方必武，姜 拓，陳亦平，張 勇，楊 林，王 科

（中國(guó)南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東省廣州市 510663）

0 引言

為了應(yīng)對(duì)日益凸顯的環(huán)境污染、氣候變化等問題，中國(guó)已明確提出“碳達(dá)峰·碳中和”的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)［1-2］。電力工業(yè)是中國(guó)重要的碳排放來源，2021 年中國(guó)電力碳排放量占據(jù)全國(guó)碳排放總量的四成以上［3］，電力系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型已成為實(shí)現(xiàn)上述“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。為了促進(jìn)電力系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型，國(guó)家發(fā)展改革委在《完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見》中明確指出要統(tǒng)籌布局以可再生能源電力送出為主的大型電力基地，實(shí)現(xiàn)可再生能源局域及廣域的高效利用［4］。然而，中國(guó)可再生能源賦存與電力消費(fèi)中心通常呈逆向分布特性［5-6］，充分利用跨省區(qū)輸電通道容量，實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)可再生能源資源的優(yōu)化配置具有重要的戰(zhàn)略意義［7-16］。例如，文獻(xiàn)［8］建立了一種計(jì)及光伏預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)不確定性的日前-實(shí)時(shí)跨省區(qū)雙級(jí)優(yōu)化調(diào)度模型，提高了送端電網(wǎng)的光伏消納水平；文獻(xiàn)［9］提出了一種梯級(jí)水電廠參與跨省調(diào)峰的優(yōu)化調(diào)度模型，并采用一種兩階段搜索方法進(jìn)行求解。文獻(xiàn)［10］將傳統(tǒng)的省級(jí)電網(wǎng)安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型擴(kuò)展到跨省區(qū)大電網(wǎng)，并針對(duì)求解性能進(jìn)行了仿真分析。文獻(xiàn)［11］給出了一種梯級(jí)水電跨省消納的多目標(biāo)中短期優(yōu)化調(diào)度模型，并提出了相應(yīng)的變時(shí)間尺度求解方法。文獻(xiàn)［12］提出了一種改進(jìn)牛頓方法來求解跨省區(qū)優(yōu)化調(diào)度問題，仿真結(jié)果顯示該方法相較于傳統(tǒng)的交替方向乘子法以及原始對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法具有更快的收斂速率。文獻(xiàn)［13］構(gòu)建了一種跨省區(qū)魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，并采用近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行分布式求解。此外，從模型求解的角度，目前應(yīng)用最為廣泛的求解方法包括商業(yè)軟件求解［17-19］、啟發(fā)式算法求解［8］以及分布式算法求解［12-15］等。與此同時(shí)，一些研究也關(guān)注了電力市場(chǎng)環(huán)境下跨省區(qū)可再生能源消納的市場(chǎng)出清和結(jié)算問題［20-24］。例如，文獻(xiàn)［20］基于中國(guó)西北電網(wǎng)，討論了新能源參與的省間實(shí)時(shí)平衡電力市場(chǎng)，并給出了相應(yīng)的競(jìng)價(jià)出清模型。文獻(xiàn)［21］基于電網(wǎng)調(diào)峰能力的量化評(píng)估，提出了一種省間調(diào)峰互濟(jì)交易機(jī)制。

事實(shí)上，上述理論研究成果均具有一定的參考指導(dǎo)意義，但應(yīng)用于工程實(shí)踐以解決實(shí)際調(diào)度運(yùn)行中面臨的日內(nèi)調(diào)控問題仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。為此，本文提出了一種面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的可再生能源跨省區(qū)消納實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度方法，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)開發(fā)和部署。首先，通過集成超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)以及新能源出力預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了可再生能源送出需求及消納空間的在線自動(dòng)感知，解決了傳統(tǒng)調(diào)控模式下人工感知相對(duì)滯后的問題。其次，通過直流匹配控制斷面篩選及通道裕度計(jì)算，送受電力自動(dòng)匹配及滾動(dòng)計(jì)劃修編，解決了傳統(tǒng)調(diào)控模式下直流輸電通道電力分配不盡合理、計(jì)劃修編流程繁瑣的問題。最后，通過潮流安全校核及計(jì)劃迭代調(diào)整，規(guī)避了傳統(tǒng)調(diào)控模式下漏校驗(yàn)或者誤校核的風(fēng)險(xiǎn)，保障了計(jì)劃調(diào)整的可行性及安全性。該系統(tǒng)自投入長(zhǎng)周期閉環(huán)試運(yùn)行以來運(yùn)行平穩(wěn)，有效地促進(jìn)了可再生能源資源的廣域深度利用。

