李虎軍 趙文杰 白宏坤 王天梁 李 遷 姜 欣

(1.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 鄭州 450052；2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 鄭州 450003；3.鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 鄭州 450001)

1 引言①

2020年7月15 日，青?！幽稀?00 kV特高壓直流工程啟動(dòng)送電，標(biāo)志著工程建設(shè)取得重大里程碑進(jìn)展[1]。青?！幽稀?00 kV特高壓直流輸電工程(以下簡稱“青海直流”)是全國乃至全世界第一條專為清潔能源外送而建設(shè)的特高壓通道，該工程建成后，滿載可向河南電網(wǎng)輸送容量800萬kW，電量419億kW·h。

近年來，河南省電力公司開展了包括跨區(qū)跨省年度交易[2]、跨區(qū)跨省臨時(shí)交易[3]、發(fā)電權(quán)交易[4]、省內(nèi)直接購電交易[5]等在內(nèi)的多種購售電交易。特別是2014年哈密南—鄭州±800 kV特高壓直流輸電工程(天中直流)投運(yùn)后，對(duì)河南省外購電來源、種類以及省內(nèi)購電策略等產(chǎn)生了重要影響。隨著國內(nèi)市場化改革不斷走向深化[6]，2020年青海直流投運(yùn)后，將給河南電力公司購售電經(jīng)營帶來以下挑戰(zhàn)。

(1) 市場化的生產(chǎn)經(jīng)營給省級(jí)電力公司購售電提出了更新、更高的要求。

(2) 波動(dòng)性能源劇增。青海直流為全部清潔能源送電，加之省內(nèi)風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電上網(wǎng)比例高速增長，確定性的購售電方式已難以適應(yīng)新的電網(wǎng)運(yùn)行方式。

(3) 低碳化節(jié)能減排約束?！笆奈濉逼陂g河南電網(wǎng)將進(jìn)一步壓縮火電發(fā)電空間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，購售電經(jīng)營優(yōu)化決策應(yīng)充分結(jié)合多元能源的可用性與供應(yīng)能力。

(4) 購電經(jīng)營面臨多元挑戰(zhàn)。多元能源發(fā)電，加大了電力電量平衡預(yù)測的難度，需要預(yù)留適度的購售電空間，做好年度與月度購電策略的協(xié)調(diào)，以規(guī)避購售電風(fēng)險(xiǎn)。

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，迫切需要綜合分析青海直流投運(yùn)對(duì)河南省電力公司的省內(nèi)/省外購電策略、購電成本以及購電風(fēng)險(xiǎn)的影響，研究考慮青海直流的河南省電力公司的購電優(yōu)化決策，滿足多情景、多因素下河南電力公司的購電業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)運(yùn)作需求，以實(shí)現(xiàn)省級(jí)電力公司購售電效益最大化。

對(duì)于省級(jí)電力公司購電風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[7]對(duì)購電風(fēng)險(xiǎn)的影響因素進(jìn)行了識(shí)別和關(guān)系分析，并提出了相應(yīng)的購電風(fēng)險(xiǎn)防控措施；文獻(xiàn)[8]總結(jié)了常用的風(fēng)險(xiǎn)量化方法，包括方差法、VaR法以及CvaR法等。而在省級(jí)電力公司購電策略優(yōu)化方面，文獻(xiàn)[9]基于條件風(fēng)險(xiǎn)值在購電組合中應(yīng)用，建立了省級(jí)電力公司購電風(fēng)險(xiǎn)最小和購電成本最小的多目標(biāo)優(yōu)化模型；文獻(xiàn)[10]立足于中長期電力交易機(jī)制，引入偏差電量考核機(jī)制，建立了購電策略優(yōu)化模型；文獻(xiàn)[11]則考慮省內(nèi)與省間兩級(jí)電力市場間的協(xié)調(diào)，提出了一種雙層非線性且計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的多目標(biāo)優(yōu)化模型；文獻(xiàn)[12]考慮風(fēng)電和負(fù)荷的不確定性，實(shí)現(xiàn)了省級(jí)電力公司在多時(shí)間尺度、多類市場上期望購電成本和購電風(fēng)險(xiǎn)的最小化。但目前，針對(duì)專門用于大規(guī)模清潔能源外送的特高壓直流輸電，省級(jí)電力公司購電協(xié)調(diào)優(yōu)化決策的相關(guān)研究較少。

