日內(nèi)現(xiàn)貨交易環(huán)境中智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

袁貴川1，李 榮1，李金龍1，何 川1，胡與非1，付鳳翔，劉 俊，高 也

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)四川中電啟明星信息技術(shù)有限公司，四川 成都 610094)

0 引 言

四川省內(nèi)水電數(shù)量多[1-2]、裝機(jī)容量差別大，集中打捆送出和分散接入并網(wǎng)方式并存且約束復(fù)雜[3-4]，現(xiàn)貨交易調(diào)令計(jì)算及實(shí)時(shí)執(zhí)行難度大[5-11]。為此四川省電力公司開發(fā)了集成現(xiàn)貨交易執(zhí)行功能的智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)讀取水電廠日內(nèi)現(xiàn)貨交易出清結(jié)果，與調(diào)度員根據(jù)電網(wǎng)約束等調(diào)整后的發(fā)電計(jì)劃整合形成日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃數(shù)值。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前發(fā)電調(diào)令自動(dòng)生成新發(fā)電調(diào)令和日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃，并與超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)形成的滾動(dòng)計(jì)劃區(qū)分自動(dòng)過濾后，群發(fā)至各水電廠實(shí)時(shí)執(zhí)行。該系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行約1年，實(shí)現(xiàn)了日內(nèi)現(xiàn)貨交易在發(fā)電側(cè)的實(shí)時(shí)執(zhí)行，增加富裕水電外送電量，促進(jìn)水電消納，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電調(diào)度自動(dòng)化和現(xiàn)貨交易電量執(zhí)行的智能化。

1 日內(nèi)交易模塊架構(gòu)

1.1 智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)

四川電網(wǎng)已有的智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)，讀取日前發(fā)電計(jì)劃并自動(dòng)下發(fā)至各個(gè)電廠。電廠可根據(jù)來水變化、設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)情況、煤質(zhì)等自身情況于當(dāng)日申請(qǐng)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃，經(jīng)調(diào)度員批準(zhǔn)后執(zhí)行。調(diào)度員也可根據(jù)電網(wǎng)約束、聯(lián)絡(luò)線變化和用電負(fù)荷變化等主動(dòng)調(diào)整，形成日內(nèi)發(fā)電計(jì)劃下發(fā)至各個(gè)電廠執(zhí)行。該系統(tǒng)同時(shí)讀取超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)形成的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃，由AGC之外承擔(dān)偏差的電廠執(zhí)行，滾動(dòng)平衡日內(nèi)負(fù)荷或聯(lián)絡(luò)線偏差。

根據(jù)以上需求，日內(nèi)發(fā)電調(diào)令分為4類[12]：1)執(zhí)行日前發(fā)電計(jì)劃，即按照日前發(fā)電計(jì)劃發(fā)電；2)設(shè)置上網(wǎng)出力，即調(diào)度員將發(fā)電計(jì)劃調(diào)整為固定值；3)調(diào)頻，根據(jù)需求發(fā)電，不產(chǎn)生考核電量；4)執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃，根據(jù)超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果滾動(dòng)計(jì)算發(fā)電計(jì)劃。

1.2 日內(nèi)交易執(zhí)行流程

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，省調(diào)發(fā)布日內(nèi)現(xiàn)貨交易信息，有參與日內(nèi)交易意向的電廠通過交易平臺(tái)申報(bào)交易意愿。調(diào)度員進(jìn)行有效性校核和安全性校核。有效性校核是防止發(fā)電廠申報(bào)出力超過自身發(fā)電能力上限，又分為電量校核與電力校核：

Pi0+Piw≤Pmax

(1)

(2)

式中：Pi0為電廠i的原發(fā)電計(jì)劃；Piw為意向電力；Pmax為最大發(fā)電能力；Qmax為最大電量能力。

安全性校核為考慮電網(wǎng)各斷面安全約束的穩(wěn)定限額，通過調(diào)整斷面內(nèi)電廠申報(bào)出力值，使斷面內(nèi)電廠日內(nèi)交易后斷面功率仍不超過穩(wěn)定限額內(nèi)：

(3)

