關于火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰劃分方法的分析

李海波

摘 要：城市化進程不斷加快，各大城市用電水平逐年提高，隨著用電結構的調(diào)整，用電峰谷差開始加大，現(xiàn)如今，電網(wǎng)調(diào)峰問題日益突出，電力市場給不同調(diào)峰情況的火電機組提供了穩(wěn)定的競爭氛圍，鼓勵各個火電機組積極參與到電網(wǎng)調(diào)峰?；诖?，本文以火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法作為研究對象，分析當前電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)狀，結合火電機組變工況運行的經(jīng)濟性和安全性分析調(diào)峰運行的影響因素，分別從凸包求重心法、最小距離法以及方法的具體應用等方面詳細闡述火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的實際劃分方法。

關鍵詞：火電機組;有償調(diào)峰;無償調(diào)峰;劃分方法

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0156-02

0 引言

二十世紀八十年代開始，國際上多個國家都開始進行電力行業(yè)體制性改革，企圖進一步開放電力市場，通過有效的競爭方式降低電價，全面調(diào)整現(xiàn)有的資源提高電力行業(yè)的生產(chǎn)效率，提升電力服務質(zhì)量。我國社會主義市場經(jīng)濟體制日漸完善，電力體制也開始改革，原有的國家電力公司變?yōu)槎鄠€電力企業(yè)和電力集團，電力行業(yè)的競爭越來越激烈，為了實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，企業(yè)不得不參與到調(diào)峰中，從而提高競爭實力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的增長。

1 電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)狀分析

電網(wǎng)調(diào)峰指的是為了滿足電力負荷峰谷變化的實際需求，實現(xiàn)有計劃有安排的火電機組峰值調(diào)整，現(xiàn)代化工業(yè)的進步推動了我國用電結構發(fā)生變化，城市用電量大幅度上升，重工企業(yè)夜晚的用電量比重開始減少，火電機組結構配置呈現(xiàn)出不合理的發(fā)展趨勢，我國國家電網(wǎng)負荷曲線峰谷差日漸加大，調(diào)峰難度不斷增加。北方地區(qū)由于水電不足，火電機組不得不參與到調(diào)峰中，中小型火電機組受到燃料和供熱等因素的影響，參與調(diào)峰是發(fā)展的必經(jīng)之路，調(diào)峰需要各個火電機組共同完成。

一般情況下調(diào)峰機組是抽水蓄能機組、燃油機組或燃氣輪機組，有部分調(diào)峰機組為水電機組，燃煤機組的容量比較小，不同的負荷要求使用不同的調(diào)峰方式。調(diào)峰工作的執(zhí)行會直接影響到國家電網(wǎng)的穩(wěn)定，雖然調(diào)峰方法各不相同，但是基于國家對火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的重視程度比較高，為了提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法稱為人們關注的重點。擴大電網(wǎng)容量，完成相鄰電網(wǎng)的互連可以增加機組容量，降低峰谷差，緩解城市電力需求，但是隨著我國經(jīng)濟的快速增長，裝機容量也在增大，峰谷差隨之增加，為了完善市場化，明確火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法尤為關鍵[1]。

2 火電機組調(diào)峰運行的影響分析

2.1 火電機組變工況運行經(jīng)濟性分析

各個火電機組能源消耗情況是負荷分配的條件之一，火電機組的能源消耗可以反映出火電機組在負荷情況下每次耗用能源的數(shù)量，也能夠反映出火電機組變工況運行的經(jīng)濟性高低，無論是電網(wǎng)供電能耗，還是發(fā)電能耗都會對火電機組變工況運行經(jīng)濟性產(chǎn)生不同作用。能耗曲線可以反映出火電機組在不同的工況情況下消耗的能量值，能耗的數(shù)量關系到企業(yè)生產(chǎn)成本的高低，關系到成本支出的多少。因此，針對火電機組變工況運行的經(jīng)濟性深入分析，加強對火電機組能耗情況進行測量，從而有效的進行火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰，進而為接下來的劃分方法奠定基礎。

企業(yè)運行人員自身素質(zhì)情況和經(jīng)驗情況會關系到火電機組變工況運行的經(jīng)濟性變化，企業(yè)加強對運行人員的操作培訓，可以降低經(jīng)濟性影響，減少運行人員工作中因為主觀因素引起能耗曲線的變化;隨著季節(jié)的變化，火電機組的經(jīng)濟性也會有所不同，夏季經(jīng)濟性比冬季的經(jīng)濟性高，循環(huán)水溫受到季節(jié)影響發(fā)生改變，夏季水溫高，氣溫比較高，同樣的火電機組運行方式之下，火電機組的經(jīng)濟性會提高[2]。

