多电网调峰负荷分配问题的优化算法研究

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1、万方数据大连理工大学硕士学位论文我国电网的电源结构，至今仍是水电和火电为主，火电尤其占有绝对支配地位，优质调峰电源稀缺，见图1．2。截至2013年，我国火电装机容量高达8．62亿kW，约占全国发电总装机的70％；水电装机容量2．8亿kW，约占全国发电总装机的22．5％；风力发电、核能发电、光伏发电、太阳能发电等，合计约占7．5％。在此电源结构中，作为优质调峰电源的水电站，显得尤为稀缺。此外，我国水资源分布较为不均衡。大量优质的水电资源广泛分布在中西部边远地区，而华东和华北等电网高负荷地区，只能依靠加大建设火电站以满足用电需求，直接导致这些区域内火电比重

2、的增大，从而进一步加剧电源结构的不合理性。当前这种电源结构，在面对复杂多变的电网负荷需求时，尤其是用电高峰时段，调节能力明显不足【lJ。1．1．2电网负荷随着我国经济迅猛发展，国家工业水平和居民生活水平也迅速提高，工业、农业以及居民生活用电总量也随之快速攀升，这导致我国电网负荷不断提高。在此过程中，电网负荷的峰谷差也随之扩大。较大的电网负荷峰谷差不仅给电网的安全运行带来了巨大的威胁，也对供电端的电源发电能力提出了新的挑战。例如，华东电网从2005年至2013年间，电网最高负荷增幅高达140％，峰谷差增幅达118％。然而，在峰谷差快速扩大的同时，水电作为

3、优质的调峰电源，装机比重却在逐年下降。如图1．3所示。快速增长的电网负荷以及逐年减少的优质调峰电源，进一步加剧了我国电网的调峰压力。图1．3华东电网历年最大峰谷差与水电装机比重Fig．1．3loads’peal(一valleydi仃erenceandproportiono仆ydropowerinstalledcapac毋inEaStChinaPowerGrid(ECPG)万方数据多电网调峰负荷分配问题的优化算法研究1．1．3间歇式能源大规模并网近几年来，我国大力发展风能、光伏能等清洁环保、可再生能源。到2013年为止，我国风电累计装机容量达7．7万MW

4、，光伏发电装机总量高达1，94万MW，这两类电源的总装机容量均已位居世界第一。然而这类能源，往往具有间歇性、随机性和反调峰性等特点。随着这类电源的大规模并网，进一步加剧了电网负荷的峰谷差，这使得本已日益严重的电网调峰问题更为严峻【2椰。而且，这类资源往往分布在东北、华北和西北地区，而这些地区水力发电资源本就匮乏，调峰电量严重不足已经成为这类新能源发挥作用的重大阻碍。1．2调峰举措因为电源结构单一、电网负荷增长过快以及间歇式能源大规模并网等因素，我国电网峰谷差日益增大，电力系统安全运行的潜在威胁日益增大。电网安全关乎国家经济发展与人民的生活质量，因此责任

5、重大，所以电网调峰问题亟待解决。为了缓解电网调峰压力，包括我国在内的一些国家提出了许多举措，这些举措已经付诸实践并取得一定效果。其中较为有效的举措主要包括硬件建设和软件优化。1．2．1硬件建设硬件建设举措主要是指通过新建或升级一批具有较强调峰能力的电源，使该批电源在用电高峰时机组满开，大功率发电，以满足高峰用电需求；在用电低谷时，机组迅速降低发电功率甚至短时间关停，以减少低谷时段发电量。通过这种优质电源的调节，使得电网峰谷差得以控制在合理范围内。这种举措往往需要较大的投入，受到地理位置和科学技术发展等方面的限制，但效果比较明显。一旦电站建成或升级成功，

6、在投入运行后，往往能够产生大量的优质调峰电量，为缓解我国电网的调峰压力带来巨大的帮助。而且，电站往往具有较大寿命，能够长期持久地为电网调峰做贡献，因此，这类举措往往具有“高投入、高回报”的特点。主要硬件建设措施包括兴建水电站、兴建抽水蓄能电站，投产具有较强爬坡能力的新型火电机组等。(1)兴建升级水电站根据我国电力能源发展规划，我国“十二五”电力发展的首要任务是继续大力开发水电资源【51。常规水电站因具有机组启停迅速、运行成本低、爬坡能力强、减停迅速、运转灵活、近似零污染等优点，被视为是最优质的电源。水力资源与煤、石油等化学能源不同，具有很强的可再生性与

7、可重复利用性，加之调峰能力极佳，因此～直以来都是重点建设的电站类型。但我国目前对水电站的建设还面临一些现实问题。一方面，我国万方数据大连理工大学硕士学位论文水资源分布十分不均衡，绝大部分优质水资源分布在西南地区，而该地区因经济相对落后、人口相对较少等原因对电力的需求相对较小，而电网负荷较高、人口稠密的华东、华北、珠三角等地区，可供使用的水资源却相对稀缺。这种水资源与电量需求分布的不平衡性，为水资源的利用带来了阻碍。另一方面，受经济、环境与技术等多方面因素的综合影响，这些水资源稀缺、电网负荷需求高的地区，往往对水电的开发已经比较成熟。如果再进行大规模水电

8、站开发，空间相对较小。在此情况下，为了缓解调峰压力，通过改建装机容量小的水电站【6J以及新建跨