省調(diào)將日內(nèi)交易意向電力匯總后提交至國(guó)調(diào)，國(guó)調(diào)撮合交易后下發(fā)日內(nèi)交易總量。省調(diào)將本省送出日內(nèi)交易總量分配至相關(guān)電廠，并通過智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)調(diào)令執(zhí)行。智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)的目標(biāo)為在現(xiàn)有發(fā)電調(diào)令基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成日內(nèi)滾動(dòng)發(fā)電計(jì)劃，該計(jì)劃自動(dòng)納入交易出清結(jié)果(與通過超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)生成的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃不同)，根據(jù)該計(jì)劃生成可執(zhí)行的發(fā)電調(diào)令并及時(shí)下發(fā)，確保交易結(jié)果實(shí)時(shí)執(zhí)行。根據(jù)需求，日內(nèi)交易的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃和調(diào)令形成分為交易開始和結(jié)束兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。交易實(shí)時(shí)性要求出清15 min內(nèi)將新的調(diào)令下發(fā)，結(jié)束后15 min內(nèi)也下發(fā)新調(diào)令，流程如圖1。

圖1 日內(nèi)交易的執(zhí)行流程

1.3 日內(nèi)交易數(shù)據(jù)交互

日內(nèi)交易分為固定交易段和非固定交易段。固定交易段分為5個(gè)時(shí)間段(0：15-08：00、08：15-12：00、12：15-16：00、16：15-20：00、20:15-24：00)，非固定交易段為減少根據(jù)“三棄”(棄風(fēng)、棄光、棄水)情況而臨時(shí)增加的交易段。

令日內(nèi)交易開始執(zhí)行時(shí)刻為T，在T-15 min前，交易平臺(tái)將出清結(jié)果以規(guī)范化的文件格式發(fā)送至公用數(shù)據(jù)服務(wù)器，內(nèi)容包含水電廠名稱、時(shí)刻、最大發(fā)電能力、出清電力，如圖2所示。

圖2 日內(nèi)現(xiàn)貨交易數(shù)據(jù)交互文件格式

采用Kettle6 ETL工具自動(dòng)解析并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件，步驟如下：1)判斷公用數(shù)據(jù)服務(wù)器指定目錄中是否存在交互文件；2)獲取系統(tǒng)日期；3)清空存放當(dāng)次交易數(shù)據(jù)交互文件明細(xì)的臨時(shí)數(shù)據(jù)表；4)通過ETL工具讀取交互文件每行數(shù)據(jù)并存入臨時(shí)表；5)臨時(shí)表過濾計(jì)算，通過最大發(fā)電能力、當(dāng)前計(jì)劃以及出清電力過濾數(shù)據(jù)并將需執(zhí)行的出清電力數(shù)據(jù)存入正式表，若同一交易段有多筆交易將出清結(jié)果疊加；6)發(fā)電調(diào)令生成。流程如圖3所示。

1.4 出清策略自動(dòng)下發(fā)

為避免日內(nèi)現(xiàn)貨交易生成過多的調(diào)令增加調(diào)度員工作量，將日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃疊加于上一條發(fā)電調(diào)令對(duì)應(yīng)的計(jì)劃之上，生成新的發(fā)電計(jì)劃和發(fā)電調(diào)令并列表展示，由調(diào)度員確認(rèn)后下發(fā)，新調(diào)令生成規(guī)則為：

1)上一交易段已參與交易、目前正執(zhí)行上一交易段出清結(jié)果，調(diào)令為“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”的電廠，繼續(xù)執(zhí)行該條調(diào)令，但跟蹤本時(shí)段新下發(fā)的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃值(該計(jì)劃值為原有發(fā)電計(jì)劃疊加出清電力)。

圖3 日內(nèi)現(xiàn)貨交易接口交互ETL

2)上一交易段已參與交易、但因電網(wǎng)異常或故障等約束，未執(zhí)行“日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”調(diào)令的電廠，表示由調(diào)度員根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況調(diào)整了發(fā)電計(jì)劃，則繼續(xù)執(zhí)行調(diào)度員調(diào)令，但生成本時(shí)段的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃(該計(jì)劃值為調(diào)度員調(diào)整后的計(jì)劃疊加出清電力)。