因此，本文以年度、月度為交易周期，以購電成本最小和購電風(fēng)險(xiǎn)最小兩種情況對(duì)中長期合約市場的購電量進(jìn)行分析與優(yōu)化。首先是基于中長期電量平衡對(duì)年度、月度購電優(yōu)化空間的辨別；其次在僅考慮成本的購電優(yōu)化過程的基礎(chǔ)上，基于兩緯度風(fēng)險(xiǎn)分析法，進(jìn)行考慮風(fēng)險(xiǎn)的省級(jí)電力公司購電優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上，研究了省級(jí)電力公司在多級(jí)多時(shí)間尺度市場上的購電協(xié)調(diào)決策；最后依據(jù)青海直流送端配套電源建設(shè)情況以及河南電網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展情況，對(duì)青海直流投運(yùn)后2020—2025年河南省電力公司的購電決策進(jìn)行優(yōu)化，驗(yàn)證了本文所提方法的可行性。

2 省級(jí)電力公司購電優(yōu)化空間辨識(shí)

存在購電優(yōu)化空間是進(jìn)行購電優(yōu)化的先決條件[13]。由于用電負(fù)荷具有月度不均衡性、發(fā)電電源豐平枯季節(jié)的發(fā)電量各不相同[14]，因此電網(wǎng)公司豐平枯季節(jié)購電優(yōu)化的約束條件不同，購電優(yōu)化空間的辨別和購電優(yōu)化工作分解到月度更為合理。本文基于中長期電量平衡計(jì)算，首先得到年度購電優(yōu)化空間，再逐月分解得到月度購電優(yōu)化空間。

2.1 年度購電優(yōu)化空間

假設(shè)某省在決策年投運(yùn)一條大規(guī)模清潔能源特高壓直流通道。首先依據(jù)年度電量平衡計(jì)算，在不考慮該特高壓直流輸電通道時(shí)，得到?jīng)Q策年的電量缺口為

式中，Qshort為省級(jí)電力公司決策年電量缺口；Qd為決策年省內(nèi)全社會(huì)用電量；N為省內(nèi)各類型發(fā)電機(jī)組的集合；Pi為省內(nèi)類型i發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量；為相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組年平均利用小時(shí)數(shù)；M為已有省外購電通道集合；Qk為已有省外購電通道k的年購電量。

將電量缺口Qshort與特高壓直流通道的年送電量對(duì)比，可以判斷出省網(wǎng)在決策年是否能夠完全消納區(qū)外送入電量，且電量缺口Qshort即為省級(jí)電力公司針對(duì)特高壓直流輸電通道的購電優(yōu)化空間。

2.2 月度購電優(yōu)化空間

考慮省內(nèi)負(fù)荷季節(jié)性調(diào)峰和月度用電量不均衡系數(shù)[15]，在保證省內(nèi)優(yōu)先消納光伏、風(fēng)電、水電、非統(tǒng)調(diào)發(fā)電量以及已有省外協(xié)議電量上，得到各月的可調(diào)電量為

依據(jù)可調(diào)電量的月度變化趨勢得到省內(nèi)其他機(jī)組的各月計(jì)劃發(fā)電量，進(jìn)而將年度購電優(yōu)化空間分解至月。

