段秦尉，潮 鑄，唐旭辰，黃紅偉，李 展

(1.廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心,廣東 廣州 510080；2.北京清大科越股份有限公司,北京 100084)

0 引言

安全校核是針對電力調(diào)度分析以及電力調(diào)度與國家政策之間匹配程度的校驗(yàn)過程，主要包括電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定以及電力系統(tǒng)供需平衡和負(fù)荷預(yù)測等方面。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定校核從時(shí)間尺度上劃分為年、月、日、實(shí)時(shí)校核；從校核目的來分可以劃分為檢修校核、發(fā)電調(diào)度校核等；從執(zhí)行方法劃分包括自動校核和手動校核。在考慮現(xiàn)貨市場交易背景下，大電網(wǎng)安全校核對于成交量至關(guān)重要。為此，本文對考慮現(xiàn)貨市場的安全校核調(diào)度進(jìn)行研究。

目前電力現(xiàn)貨市場與調(diào)度的關(guān)系日益緊密，已有諸多文獻(xiàn)對二者進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[1]研究了現(xiàn)貨市場下計(jì)及風(fēng)光聯(lián)合預(yù)測誤差的經(jīng)濟(jì)調(diào)度；文獻(xiàn)[2]分析了電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下的發(fā)電調(diào)控管理；文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了適應(yīng)高水電占比的電力現(xiàn)貨市場機(jī)制；文獻(xiàn)[4]研究了基于聚合節(jié)點(diǎn)的級聯(lián)水電機(jī)組報(bào)價(jià)機(jī)制；文獻(xiàn)[5]研究了電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下電能量市場解耦結(jié)算機(jī)制；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了現(xiàn)貨市場過渡期的中長期電力市場交易機(jī)制。以上文獻(xiàn)大多重點(diǎn)研究現(xiàn)貨市場內(nèi)部交易機(jī)制，而針對現(xiàn)貨市場背景下調(diào)度計(jì)劃、安全校核與市場出清的關(guān)系并未重點(diǎn)分析。

為此，本文分析了跨區(qū)互聯(lián)電力市場出清與安全校核的主要流程以及出清模式，分析了安全校核與潮流斷面之間的關(guān)系。提出了以新能源機(jī)組外送交易電力最大、總成本最低以及外送電力成本最低為目標(biāo)的電力調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化模型，同時(shí)考慮安全校核約束，分析了考慮新能源的大電網(wǎng)多級安全校核流程，主要針對斷面安全約束以及出清調(diào)度計(jì)劃約束和新能源交易約束。

1 跨區(qū)互聯(lián)電力現(xiàn)貨市場出清與安全校核

現(xiàn)階段，考慮水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電以及傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組在內(nèi)的多能源綜合電力市場條件下，市場參與者能夠?qū)Πl(fā)電量進(jìn)行自由交易。在跨省實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場中，所有市場成員如滿足市場運(yùn)行條件以及安全校核條件均可進(jìn)行自由報(bào)價(jià)。

跨省以及跨區(qū)域電力現(xiàn)貨市場能夠確定省間以及區(qū)間與中心交易節(jié)點(diǎn)的交易量。為確保交易結(jié)果符合安全校核范圍，省間日前市場需要考慮省內(nèi)最大可傳輸容量、最大可接受容量以及聯(lián)絡(luò)線功率。在省間交易過程中，考慮到電力系統(tǒng)的物理安全穩(wěn)定運(yùn)行約束，需要對負(fù)荷阻塞以及負(fù)荷削峰填谷等進(jìn)行約束，可能會導(dǎo)致部分發(fā)電量過足省份的交易積極性下降，因此，需要避免省內(nèi)日前市場出清在這樣條件下的校驗(yàn)范圍。需要協(xié)調(diào)省間市場以及省內(nèi)市場在安全校核方面的出清結(jié)果。

安全校核主要完成各個(gè)時(shí)段電網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃和電網(wǎng)運(yùn)行操作的安全校核?，F(xiàn)貨系統(tǒng)市場出清應(yīng)至少滿足靜態(tài)安全校核的要求。靜態(tài)安全校核功能是在給定的計(jì)劃方式下，對電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)安全方面的綜合分析，包括基態(tài)潮流分析、靜態(tài)安全分析和靈敏度分析等，確保最終生成的市場出清結(jié)果滿足電網(wǎng)靜態(tài)安全約束?？鐓^(qū)現(xiàn)貨市場結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 跨區(qū)現(xiàn)貨市場結(jié)構(gòu)

