经济性和可靠性为目标,提出了一种抽水蓄能电站的综合规划模型。该模型
不仅考虑了系统需求约束、备用约束以及电站静态运行约束,而且考虑了能源约束、环保约束以及
各类型电站的爬坡和旋转备用容量等动态运行约束。通过对规划方案进行静态运行模拟和动态特
性模拟,得到抽水蓄能电站的动静态效益指标;基于综合效益比较,从拟定的方案中找出系统对抽
水蓄能电站的最佳需求空间和装机进度。应用该方法对某省级系统进行了算例计算分析,结果表
明了所述模型的有效性。
关键词:抽水蓄能电站;规划模型;动态特性;运行方式优化;综合效益
中图分类号:TV743;TM715

0引言1规划数学模型

随着国民经济持续高速发展,整个社会对能源在电力系统中,抽水蓄能电站的建设是为了改
的依存度不断提高,对能源资源、能源安全和环境保善系统的电源结构,弥补常规电源、新能源发电等在
护等问题提出了更高的要求。为此,开发风能、太阳系统调节功能上的不足,从而获得集约化的能源利
能等可再生新能源,大区域联网,大容量电力输入,用效益。
建设核电、火电等大容量机组等成为电力工业的发1.1目标函数
展趋势。电力系统的发展新特性为如何规划抽水蓄抽水蓄能电站综合容量规划的优化目标为:在
能等调峰和调频电源结构、合理配置资源、提高系统满足系统需求和各类约束条件的前提下,使系统在
运行经济性提出了新的课题[123]。规划期国民经济总支出最小且可靠性最高,因此这
是一个多目标的优化模型的目标函数可表述为
由于抽水蓄能电站在发展过程中,长期作为一,:
minf1(x)=FΣ
种调峰电源参与系统运行,因此当前抽水蓄能电站(1)
maxf2(x)=Rel
的规划研究均从调峰电源规划出发,将抽水蓄能电
式中:FΣ为系统的总计算费用,
站看做一个单纯的调峰电源;规划方案中电站效益
T
的计算也只考虑了削峰填谷所带来的容量效益和节-t
FΣ=∑(Zt+Wst)(1+r)+
[4]t=1
能效益,即静态效益。然而,在现代电力系统中,T
抽水蓄能电站已不仅仅是简单的蓄能发电的角色-(t-0.5)
,∑(Fgt+Fkt-Bt)(1+r)(2)
在实际运行中它更多地承担了调频、紧急事故备用t=1
Rel为可靠性指标;Zt为新投入电站在第t年年初发
和调相的功能,从而保证系统安全、稳定、经济运行,
生的投资费用;Wst为系统在第t年的电网投资费
获得了显著的动态效益,而这些效益在当前抽水蓄
用;Fgt和Fkt分别为系统在第t年的固定运行维护费
能电站规划中均没有得到有效的体现[528]。因此,研
和燃料费;Bt为系统在第t年获得的除发电以外的
究适合现代电力环境的抽水蓄能电站规划理论和方其他效益;T为规划期年数;r为贴现率。
法是一项重要的研究课题。抽水蓄能电站综合规划是包括2个子目标的多
本文从系统出发,综合考虑抽水蓄能电站的动目标规划问题:其一为经济性目标,即规划期总计算
态效益和静态效益,建立抽水蓄能电站的综合规划费用最小;其二为可靠性目标,即系统的可靠性最好
模型,分析系统对抽水蓄能的最佳需求容量,并以某或达到一定的可靠性水平。若单纯考虑经济性目标
省电力系统为基础,进行了算例计算和分析。即为静态容量规划[4]。
1.2约束条件
从抽水蓄能电站的电源属性来看,其规划问题
收稿日期:2008207222;修回日期:2008210215。是一类复杂的电源规划优化问题,需要满足系统及

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2009,33(1)

电站的运行约束、系统的备用容量约束、抽水蓄能电CP.t=mPPS.P.Nm=1,2,⋯,NPS(11)

站的库容约束以及能源环保约束等。式中:CP.t为抽水蓄能电站t时刻的抽水容量;

1.2.1系统需求和备用约束PPS.P.N为抽水蓄能机组的抽水额定出力。
1)系统需求约束,即任何时候,系统发电容量总1.2.3环保约束

和要满足系统电力需求:以主要污染物SO2为例,其年排放总量约束:

Pt+P0t=Dt(1+ρ+σ)(3)GSO2≤GSO2.max(12)

式中:Pt和P0t分别为新建电站和系统原有电厂在t式中:GSO2.max为SO2的年排放量限值。

时刻的出力;Dt为系统在t时刻的负荷;ρ和σ分别除了满足上述的系统功率平衡及电站的静态运
为厂用电率和系统线损率。行约束条件外,基于综合效益评估的抽水蓄能电站
2)系统备用容量约束,即系统电源容量除了满规划还需考虑各类型电站的动态运行约束。因此,
足负荷需求外,