1 南方電網(wǎng)日內(nèi)跨省區(qū)實(shí)時(shí)調(diào)控現(xiàn)狀

南方電網(wǎng)覆蓋中國(guó)廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區(qū)，其中云南電網(wǎng)與中東部主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。南方電網(wǎng)擁有豐富的可再生能源儲(chǔ)備，以水電為例，烏江、瀾滄江、金沙江、紅水河四大流域水能蘊(yùn)藏豐富，截至2021 年底，水電裝機(jī)容量達(dá)到120 GW，占總裝機(jī)容量的32.3%。上述可再生能源電力主要通過西電東送輸電通道進(jìn)行跨省區(qū)消納，總體上形成了“云貴送兩廣”的跨省區(qū)輸電格局，圖1 進(jìn)一步展示了南方電網(wǎng)所轄五省區(qū)之間的跨省區(qū)送受電關(guān)系。

考慮到日內(nèi)實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行在發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)均存在著電力偏差，充分利用各省區(qū)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差以及機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力可以創(chuàng)造可再生能源的跨省區(qū)消納空間。凈負(fù)荷是指用電負(fù)荷減去新能源機(jī)組（風(fēng)電、光伏、徑流式水電等）出力所得到的差值。在本文的后續(xù)內(nèi)容中，當(dāng)凈負(fù)荷的實(shí)際值高于預(yù)測(cè)值時(shí)記為正偏差，反之為負(fù)偏差。對(duì)于送端省份，當(dāng)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)存在負(fù)偏差或者省內(nèi)可再生能源機(jī)組存在上調(diào)能力時(shí)，可再生能源具有跨省區(qū)送出需求；對(duì)于受端省份，當(dāng)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)存在正偏差或者省內(nèi)化石能源機(jī)組（火電、氣電等）存在下調(diào)能力時(shí)，可再生能源具有跨省區(qū)受入需求。

表1 展示了2021 年南方五省區(qū)凈負(fù)荷偏差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這里，送端省份（云南、貴州）僅統(tǒng)計(jì)負(fù)偏差結(jié)果，受端省份（廣東、廣西、海南）僅統(tǒng)計(jì)正偏差結(jié)果?？梢钥吹?，各省區(qū)的凈負(fù)荷偏差電量均超過1 TW·h，偏差總時(shí)長(zhǎng)均超過了3 000 h。進(jìn)一步地，若考慮送受端省份同時(shí)存在送出及受入電力需求，在不考慮輸電通道容量約束的前提下，利用凈負(fù)荷偏差跨省區(qū)消納可再生能源的電量空間達(dá)到2.466 TW·h，總計(jì)時(shí)長(zhǎng)為4 065 h。

表1 2021 年南方五省區(qū)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差統(tǒng)計(jì)情況Table 1 Net load prediction error statistics of five provinces in southern China in 2021

目前，實(shí)現(xiàn)上述送受電力需求匹配主要通過調(diào)度人員在日內(nèi)對(duì)省間輸電計(jì)劃進(jìn)行人工干預(yù)。以2021 年為例，省間輸電計(jì)劃人工干預(yù)次數(shù)達(dá)到11 573 次，占全部日內(nèi)計(jì)劃調(diào)整次數(shù)的29%。由于調(diào)度員人工干預(yù)跨省區(qū)計(jì)劃的操作流程較為繁瑣，且存在送受端消納需求感知滯后、潮流斷面校核困難等問題，通常僅在偏差極為明顯時(shí)才進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整且習(xí)慣性調(diào)整斷面約束較少的通道，導(dǎo)致大量消納空間未被利用且輸電通道利用極不均衡，調(diào)度員利用跨省區(qū)輸電通道促進(jìn)可再生能源消納受到極大制約。為此，本文希望通過跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述送受需求之間的最優(yōu)匹配，并合理利用各個(gè)省間輸電通道，充分發(fā)揮大電網(wǎng)跨省跨區(qū)的調(diào)節(jié)能力促進(jìn)可再生能源消納。值得說明的是，由于海南與廣東聯(lián)絡(luò)線潮流通?？刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，本文暫不考慮海南參與跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度。

