包含多个水电机组的电力系统随机生产模拟

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1、第?卷?年第?期?月西安交通 大学 学报?皿? ? ?口?滩?包含多个水电机组的电力系统随机生产模拟王锡凡?电气工 程系?摘要本文系【 ? ?的续篇。文中讨论了多个水电机组的电力系统随机生产模拟的基本理论,给出了水电机组群构成等效水电机组 的条件与 原理,证明了等效机组运 行的最佳性。在 此基础上发展了包含 多个水电机组的电力系统 随机生产模拟的新算法。该算法的突出特点是 避免了国外文献 中反 复利用卷积及反卷积运算的试探过程,简化了程序并大大提 高了计算效率。该算法己成功地应用于三峡电力系统电源化化程序包中。文章在最后以数 字例说明了上述 原理及算法的应 用。一、前、二二全 口随着我国能源事

2、业 的发展,对 电力系统 运 行提出了愈来愈高的要求?不仅 应满足各时刻系统 运 行的技 术 指标,还要 求在维持 系统 可 靠性的前提 下使系统燃料 消耗最小?这些问题 可以归结为电 力系统随机生 产模 拟问题?本文作者在【?中提出了解决 随机生产模拟的等效电量法 ? ?法 ?和当前 世 界上常 用的算法 相比,由于? ? ?法直 接 用 电量 进行卷 积和反卷 积的运算,提高了模拟的效 率和精度,同 时也便于处理水电机组及抽 水 蓄能机组的模拟 问题?本文作为仁?的续 篇,将着重研究 水电机组在随机生产模拟 中 的处理 问题?在发达国家中水电开发问题不像我国这样突出,其数 学模型比较粗略?

3、,?,? ?当我们要解决 包括 三峡水电站这样电力 系统的运行和规 划问题 时,国外的一些模拟原 理 及算法已不能满足要求?本文将讨 论 对水电机组进 行随机生 产模 拟的原 理、确定水电机组带负荷位置 的准则,以及 包含多个水电机组 电 力系统 随机 生产 模拟 的算法?有关随机生产模拟 的基本原 理 及计算公式详见文献 【?,这里将 不重 复?本文?妞?年?月?日收到?西安交 通大学 学报第?卷近年来,我国也开始 进行 电力系统生产模 拟 的研 究 ?了?但基本上属 于确定性的生产模拟,关于随机生产模 拟的研究 尚未普遍开 始?希望 本文能 对这方面 的研究有所促 进?二、单个水电机组的情

4、况水电机组 属于给定 电量 的发电机组,在进 行生产模拟 时其发 电量 作为给定条件,模拟方法和火电机组有原 则的不同?当电 力系统只包括火电机 组时,一可按 发电机组的煤耗?或燃烧 费用 ?微增率由小到大地 排列带负荷次序,这样可以保证系统 燃料消耗 最小?因为机组的煤 耗愈 大,其带 负荷位 置愈接近峰荷,发电 量愈小?当系统有水电机 组 时,应尽可能用水电机组取? ? ?“图?单个水电机组带峰稍的情况代 担任 峰荷 的火电机组?由于这些 火 电机组 煤 耗最大,这种 取代可以得到最大的燃料节约?水电机组担负峰荷的情况如 图?上阴影部分所示?图中?系 由原负荷曲线向左平 移相 当于水电机组

5、容量口?而来?阴影部分 的面积应等于水电机组的给 定 电量?月?在这种情况下,其余 火 电机组应担 任的负荷为。?仆所围成的部分?现在我 们在距?点为? 水 电机组容量 ?的右侧 作一垂线反,不 难证明图形伽?和图形反加全同? 口?丝?岔?故 火电机组 所担 任的负 荷可以看 成 由?乃和?由两部 分组成?这就 相当 于水电机组承担 了图中? ?部分的负荷?显然这部分面 积应等于水电机组的给定 电量刀,?由以上讨论,我 们可以把单个机组在 生产 模拟 中的处理 原 则归结为?在等效负荷曲线下寻找 相当于 水电机组容量?的一段,其间面积恰好等于水电机组的给定电遥?通?换句话说,水电机组在生产模