3)上一交易段未參與交易，目前執(zhí)行“日前發(fā)電計(jì)劃”的電廠，其日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃值為日前發(fā)電計(jì)劃值疊加交易出清電力值，調(diào)令類型為“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”；調(diào)令時(shí)間為本交易段開始執(zhí)行時(shí)間，調(diào)度側(cè)默認(rèn)勾選下發(fā)。

4)上一交易時(shí)段未參與交易，目前執(zhí)行“設(shè)置上網(wǎng)出力”的電廠，其日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃值為上一條調(diào)令值疊加交易出清電力值，調(diào)令類型為“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”；調(diào)令時(shí)間為本交易段開始執(zhí)行時(shí)間，調(diào)度側(cè)默認(rèn)勾選下發(fā)。

5)上一交易時(shí)段未參與交易，目前執(zhí)行“調(diào)頻”的電廠，調(diào)令不做調(diào)整。

交易生成的“日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”調(diào)令均自動(dòng)備注為“日內(nèi)交易”，區(qū)分已有的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)生成的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃類型，以便統(tǒng)計(jì)和結(jié)算。每條發(fā)電調(diào)令均有選擇、取消和修改選項(xiàng)，并提供全選、全部取消和批量修改功能，調(diào)度員可根據(jù)安全校核結(jié)果進(jìn)行修改。同時(shí)具備一鍵下發(fā)至全部電廠的功能。交易出清界面如圖4所示。

1.5 下一階段調(diào)令策略

本時(shí)段交易結(jié)束即下一階段交易開始，交易出清電廠有所變化，生成調(diào)令不同。系統(tǒng)讀取當(dāng)前發(fā)電調(diào)令和下一時(shí)段的出清結(jié)果綜合判斷，自動(dòng)生成交易結(jié)束的發(fā)電調(diào)令：

1)目前“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”，如果下一交易時(shí)段不再參與交易，則新調(diào)令保持為該電廠的上一條調(diào)令，若上一條調(diào)令為“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”，則調(diào)令調(diào)整回“執(zhí)行日前發(fā)電計(jì)劃”，開始時(shí)間為本交易段結(jié)束時(shí)間。

2)目前未“執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃”，如果下一交易時(shí)段不再參與交易，則調(diào)令保持不變。

圖4 內(nèi)現(xiàn)貨交易出清界面

1.6 數(shù)據(jù)過濾

為避免日內(nèi)交易出清電力總量較小，而分配電廠較多導(dǎo)致大部分電廠分得的出清電力過小以致無法執(zhí)行的情況，根據(jù)多次實(shí)測(cè)結(jié)果，采取了按最大發(fā)電能力自動(dòng)過濾數(shù)據(jù)的策略，確保下發(fā)調(diào)令能在實(shí)際生產(chǎn)中有效執(zhí)行。交易電量過小的電廠，本時(shí)段不下發(fā)調(diào)整計(jì)劃調(diào)令，其交易電量納入次日日前發(fā)電計(jì)劃，或?qū)⒍啻稳諆?nèi)交易結(jié)果累加至可執(zhí)行電量，再進(jìn)行滾動(dòng)平衡。

令出清電力為Pcq，最大發(fā)電能力為Pnl，滿足以下條件中的任何一個(gè)，將結(jié)果自動(dòng)過濾：

Pnl≤10 MW,且Pcq≤1 MW

(4)

10 MW

(5)

50 MW

(6)

300 MW

(7)

2 高級(jí)應(yīng)用

2.1 最大發(fā)電能力校核

為防止交易前后通過主動(dòng)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃的方式搶占交易電量，系統(tǒng)增加了最大發(fā)電能力校核功能。令日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃為Pgd,當(dāng)前計(jì)劃為Pdq，校核方法為

Pgd=max(Pdq+Pcq,Pnl)

(8)

2.2 數(shù)據(jù)傳輸校核

由于日內(nèi)交易執(zhí)行的實(shí)時(shí)性要求，一旦數(shù)據(jù)傳輸延遲或通道短時(shí)故障造成數(shù)據(jù)缺失，電廠側(cè)接收的發(fā)電計(jì)劃將無法反應(yīng)交易結(jié)果，造成交易執(zhí)行偏差和考核電量，考慮如下兩種數(shù)據(jù)傳輸校核算法。