2 跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文考慮的跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型通過省間直流輸電計(jì)劃及省內(nèi)機(jī)組出力計(jì)劃的實(shí)時(shí)修編，實(shí)現(xiàn)跨省區(qū)可再生能源消納電量的最大化，同時(shí)考慮省區(qū)間的電量分配優(yōu)先順序以及同走廊內(nèi)各輸電通道的電量分配優(yōu)先順序，其目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)形式如式（1）所示。

對(duì)于送端省份，當(dāng)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)出現(xiàn)負(fù)偏差時(shí)，為了避免擠占省內(nèi)可再生能源的消納空間，需要調(diào)整省間輸電計(jì)劃來盡可能消除凈負(fù)荷預(yù)測(cè)負(fù)偏差對(duì)消納空間帶來的影響。對(duì)于受端省份，省間輸電計(jì)劃調(diào)整需要額外的電力受入空間，盡可能地滿足凈負(fù)荷預(yù)測(cè)正偏差能夠?yàn)榭缡^(qū)可再生能源消納提供最大的受入空間。此外，當(dāng)送端省份出力可控的可再生能源機(jī)組出力存在上調(diào)節(jié)能力或受端省份化石能源機(jī)組出力存在下調(diào)節(jié)能力時(shí)，利用跨省區(qū)輸電通道可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可再生能源消納。由此，式（1）的第1、2 項(xiàng)分別表示送、受端省份利用凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差實(shí)現(xiàn)的消納電量，第3、4 項(xiàng)分別表示送、受端省份利用機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力實(shí)現(xiàn)的消納電量，最后一項(xiàng)是用于控制各輸電通道的電量分配方式的罰項(xiàng)。

同時(shí)，考慮到從電網(wǎng)運(yùn)行的角度，受水位漲落、電力供應(yīng)等中長(zhǎng)期因素的影響，不同時(shí)期內(nèi)省區(qū)間送出（受入）電量的調(diào)控原則可能發(fā)生變化，不同送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量的優(yōu)先順序存在差異，相同省份利用負(fù)荷偏差消納和機(jī)組調(diào)節(jié)消納的優(yōu)先順序亦不相同，因此在目標(biāo)函數(shù)中設(shè)置權(quán)重分配系數(shù)進(jìn)行控制。以送端省份優(yōu)先保障可再生能源電力增送，受端省份優(yōu)先滿足負(fù)荷需求為例，權(quán)重系數(shù)可按如下方式進(jìn)行設(shè)置：

式中：N為送端省份的數(shù)目；M為受端省份的數(shù)目。

值得說明的是，在市場(chǎng)環(huán)境下上述權(quán)重分配系數(shù)亦可根據(jù)各省份的價(jià)格信號(hào)進(jìn)行設(shè)置。另外，有如下兩點(diǎn)討論：

1）出力可控的可再生能源機(jī)組或化石能源機(jī)組出力計(jì)劃的修編量會(huì)同時(shí)影響兩種不同消納方式下消納電量的計(jì)算。因此，實(shí)際的修編結(jié)果取決于不同消納方式的優(yōu)先順序。

2）若不考慮消納優(yōu)先順序（權(quán)重系數(shù)均為1）以及直流網(wǎng)損（直流輸電效率為1），則目標(biāo)函數(shù)前4 項(xiàng)將退化為，其本質(zhì)上是利用跨省區(qū)輸電通道實(shí)現(xiàn)可再生能源消納電量的最大化。由于送、受端省份都需要考慮不同消納方式的優(yōu)先順序，將其分別進(jìn)行了拆分，從而形成了目標(biāo)函數(shù)的前4 項(xiàng)。