2.2 火電機組變工況運行安全性分析

火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰進行方法劃分的時候，會遇到火電機組的膨脹問題、火電機組熱變形問題、給水泵功耗與壓損問題以及火電機組軸瓦振動問題，這些問題或多或少都會給火電機組的實際運行帶來安全隱患。當汽輪機啟動和暫?；蛘哓摵沙霈F(xiàn)大幅度變化的時候，蒸汽溫度也隨之發(fā)生變化，轉子和氣缸因為蒸汽溫度的變化而膨脹或收縮，如果膨脹的時候無法保持暢通將會導致發(fā)電機組的振動增加，不得不延長機組暖機實踐，降低負荷變化速度。與調(diào)峰機組相比，脹差更加重要，根據(jù)實際負荷情況設計的機組，動靜之間產(chǎn)生的間隙需要按照火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰要求進行設計，變工況性能相對較差，如果控制不能將會出現(xiàn)摩擦，部分零件可能損壞[3]。

3 火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰劃分方法分析

由于各大城市用電形勢發(fā)生變化，國內(nèi)電網(wǎng)火電機結構配置不合理，峰谷差不斷增加，電網(wǎng)不得不面臨著調(diào)峰的問題，一直以來調(diào)峰都是無償?shù)?，企業(yè)接到指示后需要在規(guī)定時間范圍內(nèi)達到工作要求，但是某些火電機組如果頻繁調(diào)節(jié)將會出現(xiàn)故障，有的火電機組常年累月運行，調(diào)峰之下會有經(jīng)濟差，不利于企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，對此火電機組調(diào)峰出現(xiàn)了有償調(diào)峰和無償調(diào)峰，針對該問題，需要進一步分析火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法。

3.1 凸包求重心法

想要研究數(shù)據(jù)之間邏輯上和物理上的關系，可以采用聚類分析法，得到的結果可以揭示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，也能夠為進一步分析提供依據(jù)，凸包求重心法就是該方法中的一種，用在火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰劃分中十分有效。幾何計算中經(jīng)常使用到凸包，凸包自身特性比較多，平面點集凸包指的是包含點集中所有點的最小凸集，凸包求重心法在計算機圖形學和計算機輔助設計等領域應用廣泛，火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分就是利用了求取散亂點的凸包，并以凸包中心當做火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分點。

平面上的凸包就是有限點集合的界點，假設G是平面上有限點的集合，如果平面中存在以G為中心的凸多邊形，G中其他的點都在凸多邊形的內(nèi)部，那么凸多邊形就是G的凸包，也就是周界多邊形，散亂在平面上的二維點集P={Vi：i=1，2，…，n}，假設二維點集P中坐標軸x坐標的最小點是二維點集P的最左點ML，二維點集P中有很多點具有最小x坐標，y坐標上最小的點正好就是ML;二維點集P中x最大點是二維點集P最左邊，吳國二維點集P中多個點有最大x坐標，y坐標的最大點就是MR，隨后將ML和MR聯(lián)系在一起做有向線段，該有向線段就是二維點集P的分界線，本文研究火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分時，假設多邊形的頂點以逆時針的角度形成串聯(lián)。

在簡單多邊形中連接前后相鄰的頂點，新的多邊形由此產(chǎn)生，如果頂點就在新多邊形中，新多邊形外或者連接線段上，頂點被稱為原簡單多邊形的凹點、凸點、中性點，中性點不會影響到多邊形的形狀，探究火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法時將中性點也稱之為凹點。其中，ML和MR是凸點，二維點集P分界線上的點都根據(jù)x軸的方向呈現(xiàn)遞增的趨勢，連接以后，將P分界線下的點按照x周方向遞減連接，去除凹點，最終得到了一個凸多邊形，點密集的時候，凸多邊形的形狀和重心可以反映出圖像的特點，概況P的特性，進而進一步得到火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分[4]。