調(diào)令缺失：電廠側(cè)智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)客戶端接收調(diào)令后，傳送回執(zhí)消息至調(diào)度主站服務(wù)器，服務(wù)器將接收時(shí)間和調(diào)令內(nèi)容錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。若未收到回執(zhí)，判定為通道異常重新下發(fā)調(diào)令。

日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃未更新：服務(wù)端后臺(tái)程序定時(shí)抽取電廠側(cè)未來30 min的日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃曲線進(jìn)行校驗(yàn)，若數(shù)據(jù)與主站曲線不匹配或者數(shù)據(jù)有缺失，觸發(fā)重新計(jì)算機(jī)制并更新電廠側(cè)日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃數(shù)據(jù)。

2.3 交易統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)提供交易筆數(shù)、錄入時(shí)間、交易時(shí)段、調(diào)令下發(fā)情況以及已發(fā)調(diào)令統(tǒng)計(jì)功能，方便統(tǒng)籌掌握交易執(zhí)行情況，為調(diào)度員根據(jù)執(zhí)行結(jié)果修改發(fā)電調(diào)令提供輔助決策，統(tǒng)計(jì)界面如圖5所示。

3 應(yīng)用分析

該系統(tǒng)已在2017年5月部署于四川省調(diào)，平穩(wěn)運(yùn)行至今。截止目前，累計(jì)處理日內(nèi)現(xiàn)貨交易結(jié)果127筆，下發(fā)交易出清調(diào)令73次，下發(fā)日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃調(diào)令594次，發(fā)電側(cè)執(zhí)行日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃調(diào)令時(shí)長(zhǎng)累計(jì)約7250 h，增加清潔能源外送電量約230 GWh。

圖5 交易統(tǒng)計(jì)界面

全省發(fā)電量同比增加2 871.2 GWh，其中日內(nèi)現(xiàn)貨交易占比20.77%。由于日內(nèi)交易首年開展，2017年10月21日至11月21日期間，申報(bào)棄水的電廠由去年的1958次下降為1296次，同比下降33.8%。運(yùn)行實(shí)踐表明該系統(tǒng)有效減少了棄水。

4 結(jié) 語(yǔ)

介紹了四川省調(diào)日內(nèi)現(xiàn)貨交易生成日內(nèi)滾動(dòng)計(jì)劃的流程、安全校驗(yàn)的原理以及發(fā)電調(diào)令生成策略。日內(nèi)現(xiàn)貨交易的實(shí)時(shí)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了清潔能源的增量外送，提高了外送通道利用率和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性，有效促進(jìn)清潔能源消納，改善了電能結(jié)構(gòu)。隨著電力體制改革以及調(diào)度工作相關(guān)要求的提升，未來將從3個(gè)方面開展系統(tǒng)性能的提升工作：1)電力調(diào)度精益化要求的提升對(duì)調(diào)度員關(guān)于水情的掌握提出了更高的要求，后續(xù)將在智能發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)中集成水情模塊，根據(jù)電廠下泄流量要求、水位情況以及來水情況綜合分析，得出電廠最佳出力以及上下游匹配方式以指導(dǎo)精益化調(diào)度工作。2)考慮到日內(nèi)現(xiàn)貨交易的經(jīng)濟(jì)屬性，后續(xù)將開發(fā)基于該系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析功能。通過整合日內(nèi)現(xiàn)貨交易成交量、價(jià)格、時(shí)間段、季節(jié)等因素，分析其相互耦合關(guān)系，實(shí)時(shí)判斷影響當(dāng)前日內(nèi)現(xiàn)貨交易成交的關(guān)鍵因素，在申報(bào)跨省跨區(qū)交易中提供指導(dǎo)。3)隨著電力市場(chǎng)改革的不斷推進(jìn)，省內(nèi)電廠日內(nèi)現(xiàn)貨交易將會(huì)提上日程，根據(jù)這一需求進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能，為省內(nèi)日內(nèi)現(xiàn)貨交易做好系統(tǒng)保障。