此外，考慮到相同走廊內(nèi)存在不同的直流輸電通道，此時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型為多解問題，本文進(jìn)一步引入了輸電通道電量分配函數(shù)的相關(guān)罰項(xiàng)。當(dāng)按照輸電效率優(yōu)先原則、通道裕度優(yōu)先原則或者通道裕度等比例原則分配時(shí)，相應(yīng)的分配函數(shù)f1(Ξ)、f2(Ξ)、f3(Ξ)分別由式（4）至式（6）給出。

式中：ΩDC為直流輸電通道構(gòu)成的集合；ΩTCj為與直流輸電通道j處于相同走廊的直流輸電通道的集合（含通道j）；κj為直流通道裕度；μjt為某一直流通道裕度在同走廊直流通道裕度中的占比。

2.2 約束條件

2.2.1 凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差需求約束

各省份應(yīng)盡可能地滿足省內(nèi)凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差，從而最大化提升可再生能源的跨省區(qū)消納能力，即：

2.2.2 潮流方程約束

跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型應(yīng)滿足潮流方程約束，即：

2.2.3 斷面控制約束

為了保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行計(jì)劃修編后，系統(tǒng)潮流方式應(yīng)滿足斷面控制要求，如式（11）所示。

式中：gnm和bnm分別為支路（n，m）的電導(dǎo)和電納。

2.2.4 直流運(yùn)行約束

3 實(shí)用化求解方法及工程實(shí)施應(yīng)用

如前所述，式（1）至式（17）共同組成了跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度模型。然而，上述模型中存在著較強(qiáng)的非線性因素，直接進(jìn)行求解將會(huì)給跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)及部署帶來巨大的困難和挑戰(zhàn)。事實(shí)上，由于實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度的時(shí)間尺度較短，且需要預(yù)留出調(diào)度人員的干預(yù)時(shí)間，因此對(duì)優(yōu)化計(jì)算的穩(wěn)定性及計(jì)算效率提出了較高的要求。特別地，跨省區(qū)可再生能源消納實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算結(jié)果通常作為省內(nèi)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算的邊界條件［25］，這進(jìn)一步提高了對(duì)優(yōu)化計(jì)算穩(wěn)定性的要求。因此，針對(duì)本文考慮的特定模型，以保障收斂性以及計(jì)算效率為前提開發(fā)工程實(shí)用化的求解方法是一種更加合理的選擇。本章將從工程實(shí)施應(yīng)用的角度出發(fā)，介紹一種實(shí)用化的求解方法，其求解流程如圖2 所示。其中，為了更加方便地處理機(jī)組爬坡、水電廠出力計(jì)劃修編電量等時(shí)段耦合約束，該求解流程逐調(diào)度時(shí)段進(jìn)行滾動(dòng)計(jì)劃修編。針對(duì)每一個(gè)調(diào)度時(shí)段，依次進(jìn)行直流匹配控制斷面篩選、直流輸電通道裕度計(jì)算、送受端省份之間的送受電力匹配、直流及機(jī)組滾動(dòng)計(jì)劃修編、計(jì)劃修編后潮流方式的安全校核、計(jì)劃迭代調(diào)整等關(guān)鍵計(jì)算步驟，下面將依次針對(duì)上述計(jì)算步驟進(jìn)行討論。

圖2 實(shí)用化求解方法流程圖Fig.2 Flow chart of practical solving method

3.1 直流匹配控制斷面篩選及直流通道裕度計(jì)算

事實(shí)上，在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，直流輸電系統(tǒng)的送端及受端通常存在著一些和直流輸送功率關(guān)聯(lián)較強(qiáng)的控制斷面，其調(diào)控主要通過改變直流輸送功率來實(shí)現(xiàn)。為了保證直流輸電計(jì)劃修編后上述控制斷面不會(huì)越限，需要對(duì)直流匹配控制斷面進(jìn)行篩選，并在此基礎(chǔ)上對(duì)考慮斷面約束的直流通道裕度進(jìn)行計(jì)算，以此作為直流輸電計(jì)劃修編的最大可行范圍。這里，針對(duì)某一個(gè)調(diào)度時(shí)段，本文首先以未進(jìn)行計(jì)劃修編時(shí)的潮流方式作為給定運(yùn)行點(diǎn)，計(jì)算某一直流功率對(duì)所有控制斷面的靈敏度系數(shù)，采用的潮流方式及靈敏度系數(shù)計(jì)算方法如文獻(xiàn)［28］所示。進(jìn)一步，采用上述靈敏度系數(shù)作為判斷依據(jù)來篩選與該直流通道相匹配的控制斷面，即有：

