江海龍 王海超 郝宇星 張偉時(shí)

摘 要：當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，電力需求不斷提升，電網(wǎng)日常運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生大量的中長(zhǎng)期交易電量校核量。本研究以目前短期交易電量校核為基礎(chǔ)，分析其中存在的缺點(diǎn)，結(jié)合電力市場(chǎng)中長(zhǎng)期交易校核需求，構(gòu)建中長(zhǎng)期電量校核模型，以探究輸電通道的有效選擇策略。研究結(jié)果表明，以貪婪算法為核心的輸電線路通道選擇策略具有顯著的效果，可以作為未來(lái)長(zhǎng)期交易電量校核時(shí)輸電通道的首要選擇。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);交易校核;貪婪算法;輸電通道;中長(zhǎng)期交易;電力市場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TM73;TP301.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）03-0110-03

Research on Transmission Channel Selection Method Based on

Medium- and Long-Term Transaction Electricity Check

JIANG Hailong WANG Haichao HAO Yuxing ZHANG Weishi

（Anhui Power Exchange Center Co.， Ltd.，Hefei Anhui 230061）

Abstract： At present， China's social economy is developing steadily， and the demand for electricity continues to increase， during the daily operation of the power grid， a large amount of medium- and long-term transaction electricity verification is generated. Based on the current short-term transaction electricity check， This study analyzed its shortcomings， combined with the mid- and long-term transaction check requirements of the electricity market， and built a medium- and long-term electricity check model to explore effective transmission channel selection strategies. The research results show that the transmission line channel selection strategy based on the greedy algorithm has a significant effect， and can be used as the primary choice for the transmission channel in the future long-term transaction power verification.

Keywords： power grid;transaction verification;greedy algorithm;transmission channel;medium-and long-term transaction;power market

從目前的電網(wǎng)技術(shù)來(lái)看，新能源產(chǎn)出電量交易呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這種狀態(tài)將會(huì)造成電網(wǎng)發(fā)電、用電的失衡[2]。這是因?yàn)檩^大數(shù)量的用電直接交易將會(huì)增加電網(wǎng)企業(yè)的結(jié)算風(fēng)險(xiǎn)，這種交易方式還會(huì)減少電網(wǎng)內(nèi)動(dòng)態(tài)電量的空間。

從我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域性來(lái)看，各地電量需求具有較大的差異，沿海地區(qū)用電需求量高出中部地區(qū)45%左右，高出西部地區(qū)85%左右。對(duì)此，我國(guó)采取電力外送和跨區(qū)交易的方式，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域用電需求的平衡，但是這種方式將會(huì)增加電網(wǎng)運(yùn)行中的不確定因素，尤其是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定方面。對(duì)于電網(wǎng)而言，保障其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性是保障各區(qū)域正常用電的基礎(chǔ)，若要更好地體驗(yàn)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和靈活性，就必須做好電量交易的安全校核工作，特別是中長(zhǎng)期電量交易過(guò)程中形成的交易電量核算[1-3]。

1 構(gòu)建模型

在電力系統(tǒng)中，無(wú)論是傳統(tǒng)發(fā)電還是清潔能源發(fā)電，所產(chǎn)生的電力均會(huì)被接入內(nèi)網(wǎng)中。在實(shí)時(shí)電量的校核過(guò)程中，人們可以對(duì)不同形式產(chǎn)生的電能進(jìn)行統(tǒng)一校核計(jì)算。

校核時(shí)，以傳送的電量數(shù)值為自變量來(lái)進(jìn)行各分區(qū)電量的校核。其中，電網(wǎng)系數(shù)負(fù)荷均衡的函數(shù)可以表示為：

[L（t）=j=1ki=1NGPi，j（t）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[NG]為電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)總量;[k]為電網(wǎng)中存在的分區(qū)數(shù)量;[Pi，j（t）]為分區(qū)[j]中的第[i]個(gè)發(fā)電機(jī)組在時(shí)段[t]的發(fā)電功率;[L（t）]為時(shí)段[t]電網(wǎng)中存在的總負(fù)荷值。

電網(wǎng)各個(gè)分區(qū)中所有機(jī)組產(chǎn)生的電能實(shí)為該分區(qū)的實(shí)際發(fā)電量，并經(jīng)由輸電通道進(jìn)行區(qū)域之間的連接互通。因此，在校核周期內(nèi)，各分區(qū)電量平衡的目標(biāo)函數(shù)可以表示為：

[ED，j=EG，j+k=1NBk，j?ET，k]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[EG，j]為[j]分區(qū)中的總發(fā)電電能;[Bk，j]為輸電通道[k]屬性之間存在的關(guān)系，若其數(shù)值為-1，則表示分區(qū)[j]將采用輸電通道[k]進(jìn)行電量的傳輸，若數(shù)值為1，則表示分區(qū)[j]通道采用輸電通道[k]進(jìn)行電量的接收;[ET，k]為輸電通道中傳輸所傳送的電量值;[ED，j]為分區(qū)[j]中產(chǎn)生的用電量。