3 考慮風(fēng)險(xiǎn)的青海直流購電優(yōu)化

3.1 兩緯度風(fēng)險(xiǎn)分析法

隨著區(qū)域電力市場的發(fā)展，省級(jí)電力公司的購電選擇更加多元化。電力公司可以利用省內(nèi)外能源資源狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異，在省內(nèi)外不同能量市場組合購電，協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)與收益。兩緯度分析法是指從時(shí)間與空間緯度分割市場，從而達(dá)到更好分析市場的目的。從時(shí)間維度上，電力市場可以分為實(shí)時(shí)市場、日前市場及中長期合約市場，其中日前市場和實(shí)時(shí)市場屬于現(xiàn)貨市場[16]；從空間維度上，可以大致分為省內(nèi)市場及跨省跨區(qū)市場?？紤]到我國電力市場建設(shè)正處于起步階段[17]，本文主要研究省級(jí)電力公司在跨省跨區(qū)域合約市場、省內(nèi)合約市場、現(xiàn)貨市場這三個(gè)市場的購電優(yōu)化決策。

在合約市場上，省級(jí)電力公司與省內(nèi)外的發(fā)電廠簽訂合約，主要包括年度合約電量、年度合約電量月分解電量以及合約電價(jià)。然而合約電量與實(shí)際發(fā)電能力的偏差直接會(huì)給電網(wǎng)公司帶來較大的購電成本風(fēng)險(xiǎn)，尤其是當(dāng)實(shí)際發(fā)電量低于合約電量時(shí)，電網(wǎng)公司就要在現(xiàn)貨市場上以更高的價(jià)格來購買偏差電量，使其購電成本增加。在現(xiàn)貨市場上，由于供需關(guān)系的劇烈變化，使得現(xiàn)貨價(jià)格的波動(dòng)很大，同樣會(huì)使得電網(wǎng)公司面臨較大的購電成本風(fēng)險(xiǎn)[18]。

合約市場的電量波動(dòng)以及現(xiàn)貨市場的電價(jià)波動(dòng)均是產(chǎn)生電網(wǎng)公司購電成本風(fēng)險(xiǎn)的的主要原因。目前普遍采用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法均是以風(fēng)險(xiǎn)因子[19]的歷史統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析為基礎(chǔ)的，科學(xué)合理的統(tǒng)計(jì)分析方法將使風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估更具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

3.2 考慮成本的購電優(yōu)化過程

以下建立只考慮購電成本最小時(shí)，省級(jí)電力公司的購電策略模型。

假設(shè)省電力公司可以自由支配的購電量為Sd，其中省內(nèi)可自由支配的購電量為Sz，省外購電量為Sw；省內(nèi)購電與省外購電說明如下所示。

省內(nèi)購電：假設(shè)省內(nèi)有N個(gè)發(fā)電廠，第i個(gè)發(fā)電廠的容量為Pimax，其廠用電率為δi；國家規(guī)定其利用小時(shí)數(shù)為t0i，其實(shí)際最大可利用小時(shí)數(shù)為timax；第i個(gè)發(fā)電廠的電價(jià)為C0i，超定價(jià)電量的電價(jià)為Ci；假設(shè)第i個(gè)發(fā)電廠的實(shí)際發(fā)電量為Sgi，電網(wǎng)從第i個(gè)發(fā)電廠購入的電量為Si，其中Si=Sgi-(1-δi)；在國家規(guī)定的利用小時(shí)數(shù)的基礎(chǔ)發(fā)電量為Sg0i，其中Sg0i=Pimax×t0i；對(duì)應(yīng)國家規(guī)定的該電廠的上網(wǎng)電量為S0i，其中S0i=Pimax×t0i(1-δi)；第i個(gè)發(fā)電廠的最大發(fā)電能力為Sgimax，其中Sgimax=Pimax×timax；該電廠可以達(dá)到的最大上網(wǎng)電量為Simax=Sgimax×(1-δi)=Pimax×timax×(1-δi)；其中i=1, 2, 3, …,N。

省外購電：設(shè)省外購電通道有M條，假設(shè)第i條購電通道的容量為qimax，對(duì)應(yīng)電價(jià)為Cwi，每個(gè)月實(shí)際最大可利用小時(shí)數(shù)為twimax，則通過第i條購電通道最大可購入電量為Swimax=qimax×twimax；其中i=1, 2, 3, …,M。