跨省交易需要首先確定市場出清結(jié)果，各省機(jī)組需要獲得出清結(jié)果，同時(shí)滿足省間發(fā)送電量，滿足該出清結(jié)果。當(dāng)出清結(jié)果不能滿足時(shí)，需要削減相應(yīng)中標(biāo)比例較大的機(jī)組的發(fā)電量。同時(shí)在確定出清結(jié)果后，中標(biāo)機(jī)組需要按照安全校核進(jìn)行發(fā)電比例調(diào)整。調(diào)度中心負(fù)責(zé)控制聯(lián)絡(luò)線交換功率，同時(shí)需要確定省內(nèi)以及省間出清交易的邊界約束，滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需求。在這種情況下，數(shù)據(jù)的傳輸以及報(bào)送都需要通過相應(yīng)的跨省跨區(qū)交易系統(tǒng)進(jìn)行安全校核。

隨著電力市場改革以及現(xiàn)貨市場的發(fā)展，機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組檢修計(jì)劃以及聯(lián)絡(luò)線交換功率都與系統(tǒng)的斷面潮流密切相關(guān)，斷面潮流能夠反映在某個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，同時(shí)也是決定省間交易出清結(jié)果的重要依據(jù)。在實(shí)時(shí)電力市場以及現(xiàn)貨電力市場模式下，節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)能夠反映電價(jià)的節(jié)點(diǎn)信息，同時(shí)能夠反映相關(guān)的阻塞信息，這類信息主要依據(jù)潮流的斷面分布。因此，提高潮流斷面的安全校核是保證節(jié)點(diǎn)電價(jià)合理公平的有效手段。在市場環(huán)境下，申報(bào)基礎(chǔ)的發(fā)電量比例越高，系統(tǒng)的安全校核任務(wù)更加重要，需要精準(zhǔn)控制斷面與機(jī)組以及機(jī)組與備用之間的潮流情況。

在現(xiàn)貨市場運(yùn)行中，潮流斷面是分析調(diào)度以及市場關(guān)系的重要方式。斷面額定值由電網(wǎng)運(yùn)行方式和現(xiàn)貨市場出清結(jié)果以及潮流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匹配，由動態(tài)安全校核進(jìn)行確定。因此，調(diào)度與潮流斷面結(jié)果以及市場出清的關(guān)系如圖2所示。

圖2 安全校核與斷面分析

2 考慮安全約束的調(diào)度計(jì)劃多目標(biāo)優(yōu)化模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

安全約束調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)為新能源機(jī)組外送交易電力最大、總運(yùn)行成本最低以及外送電力成本最低，表達(dá)式為：

(1)

(2)

(3)

Ui,t為機(jī)組i在t時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)；Pi,t為機(jī)組i在t時(shí)刻的有功出力；CSi為機(jī)組i的啟停費(fèi)用；ai、bi和ci為機(jī)組i的煤耗量特性常數(shù)；COi，t為機(jī)組申報(bào)價(jià)格；ΔPi,t為機(jī)組進(jìn)行省間現(xiàn)貨交易的申報(bào)出力。

2.2 約束條件

a.功率平衡約束。

要求系統(tǒng)各個(gè)時(shí)段發(fā)電和用電之間保持功率平衡，即

(4)

Dt為t時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷需求。

b.機(jī)組出力約束。

(5)

c.機(jī)組爬坡約束。

機(jī)組在運(yùn)行開啟過程需要滿足爬坡約束，即

RDi≤Pi,t-Pi,t-1≤RUi

(6)

RDi為下爬坡約束；RUi為上爬坡約束。

d.線路潮流安全約束。

(7)

e.斷面潮流安全約束。

(8)

3 考慮含新能源的大電網(wǎng)多級安全校核

3.1 多級安全校核

電網(wǎng)調(diào)度與機(jī)組檢修和計(jì)劃停電等內(nèi)容密切相關(guān)，多層級調(diào)度安全校核需要從長期工作安全入手，并且根據(jù)安全評估的年度和月度進(jìn)行擴(kuò)展，向短期實(shí)時(shí)和日內(nèi)電力調(diào)度進(jìn)行擴(kuò)展，形成年度、月度、日前、日內(nèi)及實(shí)時(shí)全系列多層級滾動的安全調(diào)度優(yōu)化方案，使得電網(wǎng)調(diào)度能夠在各種時(shí)間尺度內(nèi)進(jìn)行安全評估和綜合預(yù)警，實(shí)現(xiàn)電力的安全穩(wěn)定運(yùn)行。多級校核結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 多級安全校核時(shí)序