為了保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)各發(fā)電機(jī)組進(jìn)行約束，其中發(fā)電機(jī)組的約束方式為：

[Pi，min≤Pi，t i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NTPi，t≤Pi，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NT]? ? ? ? （3）

式中，[Pi，t]為機(jī)組[i]在[t]時(shí)段中實(shí)際的發(fā)電功率;[Pi，min]為機(jī)組[i]運(yùn)行中發(fā)電功率的最小值;[Pi，max]為機(jī)組[i]運(yùn)行中發(fā)電功率的最大值。

區(qū)域內(nèi)各發(fā)電機(jī)組功率升降速率的約束可以表示為：

[Pi，t-Pi，t-1≤ΔPG，i，t，up，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NTPi，t-1-Pi，t≤ΔPG，i，t，dv，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NT] （4）

式中，[ΔPG，i，t，up，max]為機(jī)組[i]在[t]時(shí)段中功率的最大提升值;[ΔPG，i，t，dw，max]為機(jī)組[i]在[t]時(shí)段中功率的最大降低值。

此外，在實(shí)施約束調(diào)整時(shí)，要根據(jù)實(shí)際具體需要和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，比如，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷率、電力系統(tǒng)潮流、發(fā)電機(jī)組最小開(kāi)機(jī)或停機(jī)時(shí)間以及輸電線路傳輸特性等條件的約束。

2 優(yōu)化輸電通道的選擇

機(jī)組電量具有上下限的約束要求，將會(huì)導(dǎo)致各個(gè)分區(qū)中發(fā)用電量的不均衡，所以要利用輸電通道對(duì)各分區(qū)內(nèi)的電量進(jìn)行輸送，以實(shí)現(xiàn)電量均衡的目的。由式（2）可知，為了實(shí)現(xiàn)發(fā)用電量的均衡，各分區(qū)進(jìn)行電量傳輸時(shí)，采用多條傳輸通道向單一分區(qū)或是多個(gè)分區(qū)進(jìn)行電量傳輸。在此過(guò)程中，人工方式不具有可控性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸電通道的最佳選擇，特別是規(guī)模較大、較為繁雜的電網(wǎng)。不同輸電通道的電量分配方式示意圖如圖1所示。

圖1中，a、b、c、d和e分別代表五個(gè)分區(qū)，雖然這個(gè)五個(gè)分區(qū)構(gòu)成的電網(wǎng)能夠使系統(tǒng)負(fù)荷形成平衡約束，但是a、b、c分區(qū)中各個(gè)發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量均高于區(qū)域內(nèi)的用電量，而d、e分區(qū)中各個(gè)發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量均低于區(qū)域內(nèi)的用電量。也就是說(shuō)，各個(gè)單獨(dú)分區(qū)的發(fā)電量和用電量存在不均衡的情況，因此要采用輸電通道的方式進(jìn)行分區(qū)的電量傳輸，通過(guò)采用構(gòu)成分區(qū)聯(lián)合電網(wǎng)的形式均衡各個(gè)分區(qū)的發(fā)用電量。其中，分配方式一和分配方式二均可以實(shí)現(xiàn)不同分區(qū)中電量的均衡，卻具有兩種完全不同形式的電量輸送通道。分配方式一需要具備四條電力輸送通道，才能實(shí)現(xiàn)各個(gè)分區(qū)發(fā)用電量的均衡狀態(tài)，而分配方式二需要具有三條電力輸送通道，用于完成分區(qū)中發(fā)送電量的均衡狀態(tài)。

隨著電網(wǎng)電力需求的不斷提升，電網(wǎng)分區(qū)數(shù)量將不斷地增加，在這種狀況下，人們將無(wú)法再通過(guò)人工方式進(jìn)行輸電通道的分配選擇，因此可以制定科學(xué)合理的方式實(shí)現(xiàn)輸電通道的優(yōu)化選擇。目前，在分區(qū)所構(gòu)成的電網(wǎng)中，按照各分區(qū)電量盈虧情況，其可分為兩種類型，即分區(qū)中電量存在富余的輸送電量以及電量不足的需求電量。因此，最佳的輸電通道策略就是在不同電量盈虧分區(qū)之間采用最少的輸電通道，從而保證電網(wǎng)中各個(gè)分區(qū)發(fā)用電量處于均衡狀態(tài)。本研究針對(duì)這一問(wèn)題將采用貪婪算法（Greedy Algorithm，GA）以及最優(yōu)子結(jié)構(gòu)（Optimal Substructure）屬性進(jìn)行求解。下面進(jìn)行具體方法分析。

