核电参与电力系统调度运行方式分析

何阳阳，何晓京

（海南核电有限公司，海南昌江 572732）

0 引言

当前我国一项重要的能源政策就在于积极推进核电建设，考虑到国家相关扶持政策、经济、安全等因素，落后的技术水平会对国内各种核电机组参与电网调峰运行造成严重阻碍。再加上电力系统峰谷差的不断扩大、新一代核电机组所具有的良好负荷跟踪性能，当前需要强化研究如何制定一个科学、合理的核电运行方式来实现电网的安全、经济运行[1]。

1 核电厂运行情况

通过控制硼酸浓度与控制棒，能实现对核电厂负荷的有效跟踪，其中控制棒控制就在于实现对控制棒的有效调节，为有效的控制机组端负荷多可以通过纵向插入深度来实现，以此可以更加灵活、自如地应对快速反应；而硼浓度控制则主要是通过调整硼浓度，能够实现对机组软料损耗情况的有效补偿，从而能够实现对机组慢速反应性的灵活应对。

现在先进性、安全性、稳定性是核电机组第三代的主要特点，先进性尤其体现在非动能设计方面，科技性与现代性在燃料制造工艺方面尤为明显，凭借其反应堆本身的稳定性，能够保证核电机组负荷追踪性能良好，以此提高核电厂的安全性，并有效参与电力系统调度运行。

按照核电机组的功率调节性能，可将其运行方式分为两种：一是日运行模式，即核电机组在每天24 h 以内的运行始终处于稳定状态；二是“12-3-6-3”运行模式，即在每天的12 h 以内核电机组的运行超过额定功率水平，其线形负荷在接下来的3 h内会达到50%Pn，然后在之后的6 h 内为维持该功率，3 h 以后线形负荷会提高到满负荷[2]。

2 核电参与电力系统运行方式的重要意义

2.1 有利于电力系统更好地运转

对于电力单位而言，通过积极改进电力系统的调度与运行技术，有助于推动自身发展，因此有必要结合实际情况重视相应调度技术、运行技术的建立与完善，为稳定开展电力工作提供充足的保障。这样不仅能促进电力工作系统更好地传输电能，还能提供最基本的需求来满足现代人的生活。可见，技术水平在一定程度上直接影响着整个工作质量，因此相关人员需要积极改进电力调度与运行技术，从而为电力行业的健康、可持续发展提供源源不断的动力。

2.2 提供极大便利，帮助操作人员更好地开展工作

在当前的电力工作系统中通过进一步改进现有的调度技术、运行技术，能提供极大的便利，帮助操作人员更好地开展工作。由于电力操作人员多数采用电力调度、运行技术，因此电力单位必须重视建立相关书，方便电力系统工作的有序开展。事实上，电力行业在开展各个工作时必然会影响到社会的发展与进步。为确保社会发展的稳定性和提高电力工作系统的工作效率，电力单位必须根据实际要求对相关运行技术、电力调度进行不断改进，以实现电力工作系统的稳定运转。因此，有必要将核电强有力地应用于电力调度运行，相应地相关单位也要高度重视这一问题。

3 核电参与电力系统调度运行的算法分析

这种运行是一种混合整数优化问题，与高维数、非线性等内容密切相关，为确保这一问题的有效解决，有必要进行全面综合的研究，并提出了类似于动态规划法、等微增率法、优先顺序法、遗传算法等算法，但是不同算法有不同的问题，原因主要是在求解方面需要花费较多的时间，且局部最优解的问题普遍存在。为更高效地确保核电参与电力系统调度运行算法，ICA（Independent Component Analysis，独立成分分析）算法应运而生，作为一种全局性优化的进化算法，主要是借鉴了人类社会在殖民阶段帝国之间的竞争与占领殖民地的过程，还借鉴了相关思想（如动态规划、聚类分析等），这对于维数灾、混合整合问题的解决至关重要。在动态规划方面可以根据相关动态规划原理，实现对启停成本的准确计算。而利用启停成本求解的实质主要是动态递推问题，借助ICA 算法能够准确地计算启停状态下的系统最优总成本问题，然后根据动态规划原理将各个时段的启停成本准确的推导出来，这对于系统最优总成本问题的妥善解决至关重要，且能够制定一个机组组合与负荷最优分配方案。针对聚类分析，ICA 算法与线性问题联系密切，可以将机组的组合状态看做是N+1 个子集族的并，然后将每个集族的出力上下限准确计算出来，具体在进行计算时可以开展必要的聚类分析，以促进计算效率的提高与机组组合数量的减少。