式中：Ωj為篩選出的控制斷面集合；sjl為直流輸送功率對(duì)控制斷面的靈敏度系數(shù)；δ為靈敏度系數(shù)閾值。進(jìn)一步，計(jì)算同時(shí)滿足斷面控制約束與直流運(yùn)行約束的直流通道裕度，如式（19）所示。

式中：Pl0為給定運(yùn)行點(diǎn)下的控制斷面潮流。

3.2 送受電力匹配及滾動(dòng)計(jì)劃修編

當(dāng)完成如式（2）、式（3）所示的送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量?jī)?yōu)先順序設(shè)置，以及如式（7）、式（8）和式（15）、式（16）所示的凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差及機(jī)組備用容量評(píng)估后，該求解方法將進(jìn)一步以最大化消納可再生能源為原則進(jìn)行送受端省份之間的送受電力匹配，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合直流通道裕度將省間送受計(jì)劃的調(diào)整分配至不同直流輸電通道。

首先，本文將送、受端省份的凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差及機(jī)組備用容量按照優(yōu)先順序分別依次進(jìn)行排列。然后，按照優(yōu)先級(jí)從高到低的順序?qū)⑺?、受序列集中撮合匹配，直至某一方序列全部分配完畢。此外，由于部分省份間可能不存在直接的送受電通道或者送受電計(jì)劃，此時(shí)亦可優(yōu)先調(diào)用后續(xù)順位的送（受）端省份參與匹配。以南方電網(wǎng)為例，表2 給出了送受電力匹配的一個(gè)示例（送出端主導(dǎo)）。

表2 送受電力匹配示例Table 2 Examples of sending and receiving power matching

考慮到貴州與廣西電網(wǎng)之間不存在直接送受電計(jì)劃，因此送受電力匹配過程中貴州優(yōu)先與后續(xù)順位的廣東進(jìn)行匹配。在給定的示例中，云南共增送廣東750 MW 電力（700 MW 用于平抑廣東凈負(fù)荷偏差，50 MW 由廣東機(jī)組下調(diào)承擔(dān)），云南共增送廣西350 MW 電力（150 MW 用于平抑廣西凈負(fù)荷偏差，200 MW 由廣西機(jī)組下調(diào)承擔(dān)），貴州共增送廣東300 MW 電力（全部用于平抑廣東凈負(fù)荷偏差）。

在送受電力匹配的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合直流通道裕度情況將網(wǎng)間送受電計(jì)劃偏差分配至相同走廊內(nèi)不同的直流輸電通道上，并進(jìn)行直流輸電計(jì)劃的修編。上述分配原則包括輸電效率優(yōu)先原則、通道裕度優(yōu)先原則或者通道裕度等比例原則，調(diào)度人員亦可人工設(shè)置通道分配優(yōu)先序列。

3.3 潮流安全校核及計(jì)劃迭代調(diào)整

為了保證修編后的潮流方式能夠滿足式（11）所示的斷面控制約束，需要對(duì)其進(jìn)行安全校驗(yàn)。若安全校驗(yàn)通過，則該調(diào)度時(shí)段的計(jì)劃修編結(jié)束，否則進(jìn)行修編計(jì)劃的迭代調(diào)整。迭代調(diào)整可根據(jù)直流或機(jī)組對(duì)越限控制斷面的靈敏度系數(shù)大小選擇性地調(diào)整直流通道傳輸裕度或機(jī)組可調(diào)節(jié)空間，進(jìn)而重新進(jìn)行計(jì)劃修編計(jì)算。以直流通道傳輸裕度調(diào)整為例，式（20）給出了直流通道傳輸裕度的調(diào)整方式。

