廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 邱丹驊 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 黎嘉明

抽水蓄能電站具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、事故備用和黑啟動等多種功能，是電力系統(tǒng)實時運行的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)電源。2021年5月國家發(fā)展改革委印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》，明確提出今后一段時期加快發(fā)展抽水蓄能電站是提升電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性的重要方式，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的迫切要求，對保障電力供應(yīng)、確保電網(wǎng)安全、促進(jìn)新能源消納、推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義。《南方電網(wǎng)公司建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動方案（2021-2030年）》提出要大力發(fā)展抽水蓄能，“十四五”和“十五五”期間分別投產(chǎn)500萬和1500萬千瓦抽水蓄能，2030年抽水蓄能裝機達(dá)到2800萬千瓦左右。

可以預(yù)見抽水蓄能將成為今后一段時期電力系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向，抽水蓄能機組容量占電源裝機比例將進(jìn)一步上升。因此，如何做好抽水蓄能與電力市場建設(shè)發(fā)展的銜接是一個必須考慮的問題，特別是在當(dāng)前市場機制尚未完善、抽水蓄能電站尚未作為獨立市場主體參與市場的背景下，調(diào)度機構(gòu)如何科學(xué)、規(guī)范使用蓄能機組，避免蓄能開停對電力現(xiàn)貨市場運行邊界產(chǎn)生過大影響顯得尤為重要。

以目前已開展電力現(xiàn)貨市場全月結(jié)算試運行的廣東省為例，廣東省內(nèi)的抽水蓄能電站均為電網(wǎng)公司資產(chǎn)，根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)貨市場規(guī)則，蓄能機組視為A類機組（指暫未獲得與用戶側(cè)直接交易資格的發(fā)電機組），不參與市場競爭，蓄能日前發(fā)電計劃由調(diào)度機構(gòu)方式策劃專業(yè)根據(jù)系統(tǒng)需求安排，實時層面由調(diào)度專業(yè)負(fù)責(zé)調(diào)整，蓄能發(fā)電計劃作為日前和實時市場出清的邊界條件使用。截至2020年底，廣東電網(wǎng)調(diào)管的抽水蓄能總裝機為6680MW（單機均為300MW左右），容量十分可觀，蓄能發(fā)電計劃調(diào)整對電網(wǎng)斷面調(diào)控、競價空間影響較大，進(jìn)而對市場出清結(jié)果產(chǎn)生重大影響。本文通過分析2020年8月廣東電力現(xiàn)貨市場全月結(jié)算試運行期間相關(guān)運行數(shù)據(jù)，對電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下抽水蓄能機組的應(yīng)用場景、實時調(diào)度原則、輔助決策算法進(jìn)行研究。

1 蓄能使用場景分析

1.1 負(fù)荷低谷時段配合系統(tǒng)調(diào)峰

廣東電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大，谷峰比可低至0.62以下，燃機、煤機、核電機組可調(diào)空間有限，為配合西電等清潔能源消納，在負(fù)荷低谷期需要增開蓄能抽水工況（以下簡稱“開泵”）配合調(diào)峰。2020年8月上旬（8月1～10日）廣東電網(wǎng)實測負(fù)荷數(shù)據(jù)顯示，夜間低谷全省調(diào)峰缺口最小為463MW，最大為4748MW，所有日期均需要安排蓄能開泵配合系統(tǒng)調(diào)峰，開泵需求最小為2臺，最大為16臺。

1.2 負(fù)荷高峰時期提供發(fā)電側(cè)備用容量

抽水蓄能機組能夠為系統(tǒng)提供可快速調(diào)用的發(fā)電側(cè)備用容量，2020年8月上旬廣東電網(wǎng)實測負(fù)荷數(shù)據(jù)顯示，10天中共有7天需由蓄能機組補充提供備用容量，其中不計蓄能時全省備用缺口最小為134MW，最大為6577MW，對應(yīng)的蓄能發(fā)電工況（以下簡稱“開機”）需求最小為1臺、最大為22臺。應(yīng)注意，為保證蓄能所提供的備用容量在發(fā)生事故時可足量調(diào)出，蓄能上庫可發(fā)電庫容必須滿足蓄能機組持續(xù)提供相應(yīng)發(fā)電功率所對應(yīng)的水量。

1.3 負(fù)荷急升急降段補充常規(guī)機組的調(diào)節(jié)速率缺口

廣東電網(wǎng)在8:00、12:00等負(fù)荷急升急降段負(fù)荷變化速率最大可以達(dá)到1000MW/min，需大量運行機組同步充分調(diào)用其負(fù)荷調(diào)節(jié)能力配合調(diào)整。但實際各機組的調(diào)節(jié)速率并不能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致實際在運機組無法完全滿足負(fù)荷變化需求，需調(diào)度員通過遙控蓄能啟停機泵輔助調(diào)節(jié)。

