關于區域互聯電網電能量與備用輔助服務聯合優化模型研究

周兆旭 張 林

（1.浙江珊溪水利水電開發股份有限公司，浙江 溫州 325000； 2.溫州技師學院，浙江 溫州 325000）

市場化改革背景下，電能量與輔助服務的聯合優化已經成為研究熱點，跨省跨區域的協同調度才能科學地克服清潔能源電力消納弊病，這種要求為電網調度帶來新的挑戰。伴隨全國范圍內電力市場持續推進改革，浙江配套系統成為了華東電網區域備用輔助服務市場的重要組成部分，采用面向電力市場業務的統一支持平臺，構建包括市場管理、數據申報、信息發布、數據交換等功能模塊，實現區域備用市場規則中省市部分的功能及流程，為浙江調管范圍內機組參與華東跨省區備用市場提供支撐平臺，提升系統的經濟性及可靠性。

在實際運行過程中，備用需求評估和備用資源配置屬于必要的任務，其中，備用需求主要源于電網運行的不確定性。在區域互聯電網條件下，電能量與備用輔助服務聯合優化要重點考慮系統及備用需求容量的設置方法、電能量與備用輔助服務聯合優化模型、備用調度等問題。本文簡要分析區域互聯電網電能量與備用輔助服務聯合優化SUCC 數學模型，構建單、多區域情形下聯合優化模型，在此基礎上進行簡化案例分析，充分驗證有效性影響，極大程度上提升聯合系統運行可靠性[1]。

1 華東區域互聯電網電能量與備用輔助服務市場流程

華東區域互聯電網電能量與備用輔助服務市場流程建設立足于華東電網區域備用輔助服務市場運營管理需求之上，充分借鑒國內外一流的專業技術，保證系統在各項功能的針對性基礎上體現出整體的實用性以及針對不同應用環節的適用性。為了充分保證數據和系統的安全性，市場流程采取科學的加密防護措施，以防范利用網絡發起對系統流程的惡意攻擊和破壞。

2 備用需求容量配置方法

2.1 電網計算機監控系統和系統之間互聯的備用需求容量配置

考慮到電網計算機監控系統和系統之間進行互聯的過程中，備用需求容量需要獲取充分的經濟適用性，還需要同時計算區域之間備用區域聯絡線傳輸容量對備用容量可用程度的干擾，所以本文采取了基于電網計算機監控系統和系統之間互聯過程中的失負荷概率指標（LOLP）反饋電力市場的供需形式，量化系統容量不足的風險，采取利用AFSA 算法改進,獲得可用傳輸能力問題優化模型分析在電網可用傳輸能力中尚未解決的實際問題。

失負荷概率指標是目前電力系統采取得最為廣泛的可靠性指標的一種，電力市場可用傳輸能力算法是充分考慮到電壓安全約束、線路熱極限約束等等，同時采取約束變尺度最優化的方法求解。利用可用傳輸能力優化模型解決初始問題后，可以引入遺傳算法，并運用IEEE RTS-96 系統驗證、構建并求解預期互聯電網點能量與備用輔助服務需求容量數學模型，確定系統備用需求容量。

2.2 分區備用容量配置

系統之所以需要備用容量，主要是由電力生產特點和用電不均衡所決定的，備用容量資源主要用于應對系統在運行過程中有可能會產生的有功不平衡。為了確保向電網所有用戶進行安全、平等的連續提供輸電服務，必須充分利用現有的電網輸電網絡資源，在分區備用容量配置上主要用在平衡瞬間負荷備用、檢修和事故備用，考慮到備用容量所處狀態又分為熱備用和冷備用，確定備用容量按照占最大負荷并以固定的百分比確定并計算，匯總并形成備用容量需求。

基于充分考慮，在確定電網計算機監控系統和系統之間互聯的備用需求容量配置上，各分區要根據周波和負荷備用進行最大統調負荷、單一元件故障以及新能源最大有功缺額的預測，以此分攤系統的備用需求容量[2]。

3 華東區域互聯電網電能量與備用輔助服務聯合優化的SUCC 數學模型

華東區域備用輔助服務市場技術支持系統建設遵循安全性、先進性、開放性、實用性和與智能電網調控系統（D5000）一體化等原則，建立區域互聯電網電能量與備用輔助服務聯合優化的SUCC 數學模型最根本的要求是能夠滿足系統安全運行的約束，能夠適應未來輔助服務市場規則的變化，實現經濟效益最優化，滿足未來華東未來輔助服務市場發展需求。

3.1 單區域電能量與備用聯合優化模型

3.1.1 目標函數

3.1.2 約束條件

系統負荷平衡約束為：

系統正備用容量約束為：

系統負備用容量約束為：

機組容量約束為：

機組爬坡約束為：

機組最小連續開停時間約束為：

機組正負備用上限約束為：

機組正負備用爬坡約束為：

網絡線路潮流約束為：

斷面潮流約束為：

3.2 多區域電能量與備用聯合優化模型

3.2.1 分區備用容量約束

3.2.2 區域聯絡線傳輸容量約束

4 算例分析

4.1 算例參數

采用IEEE RTS-96 系統，3 片區域中，低價機組為分區1 機組設置，中價機組為分區2 機組設置，高價機組為分區3 機組設置。根據備用需求容量配置方法計算，不分區和分區條件下3 片區域的各級備用容量需求如表1 中所示。

表1 單區域場景與區域互聯電網場景下各級容量需求

4.2 仿真分析

不考慮分區備用計算各項成本（如表2 中所示），機組的組合收斂精度在0.1%以內。

表2 不考慮分區備用計算各項成本

在考慮分區備用的前提下，利用SCUC/SCED 程序計算出各項成本（如表3 中所示），機組的組合收斂精度在0.1%以內。

表3 考慮分區備用計算各項成本

通過上述對比，可以從表3 的數據中了解到，考慮或者不考慮分區備用聯合優化區域互聯電網的電能量與備用輔助服務對機組出力水平產生的影響并不大，當處于SUCC/SCED 兩種方式下，機組在電能成本計算結果上總成本的差異結果較小，備用總成本在總成本中的占比相對較低。一旦考慮到分區備用，任何區域產生故障后，區內的備用能夠及時進行輸送。在分區備用得到優化的重要前提之下，系統可靠性也能得到較大程度上的提高，區間聯絡線阻塞和故障的同時，分區內的機組可以快速提供備用容量，在未考慮分區備用交互聯合優化時，聯絡線阻塞或者產生故障會干擾分區備用無法科學快速地進行跨區調度。

5 結論

綜上所述，華東電網區域電能量與備用輔助服務聯合優化模型已經成型，通過華東電網區域備用輔助服務市場浙江配套系統的設計與開發，遵循和滿足已制定的華東區域備用輔助服務市場基本規則和設計要求，能夠充分調用電能量與備用輔助服務資源，實現區域現貨市場經濟最優化。華東電網區域電能量與備用輔助服務聯合優化模型考慮分區備用和區域間聯絡線傳輸容量約束，能夠有效解決分區備用調度，充分滿足未來一段時期內區域備用輔助服務市場規則的變化要求，主要目標在于建立市場高效交互平臺和實現統一的網省市數據交互，推動構建更加完備的區域電力現貨市場。