3.4 實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的工程實(shí)施應(yīng)用

目前，跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)已完成系統(tǒng)開發(fā)并部署在中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)度控制中心調(diào)度臺(tái)，現(xiàn)已進(jìn)入閉環(huán)試運(yùn)行階段，其主要控制界面如附錄A圖A1 所示。圖中展示了各省份送受電力匹配后滿足的送受電需求、本周期參與計(jì)劃修編的直流輸電通道以及修編結(jié)果、人工干預(yù)控制界面以及計(jì)算流程監(jiān)視窗口。附錄A 圖A2 進(jìn)一步展示了省間送受序列設(shè)置及直流輸電通道設(shè)置界面，調(diào)度人員可在其中進(jìn)行序位設(shè)置以及直流計(jì)劃修編分配方式的設(shè)定。此外，從計(jì)算時(shí)序的角度，根據(jù)計(jì)劃修編原則，目前該實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)以30 min 為計(jì)算周期啟動(dòng)上述求解流程，修編未來T+0.5 h 至T+2.25 h 期間共8 個(gè)調(diào)度時(shí)段（單位時(shí)段長(zhǎng)度為15 min）的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃。

圖3 進(jìn)一步展示了實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)?？梢钥吹剑撓到y(tǒng)由平臺(tái)層、基礎(chǔ)層以及應(yīng)用層依次構(gòu)成。其中，平臺(tái)層為實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)的平臺(tái)環(huán)境，具體包括硬件平臺(tái)、軟件支持平臺(tái)以及數(shù)據(jù)庫(kù)支持平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)層為實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與計(jì)算服務(wù)調(diào)用，具體包括數(shù)據(jù)管理、潮流方式安全校核以及備用監(jiān)視等功能。最后，應(yīng)用層用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的各項(xiàng)核心功能以及數(shù)據(jù)回溯功能，包括調(diào)度模式切換、送受需求管理、滾動(dòng)優(yōu)化計(jì)算、計(jì)劃下發(fā)控制以及可視化展示等功能。

圖3 實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Architecture of real-time optimal dispatching system

4 算例分析

目前跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)已完成系統(tǒng)開發(fā)并部署在中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)度控制中心調(diào)度臺(tái)，現(xiàn)已進(jìn)入試運(yùn)行階段。本文選取試運(yùn)行期間兩個(gè)典型的場(chǎng)景進(jìn)行分析，分別為：1）云南、貴州兩省的送出需求大于廣東、廣西兩?。ê?jiǎn)稱兩廣）的受入需求（記為場(chǎng)景1，用于代表低谷時(shí)段云貴可再生能源出力偏高的場(chǎng)景）；2）云南、貴州兩省的送出需求小于（兩廣）的受入需求（記為場(chǎng)景2，用于代表高峰時(shí)段兩廣電力負(fù)荷偏高的場(chǎng)景）。跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)以30 min 作為計(jì)算周期，每個(gè)30 min 整點(diǎn)時(shí)刻（T）提前10 min 啟動(dòng)計(jì)算，修編未來T+30 min 起共8 個(gè)15 min 調(diào)度時(shí)段的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃。此外，考慮到送端省份內(nèi)水電廠的水位控制要求，送端省份備用利用系數(shù)設(shè)置為0，其他系統(tǒng)全局參數(shù)設(shè)置如附錄A表A1 所示。

4.1 場(chǎng)景1：云貴送出大于兩廣受入

本文考慮試運(yùn)行期間某日07：00 的計(jì)算周期（修編當(dāng)日07：30—09：15 期間的滾動(dòng)計(jì)劃值），該計(jì)算周期在10 min 內(nèi)完成了優(yōu)化調(diào)度計(jì)算以及修編計(jì)劃下發(fā)，該時(shí)間符合系統(tǒng)運(yùn)行要求。本文進(jìn)一步選取該計(jì)算周期中的第1 個(gè)時(shí)刻點(diǎn)（07：30）進(jìn)行分析，人工設(shè)置送受序列為：電力送出時(shí)云南優(yōu)先于貴州，電力受入時(shí)廣東優(yōu)先于廣西，且貴州與廣西之間不存在直接送受電計(jì)劃，同時(shí)消納可再生能源時(shí)，受端省份優(yōu)先利用凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差，其次利用機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力。此外，采用通道裕度等比例原則進(jìn)行同走廊內(nèi)直流功率偏差分配。表3 給出了該時(shí)刻點(diǎn)各省的凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差以及省內(nèi)機(jī)組考慮安全約束下的備用容量評(píng)估結(jié)果。