根據(jù)8月廣東實測負(fù)荷數(shù)據(jù)，可計算出每日8:00、12:00前后的最大負(fù)荷變化速率。再根據(jù)全省常規(guī)機組及外送電負(fù)荷變化速率得到必須由蓄能補充的調(diào)節(jié)速率缺口，以及對應(yīng)的需配合快速調(diào)節(jié)的蓄能機組臺數(shù)。從表1可見，除去周末負(fù)荷爬坡速率減緩以外，其余時間廣東電網(wǎng)在8:00負(fù)荷急升段需要3～4臺蓄能機組配合停泵/開機，在12:00負(fù)荷急降段需要4～6臺蓄能機組配合停機/開泵。

1.4 蓄能水庫水量調(diào)整

為實現(xiàn)蓄能電站庫容的可持續(xù)循環(huán)利用，一般在夜間開泵抽水后需在日間開機重新釋放蓄能上庫庫容，實現(xiàn)蓄能庫容的“按日復(fù)位”。應(yīng)注意到，8月上旬部分日期夜間負(fù)荷低谷期調(diào)峰盈余較大，但次日高峰往往備用緊張，因此仍需提前安排開泵抽水備足可發(fā)電庫容；反之，夜間調(diào)峰困難的日期可能開泵較多，次日高峰時段一般無需蓄能機組補充備用容量，但仍需安排機組開機以釋放庫容。

2 抽水蓄能機組實時調(diào)度原則

基于抽水蓄能機組的使用場景，以確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、電力現(xiàn)貨市場平穩(wěn)有序運轉(zhuǎn)為目標(biāo)，提出抽水蓄能機組實時調(diào)度原則：在保障系統(tǒng)運行安全、保證西電等清潔能源消納的情況下，以最少調(diào)用、實時/日前計劃偏差最小化為目標(biāo)使用省內(nèi)蓄能機組，以實現(xiàn)對市場干預(yù)最小化、蓄能損耗最小化；夜間根據(jù)蓄能剩余水量、低谷調(diào)峰缺口、次日需提供的發(fā)電側(cè)備用容量對應(yīng)最低水量制定蓄能計劃；日間根據(jù)高峰時段備用需求、斷面頂峰需要制定蓄能計劃，剩余時段根據(jù)蓄能庫容均勻安排開機放水，實現(xiàn)蓄能庫容的每日復(fù)位；負(fù)荷急升急降時段根據(jù)超短期負(fù)荷預(yù)測確定常規(guī)機組調(diào)峰速率缺口，定量安排蓄能機組啟停進(jìn)行補充；除蓄能水位異常、備用/調(diào)峰盈余緊張等情況，當(dāng)與蓄能強相關(guān)的斷面重載時不安排蓄能的啟停計劃，避免蓄能計劃安排觸發(fā)異常電價；蓄能計劃安排應(yīng)盡量根據(jù)負(fù)荷走勢逐步變化，避免由于階躍式的蓄能計劃跳變造成市場出清出現(xiàn)不平衡量。應(yīng)注意，精準(zhǔn)落實以上原則需比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算和安全校核，僅依賴人工經(jīng)驗很難嚴(yán)格實現(xiàn)，因此需研究抽水蓄能機組實時運行的輔助決策算法。

3 抽水蓄能機組輔助決策算法

3.1 電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下抽水蓄能機組輔助決策算法主要邏輯

3.2 混合整數(shù)線性規(guī)劃問題

計算以下混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，兼顧水量、平滑各時段出力即可優(yōu)化得出蓄能發(fā)電計劃。

約束條件2，調(diào)峰最小開泵容量約束，t時段蓄能電站的開泵容量應(yīng)大于該時刻的最小調(diào)峰開泵容量：

約束條件3，負(fù)荷急升急降段補充調(diào)節(jié)速率約束，t時段蓄能出力絕對值應(yīng)大于對應(yīng)時段需要蓄能輔助調(diào)節(jié)的容量：；約束條件4，最小抽水容量約束，蓄能初始水量疊加出力計劃對應(yīng)的水量應(yīng)大于最小庫容儲備：式中為蓄能00:00時刻的初始水量。

約束條件5，庫容按日復(fù)位約束，即抽水蓄能電站24:00的水量與00:00初始水量保持一致：式中為蓄能24:00時刻的水量；約束條件6，功率平滑約束，相鄰時段（15分鐘）的蓄能計劃值變化不超過900MW（3臺機組），避免由于階躍式的蓄能計劃跳變造成市場出清出現(xiàn)不平衡量：≤900。

通過以上蓄能輔助決策算法，可在盡量減少對日前計劃干預(yù)的情況下自動生成實時蓄能出力計劃，基本滿足調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用、水量平衡等安全要求，為調(diào)度員實時調(diào)控蓄能機組提供決策支撐。