國分省三級日前發電計劃靜態安全校核

(國網冀北電力有限公司，北京 100053)

0 背 景

日前發電計劃靜態安全校核作為調度運行中的一項重要工作，在各級調度計劃專業中廣泛開展[1]。2009年開始國家電網電力調度控制中心開始研發國網智能電網調度技術支持系統(以下簡稱D5000平臺)。同年國調調度計劃專業開始研究并編制國網省三級調度計劃協作流程，2010年開展了三華(華北、華東、華中，后同)電網靜態安全校核基礎數據交換工作，2011至2012年隨著D5000平臺的推廣、部署，調度計劃及安全校核應用模塊在國調、部分調控分中心、省調正式上線運行。D5000平臺為國分省三級日前發電計劃靜態安全校核提供了技術基礎，調度計劃專業經過3年的探索為本工作明確了目標。2012年10月國調中心召集華北、華東、華中分中心開展集中工作，正式啟動國分省三級日前發電計劃靜態安全校核工作。歷經一年多時間的運行，截至2013年年底，國網系統內33家省級以上調度單位全部實現了國分省三級日前發電計劃靜態安全校核功能。

1 功能目標

現行調度體系執行“統一調度、分級管理”的原則。以往日前發電計劃靜態安全校核工作也多以省為主體開展，跨省、跨區的聯合校核工作開展的較少。

國調中心對本項工作的目標定為“統一模型、統一數據、聯合校核、全局預控”[2]。各省級及以上調度單位均應實現三華潮流計算及靜態安全校核功能。各家單位在安全校核時計算模型統一，計算數據統一。計算程序可以選自多家(目前主流的程序有4家，開發單位分別是中國電力科學研究院系統所、中國電力科學研究院自動化所、南瑞科技股份有限公司、清大科越科技有限公司)，但計算結果應具備可比性。各家單位均應實現三華基態潮流計算和靜態安全校核。兩類校核出的越限結果應上報國調，①基態潮流越限，②因開斷本單位調度設備而造成其他單位設備越限。國調將以上越限結果在全國調系統共享。原則上校核結果中不應出現基態越限。開斷本單位調度設備造成本單位調度設備越限，其結果由本單位調度負責解決。開斷本單位調度設備造成其他單位調度設備越限，其結果由上級調度負責解決。

圖1 日前調度計劃安全校核管理流程圖

2 數據準備

2.1 靜態安全校核標準數據

為保證靜態安全校核程序的通用性，國調中心制定了靜態安全校核基礎數據及格式[3]。數據共分7類：系統負荷預測、母線負荷預測、分省總交換計劃、設備狀態計劃、分機組調度計劃、輸電斷面限額、輸電斷面組成。以上數據通過E文件格式或D5000商用庫同步的方法在國分省之間交互[3]。

系統負荷預測以15 min為間隔，上報預測日的系統發、受電力的代數和[4]。母線負荷預測以15 min為間隔，上報預測日分母線的有功、無功值。母線的定義應涵蓋調度管轄范圍內所有220 kV變電站主變壓器高壓側、電廠升壓變壓器中壓側[5]。分省總交換計劃定義為控制區聯絡線的總交換之和。設備狀態計劃包含輸變電設備、發電設備停復役情況。該信息既包含檢修信息，同時也應包含電網方式變化信息。分機組調度計劃以15 min為間隔，上報單機日前發電計劃。未在D5000中建模的小機組可合成一個上報單元進行上報。輸電斷面限額、輸電斷面組成，此兩類數據共同描述電網的安全約束邊界條件。

為保證數據質量，國調中心同時制定了數據校驗規則。所有上報的設備名稱、測點名稱均使用D5000命名，且要求內容完備。系統負荷預測最大值、最小值和變動率不超過限值。分機組調度計劃值與檢修計劃無矛盾。系統負荷預測與母線負荷預測總加的差值必須小于母線負荷預測總加的15%。輸電斷面限額、輸電斷面組成兩者內容信息應對應。

2.2 數據交互流程

以往日前發電計劃編制流程為國調中心先下發跨區聯絡線計劃，各分中心依據跨區聯絡線計劃制定跨省聯絡線計劃。各省級調度根據聯絡線計劃、檢修計劃、負荷預測等信息編制發電計劃，并進行靜態安全校核。為開展三級靜態安全校核，國調中心對數據交換流程進行明確，形成一套兩次計劃協調編制的工作流程。每日9:40前國調下發跨區聯絡線預計劃，根據跨區聯絡線預計劃分中心于10:00前下發跨省聯絡線預計劃。省調根據以上信息及本省計劃安排編制次日發電預計劃，并于10:30前報國調。國調根據各省發電預計劃進行會商，確定跨區聯絡線正式計劃，并于14:00前下發。隨后分中心、省調按照流程編制正式計劃并于15:00前上報國調。15:10國、分、省三級調度同時開始靜態安全校核并將相關越限信息上報。具體流程見圖1。

3 校核計算過程

日前靜態安全校核的核心算法仍為潮流計算及N-1開斷計算[6]。為提高計算效率多采用并行計算算法[7]。以華北分中心為例，安全校核計算分為兩步，首先計算96點基態潮流，主要采用的方法為P-Q分解法[8]。