表3 凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差及機(jī)組備用容量（場(chǎng)景1）Table 3 Net load prediction errors and reserve capacity of generation units (scenario 1)

可以看到，該時(shí)刻云南、貴州均有電力送出需求，廣東、廣西均有電力收入需求，且云貴的送出需求大于兩廣的受入需求。根據(jù)省間送受序位對(duì)上述需求進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果如表4 所示。

表4 送受電力匹配結(jié)果（場(chǎng)景1）Table 4 Results of sending and receiving power matching (scenario 1)

可以看到，云南大部分的凈負(fù)荷偏差通過匹配兩廣的凈負(fù)荷偏差進(jìn)行消納，同時(shí)廣東省內(nèi)機(jī)組的下調(diào)空間充足，云南剩余的凈負(fù)荷偏差以及貴州的全部?jī)糌?fù)荷偏差通過廣東下調(diào)省內(nèi)機(jī)組出力來創(chuàng)造額外的消納空間。經(jīng)過匹配，云南共增送廣東850.25 MW 電力（747.55 MW 用于平抑廣東凈負(fù)荷偏差，102.70 MW 由廣東機(jī)組下調(diào)承擔(dān)），云南共增送廣西151.70 MW 電力（全部用于平抑廣西凈負(fù)荷偏差），貴州共增送廣東197.63 MW 電力（全部由廣東機(jī)組下調(diào)承擔(dān)）。進(jìn)一步，依據(jù)通道裕度等比例原則修編直流傳輸功率，不同輸電走廊下各直流的通道裕度以及直流計(jì)劃修編量如表5 所示（送端功率）。

表5 直流通道傳輸裕度及計(jì)劃修編量（場(chǎng)景1）Table 5 Transmission margin and plan revision of DC channels (scenario 1)

圖4 展示了計(jì)劃修編前以及修編后（經(jīng)過安全校核）各控制斷面的負(fù)載率?？梢钥吹?，各個(gè)控制斷面的初始負(fù)載率以及修編后負(fù)載率均未超過100%，這表明潮流方式滿足安全約束。

圖4 計(jì)劃修編前后控制斷面負(fù)載率（場(chǎng)景1）Fig.4 Load ratio of control sections before and after plan revision (scenario 1)

4.2 場(chǎng)景2：云貴送出小于兩廣受入

本文接下來考慮試運(yùn)行期間某日09：00 的計(jì)算周期（修編當(dāng)日09：30—11：15 期間的滾動(dòng)計(jì)劃值，屬早峰爬坡段）。該計(jì)算周期在10 min 內(nèi)完成了優(yōu)化調(diào)度計(jì)算以及修編計(jì)劃下發(fā)。本文進(jìn)一步選取該計(jì)算周期中的第1 個(gè)時(shí)刻點(diǎn)（09：30）進(jìn)行分析，人工設(shè)置送受序列同場(chǎng)景1，采用通道裕度優(yōu)先原則進(jìn)行同走廊內(nèi)直流功率偏差分配。表6 給出了該時(shí)刻點(diǎn)各省的凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差以及省內(nèi)機(jī)組考慮安全約束下的備用容量評(píng)估結(jié)果。

表6 凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差及機(jī)組備用容量（場(chǎng)景2）Table 6 Net load prediction errors and reserve capacity of generation units (scenario 2)

由于貴州的新能源電力預(yù)測(cè)為負(fù)偏差，同時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)為正偏差，此時(shí)貴州不存在增加外送電力的需求，該時(shí)刻由云南與兩廣之間進(jìn)行送受電力匹配，且云南的送出需求小于兩廣的受入需求。根據(jù)省間送受序位對(duì)上述需求進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果如表7所示。

