電力系統輸電運行彈性空間的基本概念與效益評估

郭琪

摘? 要：目前國內外學者對于電力系統線路故障短時增容和聯絡線調整均有一些研究，但并未全面分析線路故障短時增容和聯絡線調整所帶來的輸電運行彈性空間，評估對電網產生的效益，且對于聯絡線調整建模較為粗略，未考慮外部網絡運行約束對聯絡線傳輸功率的限制作用。鑒于此，文章重點就電力系統輸電運行彈性空間的基本概念與效益評估進行研究，以供參考和借鑒。

關鍵詞：電力系統;輸電運行;彈性空間;基本概念;效益評估

引言

由于電網負荷的增長以及新能源滲透率的不斷攀升，電網安全運行的可行域逐漸縮小，電網運行逼近極限。電力系統的新變化和新形態為電網經濟、安全運行提出了新的挑戰，已有眾多學者開展了考慮不確定性的電網運行優化方法等關鍵問題的相關研究，在電網運行安全域內提高電網運行的安全性和經濟性。然而若要從根本上解決負荷增長和電網注入不確定性增加情況下的電力系統安全運行難題，需要擴展電網的運行邊界，擴大電網運行安全域。

1電力系統輸電運行彈性空間的基本概念

1.1線路故障短時增容彈性模型

電網的安全運行不僅需要滿足正常狀態下的潮流約束，而且需要滿足N-1故障狀態下線路潮流不越限，N-1安全約束分為預防性控制和校正性控制兩種，其區別在于預防性控制要求在線路N-1故障狀態下，機組出力無需調整也可保證電網安全運行，而校正性控制允許故障狀態下通過機組出力的調整消除越限。若要求電網在所有N-1場景下均不能產生線路潮流越限，就大大縮小了電網的運行安全域。事實上，由于線路過載和電流越限引起的熱量積累存在一個時間過程，電網通常能夠承受短時間的潮流越限，例如新英格蘭電網將線路潮流傳輸容量分為三檔，即故障狀態長時間容量（冬季4h、夏季12h容量限值），故障狀態短時間容量（故障后15min容量限值），以及故障容量極限（故障后5min容量限值），本文將線路故障狀態下短時間傳輸容量的增加稱為線路故障短時增容。目前電網采用的預防性控制方式中，其描述的可行域是線路故障短時增容的輸電約束所描述可行域的一個子集，因此線路故障短時增容有效地利用了線路故障時電流熱效應積累的時間過程，拓展了輸電環節的運行彈性空間。

1.2聯絡線調整彈性模型

目前我國電網間聯絡線功率由上級調度機構制定，下發至各區域調度機構，在一段時間內保持不變，不能根據電網運行狀況動態調整。該模式便于實現分省電力電量平衡，但沒有充分利用聯絡線的運行彈性空間擴大電網的運行安全域，實現區域之間電力資源的協調互濟。結合電網實際運行工況，本文提出聯絡線調整彈性模型，其中需要考慮以下三個方面的約束：第一，外網運行等值約束，即為滿足互聯外網運行約束，聯絡線傳輸功率不能越過外網等值的可用容量（互聯外網可提供給聯絡線傳輸最大功率）;第二，階梯化約束。出于電網可靠性以及調度便捷考慮，聯絡線傳輸功率應滿足階梯化約束;第三，日交換電量約束，即為滿足跨區電量交易計劃，日交換電量需保持不變。

2電力系統輸電運行彈性空間的效益評估

為了研究輸電運行彈性空間對N-1安全經濟調度的影響，這里采用以下4種調度策略進行分析。M1：常規N-1安全經濟調度方案，不考慮線路故障短時增容和聯絡線調整彈性;M2：僅考慮線路故障短時增容彈性的N-1安全經濟調度方案;M3：僅考慮聯絡線調整彈性的N-1安全經濟調度方案;M4：同時考慮線路故障短時增容和聯絡線傳輸容量兩方面輸電運行彈性空間的N-1安全經濟調度方案。

2.1輸電運行彈性空間分析

2.1.1線路故障短時增容彈性分析

通過研究分析發現，考慮線路故障短時增容的調度策略M2相較于常規調度策略M1，機組4出力總量有所提高，而機組5出力總量降低。這是由于在常規調度策略M1下，線路3-4，4-6，12-13阻塞嚴重，限制了機組出力可行域，考慮線路故障短時增容彈性后，發生N-1故障時，短時間內放寬線路的傳輸容量約束，緩解了線路阻塞對機組出力的限制，擴大了機組出力可行域，最終使得發電成本最低的機組4總出力增大，發電成本最高的機組5總出力降低。

2.1.2聯絡線調整彈性分析

在白天07：00到夜晚21：00時段，外網在其運行約束下可提供的傳輸容量低于熱極限傳輸容量，如果按熱極限傳輸容量約束進行調整，不考慮外網運行約束對聯絡線傳輸功率的限制，可能導致安全性問題。本文提出的聯絡線外網運行等值約束可以精準刻畫聯絡線的“真實”彈性空間，保證了聯絡線在電網安全的前提下調整。M1和M2不考慮聯絡線調整，聯絡線傳輸功率固定，而考慮聯絡線調整的調度策略M3和M4，聯絡線傳輸功率在可傳輸容量約束下發生了調整。在夜晚21：00到白天07：00，由于風力充足，風電機組可發電量較多，聯絡線傳輸功率下調以接納更多的風電，而在白天07：00到夜晚21：00時段，風力不足，風電機組可發電量較少，成本較便宜的聯絡線傳輸功率上調來滿足負荷要求。由此可見，聯絡線靈活調整有效提高了各機組的調整能力，擴大了電網運行可行域。

2.2效益分析

通過研究發現，常規調度策略M1的棄風比例為13.9%，而考慮輸電運行彈性空間的調度策略M2至M4棄風比例分別為9.2%、11.0%和6.1%。其原因主要體現在以下兩個方面，一方面考慮線路故障短時增容彈性后，提升了線路的傳輸容量，常規機組可以下調出力，從而消納更多的風電。另一方面考慮聯絡線調整彈性后，聯絡線功率可以下調，以提高電網消納風電的能力。

結束語

綜上所述，隨著電網負荷的增長和新能源的不斷接入，為保證電網運行的安全性與經濟性，本文提出輸電運行彈性空間的基本概念，建立線路故障短時增容和聯絡線調整彈性模型，有效緩解N-1故障時線路的阻塞程度，在保證電網運行安全的前提下，擴大了電網運行可行域。算例對考慮輸電運行彈性空間的N-1安全經濟調度的效益進行評估，仿真表明考慮輸電運行彈性后，可以有效降低電網的運行成本，促進風電的消納。

參考文獻

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