3.2 最小距離法

最小距離法也是一種火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分方法，平面上二維點集P中含有多個二維點，中間位置的點能夠代表P的總體特征，到達其他點歐氏距離最小的點就是二維點集P的中心位置點，進而得到的二維公式如下：，其中（x1，y1）和（x2，y2）分別是A1和A2的坐標，二維空間中含有n個點，M（x，y）到達其他店之間的歐氏距離和為：，隨后依次求出二維點集P中各個點到達其他點歐氏距離之和，相比大小，得知得到的距離之和值最小的就是二維點集P的中間位置點。歐氏距離可以看做是兩個點之間的相似度，距離越近，相似程度就越高。上文提到的到其他點距離和也是與其他各點相似程度最高的點，該點是二維點集P中最具有代表性的點，如果該點作為中心位置點來代表其他點，代表該二維點集的性質(zhì)也是最佳的。

3.3 具體應用分析

能夠代表火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰經(jīng)濟安全特點的點是二維點，在一個地區(qū)內(nèi)，該類點也可以構成一個二維點集，平面中，橫坐標軸表示的是經(jīng)濟性指標，也就是火電機組不投油穩(wěn)燃極限，縱坐標軸代表的是火電機組的安全性能指標，也就是最大降負荷速率。二維點集P最左點是不投油穩(wěn)燃極限最小的機組，最右點是不投油穩(wěn)燃極限最大的火電機組，如果有多個最左點與最右點，可以取Y軸中最大點和最小點。使用矢量叉積法來判斷頂點的凹凸性，假設多邊形沿著逆時針的方向發(fā)展，Vi（xi，yi）是圖像中任意一個點，Vi+1=（xi+1，yi+1）以及Vi-1=（xi-1，y-1）為Vi前后相鄰的點，最終得到了矢量叉積。取矢量叉積坐標分量，進而得到點的凹凸性判斷函數(shù)：s（Vi-1，Vi，Vi+1）=[T]=（xi-xi-1）×（yi+1-yi）-（xi+1-xi）×（yi-yi-1）。

隨后，根據(jù)S的正負情況進一步判斷凹凸性，如果最右點是凸點，按照逆時針的方向進行判斷，最后將所判斷得到的凸點依照次序完成連接，連接以后形成了多邊形，該多邊形在一定程度上可以如實反映出二維點集的特性。通常情況下，多邊形中心可以代表處多邊形的性質(zhì)和二維點集的性質(zhì)，分析多邊形的形狀特點進一步得出該多邊形中心情況，也就是二維點集中心點。這個中心點能夠代表二維點集特征，只要得出多邊形中心點集聚了該地區(qū)所有火電機組代表自身特性的二維點性質(zhì)，融合該地區(qū)范圍內(nèi)火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰劃分問題特征，進而得出火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的劃分點。

為滿足今年春節(jié)期間深度調(diào)峰機組進相需求，國網(wǎng)某電力企業(yè)開展了火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰分析，并咨詢電廠深度調(diào)峰運行的特點，編制了試驗方案，分別于14日和16日完成630兆瓦和1030兆瓦兩臺機組深度調(diào)峰進相運行試驗。

該項試驗的完成，為即將到來的春節(jié)假期電網(wǎng)超低負荷運行期間機組深度調(diào)峰時進相運行提供依據(jù)，同時為其他深度調(diào)峰機組進相運行提供參考，大大緩解春節(jié)期間無功過剩、電壓過高問題，提高電網(wǎng)運行電能質(zhì)量和安全水平。

4 結語

總而言之，在當前電力市場運行狀態(tài)下，為了提高火電機組運行的經(jīng)濟性和安全性，必須進行一系列制度構建新的市場秩序，進一步完善市場監(jiān)管，實現(xiàn)火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰的有效劃分，深入貫徹國網(wǎng)電力市場化的有序發(fā)展，相應政府號召進行調(diào)峰，在良性競爭中提升自己的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 張也.大規(guī)模風電并網(wǎng)背景下火電調(diào)峰行為演化博弈模型研究[D].華北電力大學（北京），2017.

[2] 王玫.促進風電利用的調(diào)峰輔助服務補償及交易機制研究[D].華北電力大學，2013.

[3] 王鵬，張靈凌，梁琳，劉漢偉.火電機組有償調(diào)峰與無償調(diào)峰劃分方法探討[J].電力系統(tǒng)自動化，2010，34（09）：87-90.

[4] 梁琳.電力市場環(huán)境下火電機組有償與無償調(diào)峰劃分方法研究[D].華北電力大學（北京），2009.