表7 送受電力匹配結(jié)果（場(chǎng)景2）Table 7 Results of sending and receiving power matching (scenario 2)

由表7 可見，由于廣東凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差足以消納云南外送電力，該時(shí)刻僅有云南增送廣東1 085.17 MW 電力（全部用于平抑廣東凈負(fù)荷偏差）。依據(jù)通道裕度優(yōu)先原則修編直流傳輸功率，不同輸電走廊下各直流的通道裕度以及直流計(jì)劃修編量如表8 所示（送端功率）。

表8 直流通道傳送裕度及計(jì)劃修編量（場(chǎng)景2）Table 8 Transmission margin and plan revision of DC channels (scenario 2)

由于云南送廣東的通道中LX1GD 與LX2GD的裕度最高，因此分配時(shí)優(yōu)先占用了通道LX1GD，其余偏差均分配給了通道LX2GD。圖5 展示了該時(shí)刻計(jì)劃修編前后的控制斷面負(fù)載率?？梢姡鱾€(gè)控制斷面的初始負(fù)載率以及修編后的負(fù)載率均未超過100%，表明潮流方式滿足安全約束。

圖5 計(jì)劃修編前后控制斷面負(fù)載率（場(chǎng)景2）Fig.5 Load ratio of control sections before and after plan revision (scenario 2)

4.3 工程應(yīng)用效果分析

本文以西電東送電量中占比最高的云南送出西電為例進(jìn)行說明，圖6 展示了跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)自投入長(zhǎng)周期閉環(huán)試運(yùn)行以來，2021 年各月份中由該系統(tǒng)調(diào)增的云南送出電量（由云南水電調(diào)增實(shí)現(xiàn)，反映出云南增加的水電消納電量）及其占日前計(jì)劃電量的比例。

圖6 2021 年跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)調(diào)增云南送出電量Fig.6 Increment of output power from Yunnan province of China by cross-provincial real-time optimal dispatching system in 2021

可以看到，2021 年利用云南省凈負(fù)荷預(yù)測(cè)負(fù)偏差以及水電機(jī)組的上調(diào)節(jié)能力，通過跨省區(qū)實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)增加的水電消納電量月均達(dá)到91 GW·h 時(shí)，全年累計(jì)達(dá)到1.094 TW·h，累計(jì)增送電量占計(jì)劃送電電量的0.75%。

5 結(jié)語

為了實(shí)現(xiàn)可再生能源資源的廣域優(yōu)化配置，提高資源的利用效率，解決傳統(tǒng)調(diào)控模式下可再生能源消納面臨的送受需求感知滯后、通道分配不盡優(yōu)化、潮流斷面校核困難等問題，本文提出了一種面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的可再生能源跨省區(qū)消納實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度方法，并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的工程開發(fā)和系統(tǒng)部署。該系統(tǒng)充分考慮了不同送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量的優(yōu)先順序以及各省份利用凈負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差和機(jī)組靈活調(diào)節(jié)能力消納可再生能源電量的優(yōu)先順序，并通過輸電通道裕度計(jì)算、送受電力需求匹配、通道計(jì)劃增量分配、潮流方式安全校核等步驟實(shí)現(xiàn)日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃的修編。系統(tǒng)試運(yùn)行期間典型場(chǎng)景下的運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算效率和優(yōu)化計(jì)算穩(wěn)定性滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求，且能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源送出需求及消納空間的在線自動(dòng)感知，各省份送受需求之間的最優(yōu)匹配，以及送受電力偏差在各輸電通道之間的合理分配，計(jì)劃修編后的潮流方式嚴(yán)格滿足系統(tǒng)控制要求，能夠促進(jìn)不同調(diào)度運(yùn)行場(chǎng)景下可再生能源資源的廣域深度利用。

后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步挖掘抽水蓄能等能量存儲(chǔ)環(huán)節(jié)或者負(fù)荷側(cè)的靈活調(diào)節(jié)能力，探究促進(jìn)可再生能源跨省區(qū)消納的源網(wǎng)荷儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模式以及開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。

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