根據(jù)電網(wǎng)中各個(gè)分區(qū)的盈虧電量，將電網(wǎng)各個(gè)分區(qū)劃分為輸送電量分類和受電量分類;將電網(wǎng)中不同種類性質(zhì)的分區(qū)按照盈虧電量的高低進(jìn)行降序排列;將輸送電量分類中具有最大富余電量分區(qū)的電量傳輸至受電量分類中電量不足的分區(qū);當(dāng)輸送電量分類中具有最大富余電量分區(qū)的電量高于受電量分類中電量不足分區(qū)的缺少電量時(shí)，輸送電量分區(qū)中具有最大富余電量分區(qū)的電量減去受電量分類中電量不足的分區(qū)缺電量后，將輸送電量分區(qū)中具有最大富余電量的分區(qū)按照當(dāng)前剩余富余電量大小重新排入輸送電量類中，與此同時(shí)將得到電量補(bǔ)充的受電量分類中電量不足的分區(qū)從受電量分區(qū)中去除;當(dāng)輸送電量分類中具有最大富余電量分區(qū)的電量低于受電量分類中電量不足分區(qū)的缺少電量時(shí)，應(yīng)將受電量分類中電量不足分區(qū)的缺少電量減去輸送電量分類中具有最大富余電量分區(qū)的電量后，將受電量分類中電量不足分區(qū)按照剩余缺少電量排序到受電量分類中，并將電量輸送后的最大富余電量分區(qū)進(jìn)行去除;根據(jù)上述方式循序進(jìn)行各個(gè)分區(qū)電量的輸送設(shè)置。

3 驗(yàn)證分析

3.1 實(shí)例驗(yàn)證

本研究將首先采用實(shí)驗(yàn)分析的方式驗(yàn)證輸電通道選擇策略的合理性，實(shí)驗(yàn)方法為：針對(duì)六個(gè)不同分區(qū)的發(fā)用電量進(jìn)行驗(yàn)證分析。六個(gè)不同分區(qū)的發(fā)用電量統(tǒng)計(jì)情況如表1所示

表1顯示，各個(gè)分區(qū)中，電量盈虧分類劃分為：c、e、f為輸送電量類，其中富余電量分別為41.9×104 MW·h、7.2×104 MW·h和5.0×104 MW·h;a、b、d為受電量類，各分區(qū)缺電量分別為49.7×104 MW·h、46.7×104 MW·h和22.9×104 MW·h。

下面采用本研究中輸電通道選擇策略進(jìn)行分區(qū)電量的輸送，結(jié)果如表2所示。

本文結(jié)合GA算法選擇有效的輸電通道策略，其中各輸電通道中傳輸?shù)碾娏咳绫?所示。

表3所排列的順序?yàn)椴呗赃\(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行的順序，由此可以發(fā)現(xiàn)，輸電過(guò)程以優(yōu)先傳輸至缺電量較大的分區(qū)作為主要原則。

3.2 仿真驗(yàn)證

為了更加真實(shí)地了解本研究中采用的輸電通道策略的科學(xué)性、適用性，本文將進(jìn)行仿真模擬驗(yàn)證，主要方法為：模擬不同分區(qū)中發(fā)用電量不同的情況，并將GA算法同啟發(fā)式算法（Heuristic Algorithm）中能夠?qū)崿F(xiàn)性能最優(yōu)的Min-Min遺傳算法進(jìn)行結(jié)果比較，從而驗(yàn)證GA算法的有效性[4]。

在實(shí)施仿真模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了保證仿真驗(yàn)證的真實(shí)性，將隨機(jī)設(shè)置10～50的整數(shù)作為十個(gè)分區(qū)的發(fā)電量，將設(shè)置的10個(gè)發(fā)電量參數(shù)的總和作為基準(zhǔn)，從而得到各個(gè)分區(qū)的用電量。本研究仿真模擬驗(yàn)證中，各分區(qū)發(fā)用電情況如表4所示。

根據(jù)表4中各區(qū)的發(fā)用電量，若套用GA算法，則可以得到采用輸電通道選擇策略的各區(qū)傳輸電量，如表5所示。

根據(jù)表4中各區(qū)的發(fā)用電量，若套用Min-Min遺傳算法，則可以得到輸電通道傳輸電量，如表6所示。

從表5、表6中的仿真模擬通道結(jié)果來(lái)看，采用本研究的GA算法時(shí)，輸電通道為8條，而采用Min-Min遺傳算法時(shí)，輸電通道為9條。由此可見(jiàn)，以貪婪算法為核心的輸電線路通道選擇策略具有顯著的效果，可作為未來(lái)長(zhǎng)期交易電量校核時(shí)輸電通道的首要選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究以電網(wǎng)不同分區(qū)發(fā)用電量分配的中長(zhǎng)期電量交易校核為對(duì)象，分析電網(wǎng)系統(tǒng)中各區(qū)負(fù)荷均衡的目標(biāo)函數(shù)和各項(xiàng)約束條件。針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中各分區(qū)發(fā)用電量不均衡的情況，本文采用GA算法作為中輸電通道的選擇策略，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證、仿真驗(yàn)證的形式評(píng)價(jià)輸電通道策略的科學(xué)性和適用性。結(jié)果顯示，以貪婪算法為核心的輸電線路通道選擇策略具有顯著的效果，可以作為未來(lái)長(zhǎng)期交易電量校核時(shí)輸電通道的首要選擇。

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