電力系統(tǒng)的隨機(jī)生產(chǎn)模型

電力系統(tǒng)的隨機(jī)生產(chǎn)模型

電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬的主要功能是模擬電力系統(tǒng)的發(fā)電

調(diào)度，預(yù)測(cè)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量及燃料消耗量，并開(kāi)展發(fā)電

成本分析。因此生產(chǎn)模擬程序也叫發(fā)電成本程序。隨機(jī)生產(chǎn)

模擬則是考慮了有關(guān)隨機(jī)因素，如未來(lái)電力負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng),

發(fā)電機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)情況等。這樣不僅使生產(chǎn)成本估算更加

合理準(zhǔn)確，而且還可以計(jì)算出發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性指標(biāo)。

一、隨機(jī)生產(chǎn)模擬的概念

隨機(jī)生產(chǎn)模擬的基本功能大致可以歸納為以下幾個(gè)方

面：

(1)提供各發(fā)電廠(chǎng)在模擬期間的發(fā)電量、燃料消耗量及

燃料費(fèi)用；

(2)給出電力系統(tǒng)中各水電廠(chǎng)及抽水蓄能電廠(chǎng)在負(fù)荷

曲線(xiàn)上的最正確工作位置及水能利用情況；

(3)開(kāi)展電力系統(tǒng)電能成本分析；

(4)計(jì)算發(fā)電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。

隨機(jī)生產(chǎn)模擬既可用于電力系統(tǒng)電源規(guī)劃，又可用于制

定現(xiàn)有電力系統(tǒng)年度或月的運(yùn)行計(jì)劃。

為了制定一個(gè)合理的電力生產(chǎn)計(jì)劃或選擇一個(gè)合理的

電源規(guī)劃方案，往往需要上百次的生產(chǎn)模擬計(jì)算。因此，如

何提高隨機(jī)生產(chǎn)模擬的精度且同時(shí)提高其計(jì)算效率是其進(jìn)

一步發(fā)展和研究的關(guān)鍵。

介紹隨機(jī)生產(chǎn)模擬，首先了解一下等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)

(ELDC)的含義。等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)是隨機(jī)生產(chǎn)模擬技術(shù)

中的重要概念，之是把發(fā)電機(jī)組的隨機(jī)停運(yùn)和隨機(jī)負(fù)荷模型

結(jié)合在一起，成為隨機(jī)生產(chǎn)模擬的核心。實(shí)際上，所謂等效

持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)，就是把機(jī)組故障造成的停運(yùn)容量視為系統(tǒng)的

等效負(fù)荷增大，以便更準(zhǔn)確地計(jì)算發(fā)電量及發(fā)電費(fèi)用。

圖7T表示一條持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)，其橫坐標(biāo)表示系統(tǒng)的負(fù)

荷，縱坐標(biāo)表示持續(xù)時(shí)間，設(shè)為研究周期，根據(jù)具體情匯可

以是年、月、周等。

曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)(x,t)表示系統(tǒng)負(fù)荷大于或等于X的持

續(xù)時(shí)間為3即

用周期T除上式兩端，可得

(1)

式中P可以看作是系統(tǒng)負(fù)荷大于或等于X的概率。注意

此曲線(xiàn)與負(fù)荷模型中的曲線(xiàn)橫縱坐標(biāo)表示關(guān)系相反，但性質(zhì)

一樣，只是為了分析方便。

由積分關(guān)系，可得到系統(tǒng)負(fù)荷總量為

(2)

將上式兩邊除以，則得到系統(tǒng)負(fù)荷的平均值

(3)

等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)是把發(fā)電機(jī)組的隨機(jī)故障影響當(dāng)成

等效負(fù)荷對(duì)原始持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)不斷修正的結(jié)果。當(dāng)發(fā)電機(jī)組

故障時(shí)，系統(tǒng)的等效負(fù)荷就要增大。關(guān)于這一概念的解賽可

參看圖2o

為了方便，在圖2的縱坐標(biāo)上我們用概率P代替了圖1

中的to圖中是原始持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)，它是系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)

組應(yīng)擔(dān)負(fù)的負(fù)荷。設(shè)第一臺(tái)發(fā)電機(jī)組首先帶負(fù)荷，其容量為

C1,強(qiáng)迫停運(yùn)率為qlo

當(dāng)這臺(tái)發(fā)電機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它和其它發(fā)電機(jī)組應(yīng)

擔(dān)負(fù)的負(fù)荷用表示。當(dāng)發(fā)電機(jī)組1故障停運(yùn)時(shí)，所表示

的負(fù)荷應(yīng)由除去發(fā)電機(jī)組1以外的其它發(fā)電機(jī)組擔(dān)負(fù)。這樣

就相當(dāng)于發(fā)電機(jī)組1和其它機(jī)組共同擔(dān)負(fù)了向右平移了C1

的負(fù)荷，如圖中所示。

由于發(fā)電機(jī)組1的強(qiáng)迫停運(yùn)率為ql,正常運(yùn)行的概率

為pl=1-ql,所以考慮機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)影響以后，系

統(tǒng)的持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)應(yīng)由下式表示

(4)

