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        基于中長(zhǎng)期交易電量校核的輸電通道選擇方法研究

        2021-05-17 18:14:34江海龍王海超郝宇星張偉時(shí)
        河南科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:電力市場(chǎng)電網(wǎng)

        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。

        參考文獻(xiàn):

        [1]程雄,唐應(yīng)玲,申建建,等.電力市場(chǎng)環(huán)境下大規(guī)模水電站群月度交易電量分解與校核方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2020(8):2514-2525.

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        [4]張傳成,許丹,戴賽,等.基于特征時(shí)段提取的月度發(fā)電計(jì)劃與安全校核模型[J].電網(wǎng)技術(shù),2016(11):3342-3347.

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