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)供需平衡和負荷預(yù)測等方面。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定校核從時間尺度上劃分為年、月、日、實時校核；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，已有諸多文獻對二者進行研究。文獻[1]研究了現(xiàn)貨市場下計及風(fēng)光聯(lián)合預(yù)測誤差的經(jīng)濟調(diào)度；文獻[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[3]設(shè)計了適應(yīng)高水電占比的電力現(xiàn)貨市場機制；文獻[4]研究了基于聚合節(jié)點的級聯(lián)水電機組報價機制；文獻[5]研究了電力現(xiàn)貨市場環(huán)境下電能量市場解耦結(jié)算機制；文獻[6]設(shè)計了現(xiàn)貨市場過渡期的中長期電力市場交易機制。以上文獻大多重點研究現(xiàn)貨市場內(nèi)部交易機制，而針對現(xiàn)貨市場背景下調(diào)度計劃、安全校核與市場出清的關(guān)系并未重點分析。

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的電力調(diào)度多目標優(yōu)化模型，同時考慮安全校核約束，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)電量進行自由交易。在跨省實時現(xiàn)貨市場中，所有市場成員如滿足市場運行條件以及安全校核條件均可進行自由報價。

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)定運行約束，需要對負荷阻塞以及負荷削峰填谷等進行約束，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時段電網(wǎng)運行計劃和電網(wǎng)運行操作的安全校核?，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劃方式下，對電網(wǎng)進行靜態(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，各省機組需要獲得出清結(jié)果，同時滿足省間發(fā)送電量，滿足該出清結(jié)果。當(dāng)出清結(jié)果不能滿足時，需要削減相應(yīng)中標比例較大的機組的發(fā)電量。同時在確定出清結(jié)果后，中標機組需要按照安全校核進行發(fā)電比例調(diào)整。調(diào)度中心負責(zé)控制聯(lián)絡(luò)線交換功率，同時需要確定省內(nèi)以及省間出清交易的邊界約束，滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行需求。在這種情況下，數(shù)據(jù)的傳輸以及報送都需要通過相應(yīng)的跨省跨區(qū)交易系統(tǒng)進行安全校核。

隨著電力市場改革以及現(xiàn)貨市場的發(fā)展，機組的發(fā)電計劃、負荷預(yù)測、機組檢修計劃以及聯(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時刻系統(tǒng)的運行狀況，同時也是決定省間交易出清結(jié)果的重要依據(jù)。在實時電力市場以及現(xiàn)貨電力市場模式下，節(jié)點邊際電價能夠反映電價的節(jié)點信息，同時能夠反映相關(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)點電價合理公平的有效手段。在市場環(huán)境下，申報基礎(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，需要精準控制斷面與機組以及機組與備用之間的潮流情況。

在現(xiàn)貨市場運行中，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)運行方式和現(xiàn)貨市場出清結(jié)果以及潮流計算結(jié)果進行匹配，由動態(tài)安全校核進行確定。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)度計劃多目標優(yōu)化模型

2.1 目標函數(shù)

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

(1)

(2)

(3)

Ui,t為機組i在t時刻的運行狀態(tài)；Pi,t為機組i在t時刻的有功出力；CSi為機組i的啟停費用；ai、bi和ci為機組i的煤耗量特性常數(shù)；COi，t為機組申報價格；ΔPi,t為機組進行省間現(xiàn)貨交易的申報出力。

2.2 約束條件

a.功率平衡約束。

要求系統(tǒng)各個時段發(fā)電和用電之間保持功率平衡，即

(4)

Dt為t時段的系統(tǒng)負荷需求。

b.機組出力約束。

(5)

c.機組爬坡約束。

機組在運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)度與機組檢修和計劃停電等內(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行擴展，向短期實時和日內(nèi)電力調(diào)度進行擴展，形成年度、月度、日前、日內(nèi)及實時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)度能夠在各種時間尺度內(nèi)進行安全評估和綜合預(yù)警，實現(xiàn)電力的安全穩(wěn)定運行。多級校核結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 多級安全校核時序

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)不同時間尺度和計劃運行維度進行安全分析。通過對年度、月度、日前、日內(nèi)及實時等維度進行全方面優(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，同時針對新能源并網(wǎng)以及新能源發(fā)電具有較強的指導(dǎo)意義，且針對機組備用以及相關(guān)檢修計劃，可以通過多級校核進行流程確定。

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，同時針對區(qū)域內(nèi)主要線路以及主要設(shè)備斷面也可進行安全校核。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)模子問題進行求解，同時需要針對求解斷面進行多次搜索優(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)度計劃校核

考慮到大電網(wǎng)互聯(lián)，需要擴展電能計劃安全校核的廣度和深度，增強日計劃安全控制能力，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)域之間的機組計劃和功率潮流轉(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臺機組。

圖7 系統(tǒng)示意圖

機組出力參考值如表1所示。

表1 機組初始功率

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

圖8 系統(tǒng)負荷需求

4.2 結(jié)果分析

利用本文的模型進行仿真，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

各機組在申報時段1～4時內(nèi)的申報數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 機組申報數(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，交易電量曲線在夜間價格較低時增長較大，說明了利用節(jié)點價格的現(xiàn)貨交易能夠更好地反映日內(nèi)的交易動態(tài)，有助于機組出力之間的平衡分配。

從交易的申報數(shù)據(jù)來看，交易機組A1的出力限值上限最大，其申報容量與機組A2的申報容量相同，而A2機組申報價格更低，則安全校核時優(yōu)先匹配A2機組。B區(qū)域機組作為受讓方申報電量較低，需要通過安全校核與A區(qū)域機組匹配。

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)在進行現(xiàn)貨交易時和斷面的潮流情況。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，機組在日內(nèi)進行交易申報，能夠有效撮合相應(yīng)機組的發(fā)電出力匹配情況，進一步優(yōu)化在傳統(tǒng)調(diào)度機組上聯(lián)絡(luò)線功率偏差和控制問題。