多級安全校核是針對電力系統(tǒng)潮流斷面調(diào)度的多級滾動校核模式，能夠根據(jù)不同時(shí)間尺度和計(jì)劃運(yùn)行維度進(jìn)行安全分析。通過對年度、月度、日前、日內(nèi)及實(shí)時(shí)等維度進(jìn)行全方面優(yōu)化得到最終確定的安全校核，有效提升電力系統(tǒng)調(diào)度的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)針對新能源并網(wǎng)以及新能源發(fā)電具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，且針對機(jī)組備用以及相關(guān)檢修計(jì)劃，可以通過多級校核進(jìn)行流程確定。

3.2 斷面安全校核

斷面安全校核主要是針對大電網(wǎng)、跨區(qū)域互聯(lián)線路之間的安全校核，同時(shí)針對區(qū)域內(nèi)主要線路以及主要設(shè)備斷面也可進(jìn)行安全校核。安全校核是通過遞歸算法將多級優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為小規(guī)模子問題進(jìn)行求解，同時(shí)需要針對求解斷面進(jìn)行多次搜索優(yōu)化，主要流程如圖4所示。

圖4 斷面安全校核流程

3.3 互聯(lián)電網(wǎng)出清調(diào)度計(jì)劃校核

考慮到大電網(wǎng)互聯(lián)，需要擴(kuò)展電能計(jì)劃安全校核的廣度和深度，增強(qiáng)日計(jì)劃安全控制能力，在統(tǒng)一調(diào)度分級管理的模式下，利用分層分級校核方式，指導(dǎo)省網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線路交換功率以及電網(wǎng)不同區(qū)域之間的機(jī)組計(jì)劃和功率潮流轉(zhuǎn)移。流程如圖5所示。

圖5 互聯(lián)電網(wǎng)出清計(jì)劃校核流程

3.4 新能源交易校核

調(diào)度指定新能源參與的交易區(qū)及設(shè)定交易總電力后，系統(tǒng)將自動進(jìn)行交易電力的分配。在交易電力分配的過程中兼顧斷面安全及全網(wǎng)調(diào)峰校核，交易分配流程如圖6所示。

圖6 新能源安全校核

4 案例分析

4.1 案例說明

選擇聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)作為仿真分析模型，驗(yàn)證本文提出的校核有效性。系統(tǒng)如圖7所示，每區(qū)域含有3臺機(jī)組。

圖7 系統(tǒng)示意圖

機(jī)組出力參考值如表1所示。

表1 機(jī)組初始功率

利用現(xiàn)貨交易出清結(jié)果作為校核條件，其中典型日負(fù)荷曲線如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)負(fù)荷需求

4.2 結(jié)果分析

利用本文的模型進(jìn)行仿真，得到典型日跨區(qū)交易電量曲線如圖9所示。

圖9 交易曲線

通過線路潮流安全約束和斷面潮流安全約束校核后，聯(lián)絡(luò)線交換功率如表2所示。

表2 發(fā)斷面校核結(jié)果

各機(jī)組在申報(bào)時(shí)段1～4時(shí)內(nèi)的申報(bào)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 機(jī)組申報(bào)數(shù)據(jù)

從上述結(jié)果來看，將大電網(wǎng)斷面控制納入安全校核后，斷面潮流的越限情況明顯降低，有利于維持系統(tǒng)間動態(tài)平衡。同時(shí)，交易電量曲線在夜間價(jià)格較低時(shí)增長較大，說明了利用節(jié)點(diǎn)價(jià)格的現(xiàn)貨交易能夠更好地反映日內(nèi)的交易動態(tài)，有助于機(jī)組出力之間的平衡分配。

從交易的申報(bào)數(shù)據(jù)來看，交易機(jī)組A1的出力限值上限最大，其申報(bào)容量與機(jī)組A2的申報(bào)容量相同，而A2機(jī)組申報(bào)價(jià)格更低，則安全校核時(shí)優(yōu)先匹配A2機(jī)組。B區(qū)域機(jī)組作為受讓方申報(bào)電量較低，需要通過安全校核與A區(qū)域機(jī)組匹配。

從校核結(jié)果看，添加線路和斷面功率校核有助于平衡區(qū)域間機(jī)組出力、聯(lián)絡(luò)線交換功率，能夠提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

本文提出了考慮電力現(xiàn)貨市場交易的大電網(wǎng)安全校核模型。通過仿真分析說明了區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)在進(jìn)行現(xiàn)貨交易時(shí)和斷面的潮流情況。從結(jié)果分析來看，將大電網(wǎng)斷面控制進(jìn)行安全校核后，潮流越限概率有所降低，能夠有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，機(jī)組在日內(nèi)進(jìn)行交易申報(bào)，能夠有效撮合相應(yīng)機(jī)組的發(fā)電出力匹配情況，進(jìn)一步優(yōu)化在傳統(tǒng)調(diào)度機(jī)組上聯(lián)絡(luò)線功率偏差和控制問題。