杨振立 王海政(规划处)[摘  要] 三峡水电站建成后将向河南电网供电。三峡水电站分配河南电网电力电量方案，不仅关系到河南电网的电源建设规划和调度运行，而且关系到三峡水电站电力电量效益的发挥。本论文采用电源优化扩展规划模型，对三峡水电站送电河南电网方案进行了研究分析，提出了明确的推荐方案。[关键词] 系统工程  三峡水电站  分电  电源优化  河南电网1 问题提出    三峡水电站装机26台，装机总容量为18200MW，多年平均发电量为846.8亿kW？h，计划2009年底全部建成生效。根据国务院批准的三峡水电站电能消纳方案，河南省被确定为三峡水电站供电区域之一。    河南电网2002年底装机容量总计18340MW，大型水电站仅有小浪底、三门峡，装机容量2200MW，将来电源建设的重点仍以600MW以上火电机组为主，为满足电网调峰需求，还需建设抽水蓄能电站、天然气电站等调峰电源，目前南阳(120MW)、宝泉(1200MW)抽水蓄能电站已开工建设。三峡水电站分电方案的制定，不仅影响到河南省电网的电源建设规划和运行调度，而且关系到三峡水电站容量的利用，同时三峡水电站的上网电价，将直接影响河南电网经济效益。因此，本文采用电源优化扩展规划模型，对三峡水电站分电河南电网方案进行了初步的探讨和研究。2 电源优化扩展规划模型简介    本论文采用的电源优化扩展规划模型，由水利部黄河水利委员会勘测规划设计研究院研制开发，曾用于黄河小浪底和碛口水电站、山西西龙池抽水蓄能电站、河南宝泉和回龙抽水蓄能电站等多个项目论证工作。2.1 模型的思路和结构    电源优化扩展规划模型以电力系统规划期总费用现值最小为目标函数，其研究思路为：①初步确定水电站投产时间，在水电站投产时间、效益、投资及运行费用确定的情况下，将目标函数转化为火电站费用现值最小的目标函数；②优化火电站投产时间和各年投产容量，使火电站投资费用最小；③进行生产模拟计算，计算水电站和火电站投资、运行费和燃料费等；④逐步优化水电站投产时间，使电力系统规划期总费用最小。    电源优化模型由主模型和若干子模型构成。主模型为分解协调模型，其功能是优化水电站(包括抽水蓄能电站)最优开发次序和投入时间。    子模型由三个平行的具有不同功能的计算模型和一个生产模拟模型构成，包括：①水电站群联合补偿调节子模型。该模型目标函数为水电站群发电效益最大，在各水电站投产时间确定的情况下，计算水电站群电能指标，并将信息反馈到主模型。②电力电量及调峰容量平衡子模型。该模型主要对水电站进行近似的负荷分配，确定其工作容量、备用容量，并根据电力系统负荷、需电量、调峰容量要求，初步分析火电站装机容量、发电量和承担的调峰容量，并将信息反馈到主模型。③火电站排序动态规划子模型。该模型是在已知各年需要火电装机容量、发电量及各月需要调峰容量等条件下，优化各火电电源投产时间并反馈于主模型，其目标函数为火电站费用最小。④火电站生产模拟模型。该模型是在各类电站投产时间一定的情况下，模拟电力系统运行，计算火电站的燃料消耗量及费用，其目标函数是系统燃料费用最小。2.2  火电站排序动态规划模型简介    (1)目标函数。以规划期N年内系统火电机组容量扩展费用折现值最小为目标函数，即：    式中Ci为系统第i个阶段所有电站投资、运行费、燃料费之和，r0为社会折现率。    (2)状态变量、决策变量和状态转移方程。以i阶段已投产电站的集合，作为阶段i的状态变量，记为Si；以i阶段新投入电厂的机组台数的集合作为阶段决策变量，记为Di，则:sk为各电站机组投产状态，取值范围为0～nk，nk为k电站的装机台数。dk为i阶段新投入电厂机组台数，0≤dk≤Kmn，Kmn为k电站机组投产约束。(3)阶段效益。阶段效益是i阶段新投入电站投资费用总和，具体表达式为:    式中ZTi、Zvi分别代表火电站、核电站投资折算到机组投产年初的数值；CTi、Cvi分别代表火、核电站总投资；aTi、avi分别代表火电站、核电站固定运行费率；ZTri、Zvri分别代表火、核电站燃料费；K1为将折算到机组投产年初的各项费用再折算到规划期初的折算系数；K2为固定运行费、燃料费折算到机组投产年初的折算系数。    (4)费用递推公式。费用递推采用前向递推解法。根据Bellman优化理论，递推方程如下：    式中：i为阶段变量；j为状态编号，表示第i阶段第j个可行电源投入方案；表示从i-1时段的k状态转移到第i阶段j状态所对应的决策Dj的总费用；表示第i-1时段各状态的最小费用；表示对应于第j个可行的电源投入方案所对应的最小费用；k*为状态数，即为待选电站的数目。    约束条件主要包括系统负荷和电量需求、备用约束、调峰容量及其它约束。3  三峡分电河南电网方案计算分析3.1 模型计算采用的基本资料    河南省电网负荷预测成果见表1。2010年以后负荷预测按稍低于2005～2010年的增长率进行估算。规划建设的火电站技术经济指标见表2。3.2 三峡水电站分电河南电网各方案计算成果    在1999年进行课题研究时，以当时拟定的三峡水电站分配华中电网的电力电量方案为依据(2004年－2010年各年电力电量均不相同，2010年及以后数据见表3)，分别拟定了三峡分配河南电力电量占三峡分配华中电力电量的比例(以下简称分电比例)为10％、15％、20％、25％和30％等5个方案。由于三峡的上网电价直接影响电网的经济效益，因此拟定了河南购买三峡电价分别为0.25元/kW？h、0.272元/kW？h、0.30元/kW？h、0.35元/kW？h四个方案(2003年国家计委批准的三峡水电站上网电价为0.25元/kW？h。    规划期取20年，规划基准年为2001年初，社会折现率取12%，各方案电源扩展优化计算成果见表4和图1。3.3 三峡水电站分电河南电网方案分析结论    从计算成果可以看出，当购电价为0.25元/ kW？h以下时，分电比例越大，河南电网的投资费用现值越小；当购电价为0.272元/ kW？h时，分电比例为25％时，电网的投资费用现值最小；当购电价超过0.272元/ kW？h时，分电比例越小，电网的投资费用现值越小。    根据三峡水电站分电河南电网的电源优化扩展规划计算成果，并参考三峡水电站上网电价初步分析成果，推荐采用三峡分配河南电力电量占三峡分配华中电力电量的25％，该结论与国家计委2001年批准并上报国务院的三峡分电方案基本一致。4 三峡水电站分电河南电网方案补充研究    根据批准的三峡分电方案，河南电网电力分电比例为25％，而非汛期电量分电比例仅为10％，其日电量仅相当于按最大容量发电2.56小时，不利于发挥三峡送河南电网的容量效益，2010年三峡送河南的容量1、2、5月份将分别空闲104MW、443MW和512MW。此外，河南电网汛期调峰问题突出，汛期三峡水电站基荷送电，将加剧河南电网的调峰矛盾。    本论文补充计算了非汛期不同电量分电比例、适当减少汛期送河南电量(要求三峡送电的工作位置在河南电网负荷图腰荷最下部工作)等方案，河南电网电源优化扩展规划成果见表5。计算成果表明，在三峡送河南电力分电比例不变的条件下，将非汛期电量分电比例增加到15％左右，无论从河南电网的运行要求、三峡水电站的容量利用，还是减少河南电网投资费用，都是有利的。如果将汛期7～9月份电量分电比例减少到23％(弃水电量约2.6亿kW？h)，则可减少河南电网汛期的启停调峰费用，与国家计委批准方案相比，可减少投资费用现值2.5亿元左右。5 结论和建议    三峡水电站送电河南电网，对于缓解河南电网调峰矛盾具有重要的作用。应用电源优化扩展规划模型对三峡分电河南方案进行研究，取得了较好的研究效果：    (1)研究结论表明三峡分电河南电网的电力分电比例为25％左右，与计委批准的三峡分电方案一致。    (2)三峡水电站非汛期送河南电网的电量分电比例为15％时，将有利于三峡水电站容量效益的充分发挥。    (3)在经济合理的条件下，适当减少汛期三峡送河南电量，将有利于缓解河南电网汛期的调峰矛盾。