4 核电参与电力系统调度运行的作用分析

根据多年的工作经验和查询相关资料，在进行模拟操作时可以选择IEEE10 型号的机组系统，以此可以制定一个准确的结论，对核电参与电力系统调度运行方式进行深入的探究，并明确调度运行的重要性。经模拟操作可知，这一型号的机组设备在备用旋转状态时的最大负荷量为10%，核电堆型为CPR100。然后，在利用ICA 算法时需要对参数进行科学、合理的设置，例如初始帝国数量为10 等时国家数量为200 个，如此可以取得一个足够可靠、精确的结果。同时，立足于两个角度来分析其调度运行方式，即核电成本、经济效益，以此可以更好的剖析这两种运行方式。实践发现，利用第二种运行模式对于排碳量的减少十分有益，能有效控制启停成本，确保与核电机组的经济负载需求相符。为此，借助核电参与电力系统调度对于电力系统经济效益、环境效益的提高十分有帮助，随着核电接入容量的不断增加，这两种运行方式待达到饱和状态时的效益会趋于一致[3]。

两种运行方式在发电能耗方面有明显不同，在核电接入容量比例不断增加的情况下均能有效降低发电成本，其中第一种方式即日运行模式降低速度会更快，第二种启停成本的降低速度较慢。其原因就在于，相对于容量第二种运行方式的核电调度可以帮助其他机组有效减少启停次数，致力于机组启停能耗的有效降低。通过对比两种运行方式可知，在负荷低谷期间第一种方式的调度盈余较小，为此第二种方式可以将核电机组巧妙地加入到电网调度，以促进电力系统调度能力的提高，更为安全、稳定地运行电网。

5 算例分析

在开展仿真计算时可以借助IEEE10 系统算例，系统旋转备用最大负荷的10%。以我国改进压水堆核电机组CPR1000 为主要核电堆型，其接入容量会呈一个倍数的增加，即从系统常规机组总装容量的PG的3%开始，ICA 的算法参数可以设置为：国家数量200 个、初始帝国10 个。

5.1 核电调峰成本与单位碳收益

针对CPR1000 机组，η1为5%、η2为7%，运行时可以采取方式2，此时可以得到λ 为0.5。经研究发现，方式2 的单位碳收益比方式1 要高很多，说明在调峰中有核电的适当参与，所取得的环境效益较高。其原因就在于，相比较于方式1，核电适当参与调峰能致力于系统碳排放量的降低，还能促使系统中的火电机组运行比经济负载水平低，相应地还会减少启停成本增加。但是，核电接入容量待增加到一定程度以后，两种方式的单位碳收益可以保持基本一致。这也说明，如果核电接入容量较大，其参与调峰也不能阻止火电机组与其经济运行水平出现大规模的偏离，相应地也会逐步缩小其碳收益与方式1 之间的差别。

5.2 发电能耗

随着不断增加的核电接入容量比例，系统发电成本在两种方式下均会逐渐降低，但是下降速度更快的当属方式1。结果发现，核电参与调峰，尽管会导致系统启停成本的增加，但是节约的化石能源会更多。方式2 的启停成本较小，原因在于按照方式2 运行核电能提供一定的调峰容量给电网，有助于减少中小容量常规机组启停次数，促使常规机组所具有的启停能耗下降。

6 如何改进核电参与电力系统调度运行方式

6.1 完善调度和运行系统

在运行电力系统的过程中，为避免出现这样或那样的问题，电力单位有必要根据自身实际情况来制定相应的改进措施，即如何强化改进电力工作中的运行技术。在此期间，有必要建立一个完善的电力调度程序作保障，这对于有效开展电力工作十分有益。之所以要建立电力调度和运行系统，是因为电力调度工作能有效预防各种意外事故，这对于安全、高效、稳定的开展电力工作至关重要[4]。

6.2 加强操作人员的培训工作

鉴于电力工作系统中的问题，为有效避免问题的出现，就需要电力单位定期组织电力工作人员进行强有力的培训。众所周知，在电力工作系统中电力操作工作人员作为主要操作者，其自身技术水平与整体工作质量密切相关，不过当前许多操作人员自身的技术水平不高。为了更好地开展核电参与电力调度工作，单位应重视人员培训工作，设法帮助这些人员提高综合素质、增强相关技术水平，为工作质量提供充足的保障并满足相要求。

7 结束语

当前，核电参与电力系统调度运行时可以采用两种运行方式，ICA 作为一种新型算法，应引起相关部门与个人的高度重视，以明确该算法在电力系统调度运行中的重要性。研究发现，在电力系统调度运行过程中为保证电力系统的安全性、可靠性，就需要实现对核电的合理应用。