假設(shè)省公司可以自由支配的從省內(nèi)第i個(gè)電廠購入的上網(wǎng)電量為Szi；從省外第i條購電通道購入的上網(wǎng)電量為Swi。那么基于購電成本最小為目標(biāo)的購電優(yōu)化模型可以表示為

求解上述模型的Szi，即可得到從省內(nèi)第i個(gè)電廠購入的可以自由支配的上網(wǎng)電量，則從該電廠購入的全部上網(wǎng)電量為Si=Szi+S0i；求解出上述模型的Swi，即可得到從省外第i條通道購入的電量。那么電網(wǎng)公司全部的購電成本如式(5)所示，由此得到購電方案。

對(duì)于考慮青海直流的河南省電力公司的購電策略，如果僅考慮購電成本最小，由于合約電價(jià)一般都低于現(xiàn)貨電價(jià)，得到的購電組合方案肯定是合約電量越多購電成本越小。青海直流為全部清潔能源送電，且風(fēng)電、太陽能占比很大，其電價(jià)較低；但是清潔能源出力的不確定會(huì)使得與青海直流的合約電量與實(shí)際發(fā)電量出現(xiàn)偏差，一旦出現(xiàn)偏差電量，那么河南電網(wǎng)公司就要增加現(xiàn)貨市場的購電量，由于現(xiàn)貨電價(jià)的不確定，使得河南電網(wǎng)公司面臨很大的購電成本風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，跨省跨區(qū)交易的偏差電量將會(huì)直接加劇河南省現(xiàn)貨市場的電價(jià)波動(dòng)。

綜上所述，需要在購電優(yōu)化模型中考慮風(fēng)險(xiǎn)約束，可以基于兩維度風(fēng)險(xiǎn)量化分析法，在以購電成本最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型基礎(chǔ)上，加入風(fēng)險(xiǎn)約束[20]，構(gòu)建同時(shí)考慮購電成本最小以及風(fēng)險(xiǎn)最小的優(yōu)化模型，得到考慮青海直流的河南省電網(wǎng)公司中長期購電優(yōu)化方案。

對(duì)于全部清潔能源送電的特高壓直流輸電通道，跨省跨區(qū)交易存在電量波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)貨市場購電電價(jià)波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，因此本文基于兩維度風(fēng)險(xiǎn)量化分析法對(duì)考慮特高壓直流送電的省級(jí)電力公司購電成本風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化。

3.3 考慮風(fēng)險(xiǎn)的購電優(yōu)化過程

在上述以購電成本最小為目標(biāo)的購電優(yōu)化過程的基礎(chǔ)上，加入對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的考慮。首先使用第 3.1節(jié)中的兩維度風(fēng)險(xiǎn)分析法，對(duì)青海直流電量的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)以及河南現(xiàn)貨市場電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，分析河南省電網(wǎng)公司購青海直流購電成本的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，得到購青海直流合約電量與現(xiàn)貨電量的比例，指導(dǎo)省級(jí)電力公司進(jìn)行購電優(yōu)化決策以及購電風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避。

由于 2020年投運(yùn)的青海直流是第一條全部為清潔能源送電的特高壓直流輸電通道，沒有關(guān)于其送電量波動(dòng)的歷史數(shù)據(jù)，也無法得出有效刻畫其送電量波動(dòng)的概率分布參數(shù)。另外，目前河南省的電力現(xiàn)貨市場還未真正建立，具體的河南省電力交易的現(xiàn)貨價(jià)格波動(dòng)變化規(guī)律也無從得知。因此，無法使用VaR法和CVaR法對(duì)青海直流電量波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)以及河南現(xiàn)貨價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行度量。本文將使用方差度量法量化電量波動(dòng)和電價(jià)波動(dòng)對(duì)購青海直流成本的影響，以不同合約電量比例下的購電成本的方差作為該比例下河南電網(wǎng)公司面臨的購電風(fēng)險(xiǎn)值。購電風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算步驟如下。