式(7-4)是發(fā)電機(jī)組1的隨機(jī)停運(yùn)與持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)的

卷積公式，其結(jié)果就是考慮該機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)因素以后系統(tǒng)的

等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)。

應(yīng)該注意，等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)的最大負(fù)荷比大了

C1,而總負(fù)荷電量增加了，如圖中陰影部分所示?？梢宰C

明，這里的正好等于發(fā)電機(jī)組1由于故障而少發(fā)的電量值。

一般來(lái)說(shuō)，第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的卷積公式為

(5)

4）燃料價(jià)格；

5）發(fā)電機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)率；

6）發(fā)電機(jī)組的最小技術(shù)出力；

7）發(fā)電機(jī)組所需的檢修時(shí)間。

水電機(jī)組在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用與火電機(jī)組有很大不同。

首先，水電機(jī)組的發(fā)電量是由水文條件及水庫(kù)調(diào)度來(lái)決定的。

因此在發(fā)電調(diào)度中，水電機(jī)組的發(fā)電量在某一研究周期

內(nèi)，一般是給定的已知量。水電機(jī)組在隨機(jī)生產(chǎn)模擬中的處

理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，以下討論假定電力系統(tǒng)只包含火電機(jī)組,

且檢修計(jì)劃已知，因此參與運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組已全部確定。

在以上條件下，隨機(jī)生產(chǎn)模擬步驟大致如下

（1）處理負(fù)荷資料，形成原始持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)。

（2）確定發(fā)電機(jī)組帶負(fù)荷的優(yōu)先順序?；痣姍C(jī)組按其

平均煤耗率（或發(fā)電成本）由小到大排序，這就決定了發(fā)電

機(jī)組帶負(fù)荷的優(yōu)先順序。

由于隨機(jī)生產(chǎn)模擬是從基荷開(kāi)始逐步向峰荷給發(fā)電機(jī)

組分配負(fù)荷的，按上述排序就能保證煤耗率小（或成本低）

的機(jī)組分配到較大的發(fā)電量，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)

濟(jì)性。

（3）按帶負(fù)荷順序安排發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，計(jì)算其發(fā)電量。

第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量Egi應(yīng)根據(jù)等效持續(xù)負(fù)荷曲

線(xiàn)來(lái)開(kāi)展計(jì)算

8）

其中

（9）

式中T一研究的周期；

Pi一發(fā)電機(jī)組i的可用率，pi=l-qi;

Cj一發(fā)電機(jī)組j的容量。

（4）修正等效負(fù)荷曲線(xiàn)。根據(jù)式（5）建立發(fā)電機(jī)組參

與運(yùn)行后的等效持續(xù)負(fù)荷曲線(xiàn)，這是隨機(jī)生產(chǎn)模擬計(jì)算量最

大的部分。如果發(fā)電機(jī)組已全部安排完則轉(zhuǎn)入下一步，否則

返回（3）o

（5）按照式（6）、（7）計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。

（6）根據(jù)各發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算系統(tǒng)燃料消耗量并

開(kāi)展發(fā)電成本分析。

（7）開(kāi)展其它特殊問(wèn)題研究，如制定燃料采購(gòu)、運(yùn)輸

及貯存計(jì)劃、研究系統(tǒng)擴(kuò)建發(fā)電機(jī)組的合理性與必要性等等。

二、等效電量函數(shù)法

如前所述，隨機(jī)生產(chǎn)模擬的主要目的在于：

1）按電力系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)優(yōu)先順序運(yùn)行，計(jì)算

各發(fā)電機(jī)組發(fā)電量的期望值；

2）對(duì)于水電機(jī)組或抽水蓄能機(jī)組，應(yīng)按給定的發(fā)電量

尋找其運(yùn)行位置以充分利用水力資源;

3）計(jì)算電力系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)：包括電力缺陷概率

（LOLP）和電量缺陷期望值（EENS）。

目前，在電力系統(tǒng)可靠性分析中，電量缺陷期望值這個(gè)

指標(biāo)日益受到重視。

因?yàn)樗粌H能給出比LOLP更多的內(nèi)涵，而且容易轉(zhuǎn)化

為停電損失費(fèi)，便于開(kāi)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。由此可見(jiàn)，在整個(gè)

隨機(jī)生產(chǎn)模擬中電量是關(guān)鍵的變量。

如果我們先求出電力系統(tǒng)在不同負(fù)荷水平需要的電量

（即形成電量函數(shù)），并在考慮發(fā)電機(jī)組故障時(shí)直接修正各

負(fù)荷水平所需的