抽水蓄能 调峰「水利水电快报」

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国网安徽省电力有限公司、合肥工业大学电气与自动化工程学院的研究人员王京景、吴旭、王正风、王乃静、张大波，在2019年第11期《电气技术》杂志上撰文（论文标题为“基于多目标模糊优化的抽蓄水火电联合调峰方法”），针对日益增大的日负荷峰谷差所带来的调峰困难问题，对抽水蓄能机组、水电机组和火电机组调峰出力进行优化；构建了以余荷方差最小并兼顾水电发电量最大的抽水蓄能水电机组调峰的第一步调峰优化模型，以及以发电成本和出力波动性为多目标的火电机组第二步调峰模型，同时考虑了机组爬坡性能、蓄水量、发电引用流量等约束条件；采用模糊优化算法对多目标问题进行处理；最后通过仿真验证了所构建模型的合理性。

电网是经济发展的重要基础设施，近年来，由于我国经济和人民生活水平高速发展，电网的日负荷峰谷差日益加剧，调峰矛盾也日益尖锐。传统的电网调峰任务主要由电网中的火电机组承担，如火电机组的起停调峰、深度调峰和低负荷调峰等。而这些调峰方式造成火电机组负载频繁的大幅度波动，降低了火电机组的可利用小时数和发电效率，增加了污染物的排放量，进而降低了电力系统运行的经济性和可靠性。

水电是一种可再生的清洁能源，水电参与电网调峰具有诸多优点，在近年来的电网规划中扮演着重要的角色。随着高效安全、清洁低碳的能源利用理念深入人心，许多水利丰富的地方因地制宜地建立了一定规模的抽水蓄能电站，在缓解了调峰任务的同时，保护了生态环境。

抽水蓄能电站可以为电网提供灵活的调峰电能：在电网谷荷时段，下水库利用多余的电能抽水至上水库蓄能；在电网峰荷时段，上水库再利用谷荷时段储存的水发电。通过循环利用水势能与电能的转换，将电网谷荷期的多余电能转移到电网峰荷期的缺额电能。抽水蓄能电站具有起停灵活、负荷跟踪能力强等优点，能为电网提供调频、调相、事故备用、黑起动等多种功能。

有学者建立了以负荷峰谷差和日峰荷值最小为多目标函数的削峰填谷优化模型，虽然对负荷整体波动性进行了优化，但局部的负荷波动无法解决。有学者以电网余荷方差最小为目标建立梯级水电站调峰出力模型，进而优化了火电机组的出力，但没有考虑对水能的充分利用以及弃水现象的发生。有学者建立了抽水蓄能电站与水火电联合调度的优化模型，增加了抽水蓄能电站的出力，减少了弃水量，但并没有考虑水电对电网的调峰作用和火电机组的运行状况。有学者在水火电调度模型中，综合考虑了环境保护、发电成本和充分利用水电的问题，但没有考虑实际工程应用中，水电的多约束、对抽水蓄能电站的充分利用和减缓火电机组出力波动的问题。有学者采用权重系数法处理多目标优化问题，但该方法得到的最优解较依赖于决策者的个人偏好，易受主观和各单目标函数的数量级、量纲的影响。有学者采用Pareto最优方法处理电力系统节能调度工作中日负荷分配的多目标问题，但求得Pareto最优解集后还需要制定评价标准对解集中的每个非劣解进行评价，进而获得满足决策者目的的最终解，过程复杂且较依赖算法的先进性，评价标准的选择也对最终解的影响较大。有学者采用模糊优化方法对水电调度进行了优化，但考虑的目标函数和约束都较为简单，不符合实际工程需求。

本文在上述文献的基础上，采用多目标模糊优化的方法来解决抽水蓄能电站与水火电联合调度策略的问题，并改进了抽水蓄能、水、火电站调峰出力的优化模型：①为减少火电机组的出力波动，以电网余荷方差最小和水电利用率最大为多目标函数，对抽水蓄能机组和水电机组出力进行优化；②以机组出力方差最小和煤耗量最低为多目标函数，对火电机组出力进行优化，以满足日负荷平衡的要求。

结论

本文通过两步优化的框架，先以余荷方差最小和水电出力最大为多目标函数，对抽水蓄能电站和水电站调峰出力进行了优化；再在此基础上对火电机组出力进行优化，考虑火电机组出力波动的幅度最小的同时，兼顾煤耗量最低。并且对每个单目标函数构建了相应的模糊隶属度函数，再运用模糊优化的方法对多目标优化问题进行处理计算。

通过仿真结果表明：

①本文所提出的抽水蓄能电站和水电站多目标调峰优化模型相较于现有的水电调度模型，兼顾了对水能的充分利用以及对水电灵活调峰能力的利用；②所提出的火电机组调峰出力优化模型，在减少了机组煤耗量、降低发电成本的同时，降低了各火电机组出力的波动幅度，减少了起停调峰和深度调峰的次数，提高了系统发电的安全性与经济性；③所采用的多目标模糊优化方法在含有多约束、多目标函数电网调峰工程中有很好的适应性。

仿真结果表明，本文所提模型和方法是合理的，且具有一定的实用性。