(1) 假設(shè)某交易時(shí)段內(nèi)青海直流電量Sq～N(μ，σ2)。

(2) 在給定正態(tài)分布下，計(jì)算給定置信水平下的可靠青海直流電量。

(3) 給定某交易時(shí)段青海直流合約比例s，并將步驟(2)中得到的可靠電量與比例s下的合約電量進(jìn)行對(duì)比，得到波動(dòng)的某交易時(shí)段青海直流現(xiàn)貨電量以及需要額外從現(xiàn)貨市場上購買的現(xiàn)貨電量。

(4) 給定不同現(xiàn)貨電量下，河南電力市場現(xiàn)貨價(jià)格(原則為現(xiàn)貨電量越少，現(xiàn)貨價(jià)格越高)。

(5) 根據(jù)步驟(2)～(4)確定的各類型電量，計(jì)算合約比例為s時(shí)各置信水平下的購青海直流電量成本，并計(jì)算成本的均值與方差。

(6) 改變青海直流合約比例s的值，得到一系列s下的購青海直流電量成本的均值與方差，對(duì)比得出某交易時(shí)段最優(yōu)的特高壓直流合約比例。

另外，如果特高壓直流中長期合約在執(zhí)行中仍出現(xiàn)偏差，省級(jí)電力公司還可以通過建立偏差考核機(jī)制通過預(yù)掛牌月平衡偏差方式、預(yù)掛牌日平衡偏差方式、等比例調(diào)整方式或滾動(dòng)調(diào)整的方式來規(guī)避購電成本波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4 省級(jí)電力公司購電協(xié)調(diào)決策

省內(nèi)購售電與省外購售電的協(xié)調(diào)優(yōu)化決策、效益分析與風(fēng)險(xiǎn)控制，即從省內(nèi)不同電價(jià)類型的機(jī)組“購電”、向省內(nèi)躉售電用戶及直供電用戶“售電”與從省外(跨省跨區(qū))不同輸電通道及不同電價(jià)類型的機(jī)組“購電”、向省外“售電”四個(gè)方向的協(xié)調(diào)優(yōu)化決策、效益分析與風(fēng)險(xiǎn)控制，如圖1所示。

圖1 購電協(xié)調(diào)決策技術(shù)路線圖

外送電要與省內(nèi)市場進(jìn)行有效協(xié)調(diào)。在水電、電煤難以預(yù)料的情況下，如果簽訂較多的中長期外送電合同，當(dāng)省內(nèi)電力供應(yīng)緊張時(shí)，可能會(huì)造成一邊電力大量外送而省內(nèi)拉閘限電、經(jīng)濟(jì)利益損失較大的尷尬局面。

4.1 多級(jí)市場購電協(xié)調(diào)

(1) 不同省外購電來源間的協(xié)調(diào)。根據(jù)國家有關(guān)能源政策和促進(jìn)清潔能源發(fā)展的要求，且考慮到清潔能源價(jià)格的價(jià)格優(yōu)勢，省級(jí)電力公司外購電策略協(xié)調(diào)中需要優(yōu)先保證可靠性較高的清潔能源電量全額消納。而對(duì)于外購火電，可將其作為重要補(bǔ)充，提升省外購電的供電穩(wěn)定性。

(2) 省外購電與省內(nèi)購電間有效協(xié)調(diào)。由于省內(nèi)購電的供電穩(wěn)定性較高，而省外購電的價(jià)格優(yōu)勢較為顯著，因此可在保障省內(nèi)發(fā)電計(jì)劃的基礎(chǔ)上，逐步降低省內(nèi)的購電量，保證省內(nèi)和省外購電的合理比例。在河南省電力供需形勢緩和的情況下，可能出現(xiàn)為大量消納外省低價(jià)水電而壓低省內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電出力的情況，影響本省火電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。為解決這一矛盾，可以考慮逐步探索建立清潔能源跨區(qū)跨省輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，提升受電省份火電企業(yè)參與調(diào)峰的積極性。對(duì)于水電跨區(qū)跨省消納，可設(shè)定跨區(qū)跨省交易基準(zhǔn)曲線，送電省送出水電的基準(zhǔn)曲線按照不低于75%調(diào)峰進(jìn)行確定，超出基準(zhǔn)曲線部分，由送電發(fā)電企業(yè)對(duì)受電省提供調(diào)峰等輔助服務(wù)的發(fā)電企業(yè)予以補(bǔ)償。此外，隨著未來我國清潔能源配額交易機(jī)制的逐步建立完善，受電省份接納清潔能源的意愿也將逐步提升，為實(shí)現(xiàn)省外購水電和省內(nèi)火電利益的有效協(xié)調(diào)創(chuàng)造有利條件。

