浅谈电力市场环境下发电机组检修计划的制定与优化

浅谈电力市场环境下发电机组检修计划的制定与优化

王家鑫

河北大唐国际王滩发电有限责任公司 河北 唐山 063000

摘  要

随着我国电力市场改革的逐步深入，垂直一体化体制下的检修计划制定方式局限性愈发凸显，无法保证各市场主体利益的相对公平及检修资源合理高效利用。本文提出一种基于各机组检修意愿报价的检修计划制定方式，申报过程将由各机组考虑检修规划期内设备失效特性及盈利能力后进行，独立系统运营商以市场总体利益最大化为优化目标对检修计划进行优化调整，最后通过简单电力系统的检修计划制定过程对该方法进行验证分析，证明了电力市场环境下，市场化检修计划制定方式能够提高机组检修工作积极性及检修质量，提高整个系统可靠性及运行效率。

关键词：电力市场改革；检修计划制定；

第1章 绪  论

1.1 课题研究的目的、背景和意义

本文通过借鉴电能量市场中，发电机组基于边际发电成本报价、全电量竞价上网，系统独立运营商以最小化总发电成本为优化目标进行系统安全约束经济调度的方式，尝试设计一种发电企业基于检修规划期收益，对设备检修窗口竞价，ISO则以市场总体利益最大化为优化目标、以系统容量充裕度为约束条件进行优化的检修计划制定方式。

第2章 传统垂直一体化模式下的机组检修计划

2.1 单台机组的检修策略制定

随着运行时间增长,发电机组会出现不同程度的老化,因故障出现设备失效的概率逐渐提升。为了尽可能避免突然出现机组失效，对整个系统造成冲击与威胁，一般要在机组正常工作运行期间对设备进行停运检修，提高机组设备可靠性，延长使用寿命。在传统模式下,电力系统大多采用给定周期的检修计划制定方式。系统调度仅以系统可靠性水平最高来规划各机组检修,例如按等备用率的原则来安排机组检修,并采用系统容量充裕度、失负荷概率等作为衡量系统可靠性水平的指标[1]。

第3章 基于市场竞争的机组检修计划优化模型

电力市场环境下，不同市场主体承担着不同的市场职责。随着市场环境的逐渐成熟，发电企业只负责其机组的运行及检修，尽可能保障电力系统中的稳定可靠，并在中长期及现货市场中竞价拍卖电能量，实现本体经济利益最大化而不对系统可靠性安全性负责；独立系统运营机构则负责电力可靠稳定供应，公平地按照合同及市场成交情况调度机组的发电及检修行为。

为了在保证系统供电稳定可靠的前提下，做到尽可能公平地安排机组检修计划，可尝试借鉴电力系统安全约束经济调度方法，基于本机组在检修规划周期内目标检修窗口的检修行为带来的经济收益，引入发电机组检修意愿报价，用以表征发电企业对其机组在各时段检修或运行的意愿程度，并设计基于市场竞争的检修计划调整、费用分摊返还机制。

3.1机组在不同窗口检修的收益评估

发电企业根据所处市场环境、市场电价及其本机组失效特性、故障更新费用，评估本机组在不同窗口检修时规划期内的收益变化，并据此确定其在不同窗口检修意愿报价，以反映发电机组在不同时段对检修/运行的意愿程度。

假设一台机组在任意窗口检修时，其检修规划周期总收益为：

Max               (3-1)

其优化约束条件为：

                  (3-2)   

                 (3-3)

                           (3-4)         

                                （3-5）                       式中：

-该机组检修所需时段个数—规划期内时段数-时段t电价水平-机组生产成本-时段t时机组出力水平-机组在[m,m+D-1]检修时，在时段t的机组正常运行概率-机组故障更新费用-机组单位容量检修成本-机组最大出力水平-机组状态（0表示运行，1表示检修）-机组最小出力水平-规划期开始时机组已运行时间。

上述优化问题可使用线性优化方式进行求解，不同的检修窗口对应着不同的机组收益，基于此收益值，各机组进行检修意愿报价。机组收益达到最大值时，检修意愿报价最大，该检修窗口即为该机组收益最大化解。

规划周期内的检修窗口选择不仅要考虑到不同时段电价的不同，机组故障概率反过来也会影响收益水平。因而对于不同机组，设备状态不同机组故障概率也不同，其对于某一时段的检修意愿报价亦不尽相同。

3.2基于检修意愿报价的检修计划制定与优化

在一个规划周期内，系统各台发电机组进行检修意愿报价后，ISO将在保证系统容量充裕度的前提下，基于检修意愿报价，以系统内机组利益最大化为目标对检修计划进行优化确定，优化的目标函数为：

                        (3-6)                       

 式中：表示第i台机组在第t个时段内的检修意愿报价

     上述问题的优化必须在满足系统容量充裕度的条件下进行，即：

                  (3-7)                            

式中：

-系统内发电机组容量;-区域外可传输功率;-t时间段内检修的机组容量;-系统容量充裕度;-系统负荷。

第4章 算例分析

4.1 算例情景分析

以三节点简单电力系统为例，对于上述检修计划制定方式进行计算分析，系统组成及线路拓扑如图4-1、表4-1所示(系统容量充裕度要求同一时间只允许一台机组进行检修)：

图4-1 三节点简单系统

表4-1 系统内电源、负荷容量及所在节点

各机组具体报价如表4-2所示：

表4-2规划期内系统机组针对检修窗口的不同收益评估及报价情况

为了满足系统内容量充裕度的要求，一个检修窗口只允许一台机组进行检修，对于不同的检修安排，系统机组规划期内总收益预估值如表4-3所示:

表4-3系统内机组规划期内总收益预估值

由表4-3可知，此规划期内检修窗口分配的最佳方案为方案一：机组1、2、3分别于窗口1、2、3进行检修时，系统内机组经济利益总和最大。对于这三台同类型机组，单机最佳检修窗口都为窗口1，而窗口1受到系统容量充裕度限制只允许一台机组检修。由表内数据可知此窗口机组1的收益评估值明显大于其他机组收益评估值，出于整个系统的经济利益最大化原则将安排机组1于窗口1检修，同理将机组2、机组3，安排于其第二第三窗口进行检修，此方案为满足系统容量充裕度约束条件下的检修计划最优解。

此算例证明基于市场竞争的机组检修计划制定方式在实际应用中将根据机组检修意愿报价，合理有效安排机组进行检修，满足系统容量充裕度约束条件的同时实现系统总收益最大。

参考文献

[1]全宏兴,刘俊勇.电力市场下火电厂机组检修计划的研究[J].电力系统自动化,2002(14):35-39.