6、拟 中应满足以下 条件? ? ?刀?,?式? ?表示水电机组担任的最大负荷功 率尸二应等于其 运行容量,式?表示水 电机组所担负生产的电量刀?应等于给定电量刀,?式? ?保证了水电 的充分利用,式?则 保证水电的利 用获得最大燃料节约?图?表示在生产模 拟中确定水 电机组 运行位置 的过程?首先,在等效负荷曲线? ?对下作?八?少门甲己己厂图?单个水 电机组带负荷位置的确定第?月少?包含乡个水电机红,的电力系统随机生产模扣一矩形叻?产了,其底等于水电机组容量?。,高为水电机组在 模 拟周 期内 的利用小时数望?。丑,?对?二二气石竺 ?以下将把这个矩形 称为水电机组 在生产模拟中的特征矩 形?

7、当把这一 个拒形 向右移动,使负荷曲线在相应区间内的面积等于该矩 形 而积时,我们 就找到 了忆?印?组 短行泣置?这时式? ?,式? ?都得到满足? 述水 电机组的特 征矩 形向左移功的过程实 质上是顺 次安排 火 电机组运 行的过程,每安排一 台火 电机 组特征 矩 形将 向右移动一段与该 火电机 组容量 相应的距 离?由于这种移动是 不连续 的,很难保证式?恰好成立?因此在 算法 上将用一式代替 式?的条件?刀?,? ? 式中刀?的计算区间由?确定,这样 在算法 中就隐含了式? ?的条件?按这 种方法确定 运 行位置会使水电机组出现剩余电量?刃一?,一刃?为了充 分利用水电,应使水 电机

8、组 位 置 稍 稍?向左移 动?现在 用图?来 说明?设把 火 电机组?安排在? ?段,这时水电机组满足了式摊?的条件?当把水电机组安排在? ?段时出现了剩 余电量?刃?现将水电机组 向左移至? ?恰好满足 式? ?这 时 火电机组的运 行区间应为。?和。两部 分?由 于区间。 。的电量比区 间? ?的 电量小,召,因而 应在火电机组?的原先电量中减去刁?应该 指 出,在随机生产模 拟过 程 中,随着机组、 长长口己 ?心口图?水电机组的电量调整的运行 安排 等 效持续负荷曲线或 等 效电量函数也在不 断变化?三、两台水电机组的情况当 系统包括两台或多台水电机组 时,生 产模 拟要比上节所述

9、情况复 杂得多?以下首 先讨论 系统 只包括两台水电机组的情况?设 两 台水 电机组的容量及 给定电量 分别为?,口?不日刀,万?,且笙,?父二?这里少? ?,少?分别为水电机组?,?的利月小时数?显 然水电机组?应先 于水电机组?带负荷?当根据 式? ?,?的条件分别求到这两台水 电机组的运行 位 置分开 时,水电机组在生产模拟 中的处 理比较简单。如 果这两台水电机组运 行位 置 重叠,则显 然已不 能直接利 用式? ?,?来确定它们的运行 位置。因此,在 系统 包 含两台水电机组的情况下,需 要给出判断两台水电机组出现运行 位置 重叠的条件和处理方 法。现在分别 叙述如下。西 安 交通大

10、学 学报第? ?卷兴断运行位一重盆的条件设系统的等效负荷曲线如图?所示,在横坐标? ?。及?。处作两水电机组的特 征矩形?当这两个矩形同步 向右移 动满足以下 条件?几矛浓目一、 ,、?产污?矛口飞、 ?了、刃,?刀?刃月?,?一?,?烧尹?,?尹时,这两台水电机组按式? ,? 分别确定 的运行位置必 然重 叠。证明如下。设 图?中? ?运 行位置满 足上 述条件。由式?知,水电机组?的给定 电量丑,?不能满足?段系统负荷所需的 电量。根据条件? ,? ? ,它 的运行位置 应 向右移。又 由式? ,? 可推得?,? ?今?,分? ,?。?图?两合水电机组运行位置的确定为了充分利 用水电机组?