ΔP/U(i)=-B′UΔδ

ΔQ/U(i)=-B″UΔU

U(i+1)=U(i)+ΔU

δ(i+1)=δ(i)+Δδ

隨后進行N-1開斷掃描。N-1開斷掃描仍然是基于P-Q分解法的潮流計算，只是在計算前根據開斷設備對應修正B′和B″，之后的潮流計算過程與P-Q分解法一致。國調每小時會下發全國網系統狀態估計斷面，各單位依據此斷面和檢修信息，反演出次日網絡拓撲。

如果計算模型、初始數據合理，潮流計算應很快收斂。但在本項工作開展的初期階段為提高數據質量，必須對部分數據進行處理。

在實際工程中，尤其是本項工作開展的初期，經常發現網絡拓撲與計劃數據相矛盾的地方，華北調控分中心對數據進行預處理，原則如下。

(1)如果網絡拓撲中機組運行，但發電計劃中沒有值，或值為0，且該機組無檢修計劃。則用狀態估計斷面中的發電出力替代該機組的發電計劃。其原因可能是漏報計劃或機組名稱匹配失敗。

(2)機組有計劃值，同時該機組上報檢修計劃。則檢修期間機組計劃值按0處理。檢修計劃優先。

(3)母線負荷預測無計劃，且母線負荷對象無檢修計劃。則用狀態估計斷面中該對象的母線負荷替代預測值。

(4)當上報計劃數據正確、合理時，三華潮流計算完畢后省間交換潮流值應該近似于省間總交換計劃值。如果部分省數據缺失時，進行全網潮流計算會導致周邊省甚至全網潮流計算發生較大偏差。為了將錯誤現象控制在問題省內，計算前先進行分省平衡預處理。當某一個省發電計劃和聯絡線之和扣除預估網損后與母線負荷預測偏差較大，則對母線負荷預測進行比例調整，直至兩者接近。通過該方法把問題數據控制在問題省內，避免大面積計算結果被污染。

4 計算情況

國分省三級日前發電計劃靜態安全校核計算量較為龐大，因此必須采用并行計算功能。并行計算最小的計算粒度可為一次完整的潮流計算。以華北調控分中心硬件配置為例，共12個計算資源。日前計劃校核96個時段之間解耦，因此在華北調控分中心每個計算資源的最小計算單位為一個時段。即每個計算資源負責某一個時段的基態潮流計算和N-1開斷校核。如果計算資源多，例如國調中心采用384個計算資源，可以將每一個時段內的潮流計算再進行并行處理。

增加并行計算個數會縮短總體計算時間，但同時會增加數據交換量，增加異常處理的難度，編程邏輯復雜。因此要根據硬件配置、軟件實力綜合考慮。

另外一個縮短計算時間的方法是在N-1開斷時先采用直流法進行校核，過濾掉大部分無安全問題的設備開斷，針對少部分直流法校核存在問題的設備開斷再進行精確的潮流計算。由此而減少計算量縮短計算時間。

目前華北分中心在計算全網日前靜態安全校核時計算母線約9 329個，支路數約15 120條，平均耗時14 min。

5 結論與展望

國調中心開展的國分省三級日前發電計劃靜態安全校核是件開創性的工作，截至2013年年底國網系統省級及以上調度單位均參加本項工作。其意義表現如下。

(1)為“三華”互聯后電網日前發電計劃安全校核工作提供技術儲備。并提前開始進行工程化應用。

(2)縱向貫通三級調度計劃專業日前發電計劃靜態安全校核工作，真正實現了數據全網共享，踐行全網預控的目標。

(3)推進安全校核國產化的進程。本系統從硬件配置到操作系統和數據庫的支撐，再到高級應用軟件全部為國產品牌。

(4)為更大范圍資源優化配置提供安全校核技術支持手段。資源配置范圍越大，其優化結果會越好。

(5)提升調度計劃專業的知識水平。資源配置范圍越大，其優化結果會越好。但資源配置范圍不可能無限放大，其規模應該與技術支持水平、專業管理深度及認識水平相適應。

(6)為電力市場的開展提供數據、技術支持基礎及流程借鑒。

[1] 葛朝強,汪德星,葛敏輝,等.華東網調日計劃安全校核系統及其擴展[J].電力系統自動化,2008,32(10):45-48.

[2] 國調中心關于印發日前靜態安全校核實用化工作推進會紀要的通知(調計〔2012〕267號)[R].2012.

[3] 關于啟動三華電網靜態安全校核基礎數據交換工作的通知(調計〔2010〕326號)[R].2010.

[4] 關于印發《互聯電網聯絡線有功功率控制技術規范(試行)》和《電網短期負荷預測技術規范(試行)》的通知(調計〔2010〕33號)[R].2010.

[5] 關于全面推廣母線負荷預測工作的通知(調計〔2008〕255號)[R].2008.

[6] 林毅 ,孫宏斌 ,吳文傳 ,等.日前計劃安全校核中計劃潮流自動生成技術[J].電力系統自動化,2012,36(20):68-73.

[7] 李峰,李虎成,於益軍,等.基于并行計算和數據復用的快速靜態安全校核技術[J].電力系統自動化,2013,37(14):75-80.

[8] 房俊龍等.電力系統分析(上冊)[M].北京:水利電力出版社，1995.