4.2 多時(shí)間尺度購電協(xié)調(diào)

(1) 年度市場與月度市場間協(xié)調(diào)。年度與月度合約相互協(xié)調(diào)的內(nèi)涵是根據(jù)全年的負(fù)荷曲線、機(jī)組檢修安排情況、水電機(jī)組來水情況，追求各月的月度保有電量與該月的總負(fù)荷電量的比值盡可能相等，以保證不同月份的電價(jià)盡可能平穩(wěn)和實(shí)現(xiàn)供需平衡。為了保證年度可分電量與月度交易計(jì)劃的良好銜接，在月度合約交易之前應(yīng)考慮年度可分電量在月度市場上的分配。

1) 根據(jù)各月度省網(wǎng)負(fù)荷電量的中長期預(yù)測，計(jì)算出各月的電量分配比例因子，各月的分配比例系數(shù)之和為1。

2) 考慮到裕度機(jī)組檢修天數(shù)，對(duì)該月電量的比例因子進(jìn)行調(diào)整。

3) 由各月的電量比例因子(或各月結(jié)轉(zhuǎn)預(yù)留因子)得出各月的分配因子，據(jù)此分配年合約電量。

(2) 月度市場與日前市場間協(xié)調(diào)。由于各交易主體的合約電量與合約電價(jià)已經(jīng)在年和月的競價(jià)交易決策中確定，就日合約電量的分配決策問題而言，不在于如何進(jìn)一步降低購電費(fèi)用，而是追求競價(jià)交易電量在空間和時(shí)間上的均勻性和日前市場價(jià)格的平穩(wěn)性。競價(jià)交易電量在時(shí)間上的均勻分布有利于機(jī)組連續(xù)開機(jī)，避免機(jī)組的頻繁啟動(dòng)；空間上的均勻分布將使潮流分布均勻，保證足夠的輸電容量裕度留給日前市場。這既有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行，又為日前市場準(zhǔn)備了更大的競價(jià)空間。日前市場價(jià)格的平穩(wěn)性體現(xiàn)在對(duì)負(fù)荷大的交易日，分配的競價(jià)交易電量的數(shù)量也大。只有這樣才可能避免由于日前市場各日的競價(jià)空間不平衡使得日前市場價(jià)格產(chǎn)生很大的波動(dòng)。

(3) 日前市場與現(xiàn)貨市場間的協(xié)調(diào)。為了保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，必須協(xié)調(diào)好日前市場與現(xiàn)貨市場之間的關(guān)系，不僅要考慮本級(jí)市場的經(jīng)濟(jì)性和安全性，還必須為下級(jí)市場預(yù)留足夠的調(diào)度控制空間。在考慮主要不確定性因素的基礎(chǔ)上，提前交易計(jì)劃與實(shí)時(shí)角度過程之間就能夠自然銜接、平緩過渡、井然有序，從而全面提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 算例分析

本文以青海—河南±800 kV特高壓直流輸電工程為例，對(duì)青海直流投運(yùn)后2020—2025年河南省電力公司的購電策略進(jìn)行優(yōu)化決策。2020年青海直流投運(yùn)，送電容量4 000 MW，擬送電曲線如圖2a所示；2022年青海直流滿送，送電容量8 000 MW，擬送電曲線如圖2b所示。

圖2 青海直流送電曲線

5.1 “十四五”河南省購電優(yōu)化空間

根據(jù)第2.1節(jié)及2020—2025年河南省各類發(fā)電機(jī)組裝機(jī)情況和全社會(huì)用電量進(jìn)行逐年的電量平衡預(yù)測，如表1所示，并對(duì)2020—2025年年度購電優(yōu)化空間進(jìn)行辨識(shí)。

