現貨市場中清潔能源消納能力實時監視系統

李金龍，袁貴川，李金暉，李 榮，胡與非，楊 洋，周 劍

(1.國網四川省電力公司，成都 610041；2.國網宣城供電公司，安徽 宣城 242000；3. 國網西南分部，成都 610041)

近年來，我國清潔能源迅速發展，裝機容量遠超本地負荷[1]，用電需求逐步下降，“三棄”問題更加突出[2-6]。電力市場的推進[7]，跨省區現貨交易的開展，計算清潔能源消納能力日益重要[8]。通過監視火電機組負備用，可實時評估直流受端消納能力，充分利用電網通道能力，促成跨省區現貨市場，增加清潔能源在全國范圍消納[9-10]。

基于當前安全監控和數據采集(SCADA)系統的特點，將全網監視問題分片分區計算，得到工程實用算法。根據輸電斷面對火電機組有功調減的靈敏度，研究多種斷面約束情況下火電機組和機群的負備用，以冬大方式下的某省電網運行數據為例進行實例驗證。目前該系統已在能源管理系統(EMS)中部署，可有效提升調度監視能力。

1 斷面約束下的負備用

當前SCADA系統為D5000平臺，未開放大規模用戶自定義編程，僅提供簡單的函數計算。為此，需要根據電網結構將全網規劃問題解耦為簡單的斷面約束問題。

1.1 無約束機組負備用

定義P為火電機組實時功率，Q為最小技術出力，S為無約束負備用，R為額定容量。根據文獻[11]，取Q=0.6R。穩定運行的火電機組i，不進行深度調峰，考慮開停機過程中功率低于最小技術出力的可能性，無約束負備用Si=max{Pi-0.6Ri}。對所有斷面的靈敏度都非常小或位于電網約束斷面送端的機組，功率調減會減輕斷面功率，可視為無約束機組。以Ω1表示無約束火電的集合，其負備用為

(1)

根據文獻[12]和文獻[13]，支路有功對節點注入有功的靈敏度只與電網結構、參數和運行電壓有關。穩態運行中短時間內母線電壓可視為固定值，并且D5000平臺每15 min滾動計算一次靈敏度，一個計算周期可認為靈敏度恒定。為方便表述，定義T為機組考慮電網約束負備用(以下簡稱負備用)，U為約束斷面的裕度。

1.2 單個斷面約束火電機群

(2)

若c對應多個靈敏度相同的機組，則按Si均攤。求得：

(3)

(4)

當αij=1(i=1…m)時，可統一為

(5)

Ω2表示該類斷面約束機群的集合，有

(6)

1.3 多斷面約束的單個機組

以αij表示斷面j(j=1…h)功率增加對機組i功率調減的靈敏度。若min{Uj}·Si≤0，Ti=0；若min{Uj}·Si>0，Ti=min(Uj/αij，Si)，j=1…h。合并為Ti=max{min(Uj/αij，Si)，0}，j=1…h。以Ω3表示該類電廠集合，其負備用為

(7)

1.4 嵌套斷面約束機群

嵌套斷面約束的火電機群見圖1。在斷面1對所有約束機組的靈敏度相等。斷面2類型，可求得T′=∑Tωj。斷面f和g類型，可求得T″=∑Ti。T′和T″視為僅受斷面1約束的負備用，再求得斷面1約束的所有機組的負備用Tω1。

圖1 嵌套斷面約束的火電機群

Ω4表示所有嵌套斷面約束機群，則

(8)

1.5 多斷面約束機群

令斷面功率增加對機組功率調減的靈敏度矩陣為A。機組調減量為x=[x1…xi…xn]T，得規劃問題。

(9)

根據約束條件，不存在無界解；當0≤min(Uj)時，x=0為可行基解，故該問題存在最優解，可用單純形法等算法求出。當min(Uj)<0時，該問題無解，即斷面過載無法調減，仍可取解x=0。當多個機組對所有斷面靈敏度相同時，有無窮多最優解，可合并為一個機組求最優解，并按Si均攤負備用。以Ω5表示所有該類斷面的集合，電網中該類火電機組的負備用為