11、的 给定 电量,它 的运 行位置应由 加向左移。电机组运行位置 重叠 的情 况?处理方法?这样就出现了两台水当出现上述情祝时,可以把愉水电机组合供为一台等效的水电机组,其容量? ?及给定电量丑,由以下两式确定? ? ?仇?仇? ? !刃?一刀,?十刀,?然后 按式? ,? 的条件决定等效机组 的运行 位置?由式? ,? ?,? ?可知,图?中? ?区 间正是等效机组 的运 行位置。等效机组的概 念是以下处理多台水电机组模 拟的基础,有必要作较深入 的 阐述。首先讨论等效机组的可行性?在这里要回答的 问题是?两台水电机组在图?的? ?。位置上有无可能按式 ? ?,? ? 定 义 的等效机组去 运

12、行。下面用图?来 说 明这个问题。其药几?脚 权?知舟入井,?“嵌犷门?匕?图?等效机组原理第?期包含多个 水电机组的电力系统随机生产模 拟由式 ? ?知,在图?中加位置水电机组?有剩余电量?刁丑一?,?一刀? ?与 图?中? ? ?对应 ? ?部分补偿了?部分?。由式? ? 知,这部分电量正是水电机组?在?区间欠 缺 的 电量。现在要证明,我们总可以安排出运行 方式,使这两合水电机组在其容量 的 限制下完成 电量 的支援。为此将分为以下两种 情况进行讨论。情况?图? ?机组?在?点的剩余容量孔?小于机组?的容量。?,即? ?在这种情况下,安排 运 行方 式最简单 的方 法就是让机组?在?段满

13、载运行。这相 当于对机组?补充了。? ?部 分 电量? ?系由? ?向左 平移。?所 得 ?,而水电机组?则担负? ?区间的其余部分 ?滋? ? ?。情况?图? ?机组?在?点 剩余容量?大于或等 于机组?的容量?,即? ?。?这时可让水电机组?满 载运行,承担? ?部分负荷,不足部分?由机组?承担“这样水电机组?承担的负荷如图? ?中阴影部分所示。以下证 明机组?承担这种负荷是可能的。由式? ?及等效负荷曲线 ? 或? ? ?函数?单调 下降特性可知 图中?!#% ,(3 0)所有剩余 电量 的水 电机组 构成 集合S:S, =bs 歹一1,2,办:(3 1)显然:几:+儿:一饰(3 2)由

14、式 (25 ) 知,凡中 电量 不足 的总和必 然等于S。中剩余电量 的总和。现在要证明,当水电机组序列中前。台满足 式 (24 ), (25 )时,我 们总 可以安排一 种 运行方式,使S,中所有水电机组在 不过 载的情况下 补充SA中水电机组所 缺的电量。为此,首 先把召,中剩 余 电量按凡中各水电机组电量 不足 的值 顺序分为二:份。使这场份 剩余电量刁刀,(了一1,2,二,)分 别 等于凡中二;台水电机组 的电量 缺额刁刀,(J1,2,外,)。我们用 图8来说明这种 分法。例 如,在 图8中,凡集中机组a,的电量 缺额 为刁刀。: (图中阴影 部 分所示 ) 大于S。集中机组b:的剩余

15、 电量(图中d,部 分),因此还要加 上水 电机组b:的一部分剩余电量(图中d:部分 )。S才集中机 组 a:的 电量 缺额用S:集 中机组b:的一部分 剩余 电量(图 中d:部分 )即可满足。而SA集 中机组口3的电量缺 额要由S,集中机组b:的其余剩余电量(图中d部分)、机组b3的全部剩余电量(图中d。部 分)及机组b4的一部分剩余电量(图 中比6部分)来 补充 等等。这样召:集 中水电机 组就可d:d3d;汾义d川| | |.| |o图8多台水电机组合并为等效扫目土能 被划 分为几台“子机组”,而S。集也 可以看成由哪台子机组构成S。一(Z*无一1, 2,仍并且外:(仍J时,则知 息J。 息“(4 1)这与式(24 )的条件矛盾,故必然有后 J即 f.所属机组必在d、所属机组的左侧。由图了两机组满足式 (7 ),( 8 )时在而区间和f g区间运行的可行性讨论可知,上述。对子机组中任意一对都可以充 分 利用其电量以满足负荷而不致过载。由此不难推断召:中任何水电机组都能在不 过 载 的情况下充分利用其电量以补充凡中水电机组电量的缺额。从而证明 了满足 式 (24), (25)的前办台机组合讲为等效机组的可能性。对于等效