新能源消納背景下電網互聯通道規劃研究

王忠飛，彭婧，劉星宏

（1.國網蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省電力公司經濟技術研究院，甘肅 蘭州 730050）

新能源消納背景下，由于新能源波動性和不確定性高的特點，導致棄風和棄光現象屢次發生，本地消納能力不足的問題也已日漸顯露出來。由此可見，基于新能源消納背景下，必然會為電網互聯通道規劃帶來全新的挑戰，其中，抑制反調峰和大波動是電網互聯通道規劃重點需要解決的問題。電網互聯通道規劃指的就是在各地電網之間建立一個互聯通道，通過協調發電、輸電、用電，提高新能源的消納能力。在我國，針對電網互聯通道規劃研究已經不是首次提出，早已有學者通過高載能負荷參與消納新能源，提高電網的靈活性，實現電網互聯通道規劃。但傳統規劃得到的電網互聯通道由于缺少對新能源消納能力的定量預評估，導致其規劃在經濟調度以及風險決策方面尚有不足。因此，針對新能源消納背景下電網互聯通道規劃研究是具有現實意義的，能夠為提高電網新能源消納能力提供理論支持。

1 新能源消納背景

基于新能源消納背景下，主要呈現出的特征為棄風棄光率較高，但造成此現象的原因不能簡單總結為某個因素，可以概括為以下3點，分別為新能源裝機與負荷呈逆向分布、靈活調節電源占比低以及電網跨區外送能力較差。針對上述新能源消納背景特征因素的詳細分析內容，詳見下文。

（1）新能源裝機與負荷呈逆向分布。在新能源消納背景下，新能源裝機覆蓋率高，能夠達到全國占比的70%以上，其中部分地區的新能源滲透率可達100%，包括新疆、甘肅以及寧夏等地區。但就負荷而言，上述地區的負荷在全國占比不到1/3。因此，可以看出新能源裝機與負荷之間為負增長關系，呈逆向分布。

（2）靈活調節電源占比低。相比于新能源裝機，靈活調節電源占比低，新疆、甘肅以及寧夏等地區靈活調節電源僅為新能源裝機的1/7，且調峰能力差，經常出現反調峰和大波動的現象。

（3）電網跨區外送能力較差。除上述特點外，以新疆、甘肅以及寧夏地區為例，截至2020年年底，上述地區新能源裝機可達90GW，但電網跨區外送能力僅能夠達到18.5 GW，難以滿足電網互聯標準，致使我國新能源消納問題日益嚴重。

2 新能源消納背景下電網互聯通道規劃

在明確新能源消納背景下的基本特征后，本文從三個方面入手展開電網互聯通道規劃，主要規劃工作內容，如圖1所示。

圖1 電網互聯通道規劃工作內容

結合圖1所示，針對上述3點規劃工作內容，細分為4步規劃流程，分別為：采用電網互聯區域通道規劃最優組合以及線路拓撲，實現新能源的外送通道容量規劃；考慮新能源接入的電網互聯通道優化規劃，確定風電——負荷匹配度指標；面向新能源消納的電網互聯通道規劃，實現電網互聯通道規劃。其具體內容，如下文所述。

（1）確定電網互聯區域通道規劃最優組合。在電網互聯通道規劃過程中，必須基于新能源消納背景，確定電網互聯區域通道規劃最優組合。本文采用雙層規劃模型，在考慮靈活性、經濟調度以及風險決策的情況下，參與電網互聯區域通道規劃決策。

式中，Δ指的是風電區域拓撲；δ指的是負荷區域拓撲；λ指的是并網比例矩陣。通過公式（1），得到上層模型的電網互聯區域通道規劃最優組合。

設下層模型的目標函數為maxΛ，如式（2）所示。

式中，P指的是節點i到節點j聯絡線規劃的傳輸功率；U指的是電壓等級；N指的是0-1決策變量；α指的是單回線路的條數；β指的是雙回線路的條數。通過公式（2），得到下層模型的電網互聯區域通道規劃最優組合。

確定目標函數后，可以看出上下兩級的決策變量之間存在一定的約束關系。本文以電網互聯區域通道線路最大傳輸容量為雙層規劃模型的約束條件，設其計算表達式為ijP，則有公式（3）

結合公式（3）所示，下層模型需要基于上層模型確定連通區域的拓撲策略。上層模型的目標函數表體現了互聯通道對互聯區域新能源消費能力的最大提升功能，主要由不同區域的電源特性組合和操作同時確定規劃運行模式下的下層最優技術經濟指標應符合要求。下層模型的目標函數表示上層模型中互聯通道的最大凈收益由區域組決定根據組合模式和操作模式，進一步確定以下模式最佳線路拓撲和規劃參數。

（2）電網互聯通道規劃線路拓撲。在確定電網互聯區域通道規劃最優組合的基礎上，為了提升電網互聯區域通道規劃的靈活性，首先，將電網互聯區域通道規劃中的拓撲結構數據分成空間性數據集合和非空間性數據集合兩種，同時，采用設置空間坐標軸的方式對規劃中產生的大批量空間數據進行實時定位。其次，采用建立數據集映射關系的方式，將多種數據集合之間建立一定的關聯性，確保輸出數據的一致性。在此基礎上，結合上述模型框架中提供的信息數據，可采用設置分點、分線的方式進行空間外的建模，并對其規劃線路拓撲要素進行實時的動態化聯系。除此之外，采用建立出線點的方式，對電網互聯通道規劃線路中內部開關方式進行邏輯關系的調整，依照空間中收集的多種地理屬性數值，對參與實際的數值進行派生分類。最后，在模型線裝母線上進行內部開關線、連接線等簡單必要元素的劃分，實現電網互聯通道規劃線路拓撲。

（3）風電——負荷匹配度指標。完成電網互聯通道規劃線路拓撲后，為解決新能源消納背景下新能源裝機與負荷呈逆向分布的問題，設定風電——負荷匹配度指標。本文通過定義互聯區域總電力負荷時間序列的方式，確定風電——負荷匹配度指標，用于代表該互聯區域的消納水平。設其計算公式為TP，如下所示。

式中，T表示為時間斷面；t表示為時間斷面的電力負荷；N表示為時間斷面的風電出力；n表示為廣義電力負荷。通過公式（4），得出風電——負荷匹配度指標。

（4）實現電網互聯通道規劃。以上述計算得出的風電——負荷匹配度指標為依據，計算電網跨區外送能力。計算公式如下所示。

式中，H表示為聯絡線長度；h表示為各電壓等級輸電線路的單位電阻。通過公式（5），得出電網跨區外送能力，在保證Q＞80%時，實現電網互聯通道規劃。通過整個規劃迭代過程中，上層模型迭代調整組網區域組合和運行方式，下層模型迭代計算最優解電路拓撲和參數，在有限的迭代次數內可以達到一定的精度，從而滿足一定條件下新能源給定的互聯通道規劃方案的最大水平。

3 結語

通過上述研究，能夠證明新能源消納背景下電網互聯通道規劃研究的必要性。本文提出的規劃研究中，主要側重點在于確定電網互聯區域通道規劃最優組合，通過規劃最優組合，實現風電——負荷匹配，進而提高電網新能源消納能力，杜絕棄風和棄光現象。但本文研究仍存在不足之處，主要表現為未設計實例分析，將本文設計的規劃方法應用在現實中，進一步證明研究的可行性，上述內容在未來電網互聯通道規劃研究中可以作為重點內容進行補充說明。