(10)

1.6 直流通道影響

若改變直流路徑，負備用亦將變化。令斷面j功率增加對直流i受電功率調減的靈敏度為βij，考慮自身容量和近區交流線路輸送能力后，直流通道i的受電裕度為di，則斷面j裕度增至：

(11)

2 安控切機量及AGC約束

交直流混聯電網中多個安控對機組切機量均有要求，簡化的安控拓撲關系如圖2所示。安控1需切除電廠A與B，安控2、3、4需切除上級調度機構管轄電廠和電廠B，同時A、B電廠為本級調度機構AGC受控子站。

圖2 安控切機關系

在當前調度體系下，上級調管電廠提供的切機量PQS應作為本級調度負備用計算的邊界條件，安控切機需求量Pi(i=1…4)作為約束。設A廠發電功率為PA，切機量為PQA，B廠發電功率為PB，切機量為PQ.B。若A、B廠EDC系統不具備優先調減安控不可切機組出力的功能，則

TA=max{min[max(PQA-
max(P1-PQB，0)，0)，U1-TC]，0}

(12)

TB=max{PQB-max[P2-PQS，
P3-PQS，P4-PQS，P1-PQB]，0}

(13)

若EDC系統具備優先調減安控不可切機組出力的功能，則

TA=max{min[max(PA-
max(P1-PQB，0)，0)，U1-TC]，0}

(14)

TB=max{PB-max[P2-PQS，
P3-PQS，P4-PQS，P1-PQA]，0}

(15)

兩廠總備用為T(Ω6)=TA+TB。

3 算例驗證

以某省冬季早高峰潮流為例，在PSASP平臺中進行仿真驗證。

3.1 無約束火電

該類機組負備用見表1，可得T(Ω1)=684 MW。

表1 無約束火電負備用 MW

3.2 單斷面約束的機群

一共兩個單斷面約束的火電群，其相關參數見表2。由式(4)求得T(Ω2)=96.6 MW。仿真結果顯示調減后斷面裕度為1 MW。

表2 單斷面約束機群的負備用 MW

3.3 嵌套斷面和直流約束的火電群

一共兩級嵌套斷面，且直流受電落點在大斷面內，實時功率及靈敏度見表3。由式(10)得機組9僅考慮斷面2、3、4約束的負備用為214 MW。由式(4)得不考慮直流的負備用T(Ω4)=373 MW；考慮直流后，負備用T(Ω4)=426 MW。仿真顯示調減后斷面5約有50 MW裕度，其他斷面均不過載。

表3 嵌套斷面和直流約束的負備用 MW

3.4 多斷面約束的火電群

多斷面約束火電群如圖3所示。500 kV斷面6和7內有三臺機組通過不同的電壓等級并網，實時功率、靈敏度及負備用計算結果見表 4，負備用為T(Ω5)=232 MW。仿真結果顯示，調減后斷面6裕度為0，斷面7裕度為30 MW。

圖3 多斷面約束火電群

MW

跟蹤全日電網潮流，可得全網和各機組全日負備用，見圖4。

圖4 全日火電負備用

4 結語

本文根據電網斷面對機組出力調減的靈敏度，分析了單斷面、多斷面等約束情況下單機組和多火電機群的負備用，計及跨省區直流消納清潔能源對受端負備用的影響，并論證了交直流互聯安控及調度AGC控制的要求，可充分利用電網輸電能力，實時監視火電機組最大負備用，為跨省區清潔能源現貨市場提供技術支持，仿真結果驗證了本文方法的有效性。在EMS系統中的應用，有效提升了調度運行人員監視能力。該方案僅從電網約束上考慮清潔能源消納能力，隨著現貨市場進一步深入，后續可開展包含價格補償因素的負備用監視的研究。