表1 2020—2025年河南電網(wǎng)電量平衡表 億kW·h

從表1可以得出如下結(jié)論。

(1) 在考慮受入三峽和天中直流電力的情況下，2020—2025年河南公司逐年的購電優(yōu)化空間分別為：361億kW·h、458億kW·h、543億kW·h、675億kW·h、743億kW·h、799億kW·h。在2023年之前，由于河南省內(nèi)火電裝機(jī)增長緩慢難以滿足省內(nèi)用電需求的增長，使得購電優(yōu)化空間以23.3%的年增長率快速增加；2023年之后，隨著省內(nèi)火電、新能源(特別是風(fēng)電)裝機(jī)的增長以及市場趨于飽和，使得購電優(yōu)化空間的增長速度放緩；

(2) “十四五”期間，河南電網(wǎng)在保證本省清潔能源全部優(yōu)先發(fā)電的基礎(chǔ)上，具備完全消納青海直流送入電量的能力。

根據(jù)第 2.2節(jié)將河南省年度購電優(yōu)化空間進(jìn)行逐月分解，如表2所示。

表2 2020—2025年河南電網(wǎng)逐月購電優(yōu)化空間 億kW·h

5.2 購電風(fēng)險(xiǎn)量化計(jì)算結(jié)果

依據(jù)第3.3節(jié)的購電風(fēng)險(xiǎn)量化方法，對(duì)不同合約電量比例下河南省電力公司購青海直流電量的成本進(jìn)行計(jì)算。得到不同合約電量比例下購青海直流電量成本的均值和方差的變化如圖3所示。

圖3 購青海直流電量成本的均值和方差的變化趨勢

總體上看，隨著青海直流合約電量占比的增加，購電成本的均值將不斷減小，同時(shí)購電成本的方差將不斷增大，即購電風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。從圖3a可以看出，當(dāng)合約電量占比增加到0.86，購電成本均值和方差的變化趨勢均變緩。因此，2020年青海直流為206億kW·h的送電量，86%進(jìn)行中長期合約交易，多余電量在現(xiàn)貨市場上進(jìn)行交易。從圖3b可以看出，當(dāng)合約電量占比增加到0.88，購電成本均值和方差的變化趨勢均變緩。因此，2022年之后青海直流為419億kW·h的送電量，88%進(jìn)行合約交易，多余電量在現(xiàn)貨市場上進(jìn)行交易。

5.3 考慮青海直流的河南電網(wǎng)購電方案

依據(jù)第5.1節(jié)、5.2節(jié)的計(jì)算結(jié)果，2020—2025年考慮青海直流的河南省各類機(jī)組的購電量情況如表3所示，青海直流逐月合約電量與現(xiàn)貨電量情況如表4所示。

表3 考慮青海直流的河南省各類機(jī)組的購電量情況 億kW·h

表4 考慮青海直流的河南省各類機(jī)組的購電量情況 億kW·h

6 結(jié)論

本文對(duì)青?！幽稀?00 kV特高壓直流投運(yùn)后河南省電力公司的購電決策進(jìn)行優(yōu)化，得到如下結(jié)論。

(1) “十四五”期間，河南電網(wǎng)在保證本省清潔能源全部優(yōu)先發(fā)電的基礎(chǔ)上，具備完全消納青海直流送入電量的能力。

(2) 對(duì)于清潔能源特高壓直流輸電，應(yīng)以中長期購電協(xié)議為主，其余電量考慮短期交易，并支持開展跨區(qū)直流棄風(fēng)棄光增量現(xiàn)貨交易。

(3) 建議清潔能源特高壓直流輸電采用“交易曲線+合同偏差電量考核”的方式規(guī)避送端電量波動(dòng)給省級(jí)電力公司帶來的購電成本風(fēng)險(xiǎn)，按月清算、結(jié)賬。