輸配分離后電網調度管理模式研究

李瑩雯，周云峰

(1.綿陽電業局，四川綿陽 621000;2.四川省電力公司超(特)高壓運檢公司，四川成都 610041)

0 引言

隨著電力市場和電力工業改革的發展，下一步電力體制改革的工作重點將是“穩妥實行輸配分開”，對電力行業，特別是電網企業必然會帶來新一輪沖擊。對于電網輸配分離的研究，目前較多集中于分離策略、輸配成本計算和激勵機制的研究［1－6］，而對于新模式下，電網的安全運行模式研究則相對較少。

由于電網安全運行關系到社會穩定、國家安全和經濟發展，在當前電源與電網建設不協調、網架結構薄弱、各方利益主體之間的矛盾尚未得到有效協調和平衡的情況下，進行輸配分離改革，對電網安全穩定運行可能會有一定負面影響，大大增加了系統運行的不可預知性，使電網運行特別是電網調度的安全壓力增大。推進電力體制改革，必須保證電網調度安全運行在改革過程中得到保證，當電網實現“輸配分離”后，電網將處于一個完全不同的電力市場環境中，目前市場中各個主體的角色和作用都將發生較大改變，而電力系統的安全穩定運行問題不只是單單的技術問題，其同時也是一個機制問題，需要國家、電力市場參與各方來共同維持。原來可通過行政命令來保證的電網安全管理體制和安全管理方式將發生根本性的改變，如何在新的電力體制下確保電網安全的問題更為引人關注，因此，在推進輸配分離的改革時更應該加強對電網調度運行和安全問題的研究。

1 國外經驗教訓

隨著電力市場競爭機制的進一步發展，要求輸電網絡必須向用戶開放，并有償地提供輸電服務。為實現電力市場的需要，美國加州、紐約、新英格蘭以及挪威的StattNet建立了以獨立系統運營者(ISO)為中心的電力市場，實現發電競爭、輸電開放。ISO的主要作用是電網運行控制和實時電力市場管理。它的基本功能包括:實時自動發電控制、網絡安全運行、擁擠管理、機組組合、電能現貨市場、輸電和輔助服務市場。在這種機制下，電力系統的管理運行模式轉變為多家參與的市場模式。由于在電力市場中扮演的角色各不相同，必定會出現追逐各自市場利益最大化的傾向，因此調度機構對潮流的預測會變得困難，同時對于各個參與者之間的信息交流溝通協調能力也提出了更高的要求，直接后果是電力系統保持安全穩定運行的充足性和安全性指標下降，美加“8.14”大停電以及2003年意大利電網大停電就是由于電力系統調度人員不能充分調節穿過不同輸電公司及地區的潮流所引發。因此，建立ISO的模式不能充分滿足現代大電網下電力系統管理運行實時性、復雜性、隨機性的特點，要加強對輸配電網、電廠、用戶的安全管理，確保整個電網安全穩定運行，必須要有統一管理電網的機構，并由這個機構負責建立國家互聯電網和區域間的電力調度。從根本上來說，就是必須以電網調度關系為紐帶，堅持統一調度、分級管理、技術互助的原則。

2 輸配電分離對電網運行穩定性影響

從市場機制上看，由于電力系統從傳統的垂直管理運行模式轉變為多家參與的市場模式，市場參與各方可分為:輸電公司、發電公司、多家配電公司、大用戶和普通用戶，在今后還可能出現多家普通用戶聯合在一起推舉代表進入電力市場代表他們利益的情況，由于在電力市場中扮演的角色和出發點各不相同，必定會出現追逐各自市場利益最大化的傾向，因此可以預見在輸配分離后的電力市場中，由于各個市場參與者各自追逐自身最大市場利益、潮流難以統一協調控制、市場投資減緩從而導致發電側、輸電側備用水平逐步下降，這些都將使電力系統的安全穩定成為一個突出問題?；诠餐芤娴脑瓌t，對于保證電網的安全穩定的職責應由市場參與各方共同承擔，國家電力監管部門需要制定清晰的規則，對各方在承擔電力系統安全穩定方面的職責進行詳細描述，并要求強制執行，同時對市場參與各方，特別是發電公司、輸電公司、配電公司的利益進行一定保證，以從機制上增加各方主動保持電網安全運行的積極性，減少電力系統運行的風險，使電力市場能夠有效運行，從而保證國家能源安全。

就電網運行角度看，輸配分離后，滿足對用戶的可靠供電問題由過去的僅由電網公司一家承擔演化為市場中多個因素的相互作用，這可以從長期和短期兩個方面來闡述。就長期而言，對用戶的可靠供電要求維持電力系統的充足性，進而又可細分為發電能力的充足性、輸電網絡的充足性和電力市場的充足性。從短期方面來說主要是通過電網的安全穩定運行來達到。它們之間的相互關系可用圖1來描述。但在潮流控制方面，在一個給定的時間內，輸電線路對于其中流過的電流有一定限制，作為發電公司和用戶間的電能輸送通道，輸配電網絡在電力系統中處于非常重要的地位。對電網而言，大多存在著由于經濟、環境的制約以及歷史因素造成的一些網絡上的薄弱環節，主要體現在其輸送潮流的能力受穩定校核計算結果的限制，不得超過某一數值，因此電網不但存在著交通網、通信網那樣的靜態阻塞，而且還存在嚴重的動態阻塞，在競爭的電力市場環境下可能會表現得尤為明顯。廠網分開、輸配分離后，各發電公司之間與售電公司之間的競爭將加劇，發電公司希望發更多的電量，售電公司希望賣出更多的電量，這樣就更加使得輸配電網絡成為資源競爭的瓶頸，電網安全性有所下降，同時由于競價機制的引入，供電合同更具多樣性和多變性，市場經濟下的系統運行工況將由市場需求來決定，電網潮流的分布將與以往調度部門所能掌控的方式不同，表現為多變而難以預測，從而使電網面臨預想不到的運行方式，導致電網運行部門在控制輸電網絡潮流方面存在嚴重困難，增大電網運行風險。在這樣的情況下，各級電網調度的作用更加重要，為了保證輸電網絡的安全可靠運行，必須對相關環節的潮流加以約束和限制，以防止線路潮流超過穩定極限要求，危及系統安全。若潮流控制不力，就可能會出現電網崩潰事件，引發大面積停電，給電力市場各參與方都帶來損失。因此在輸配分離后的電力市場中，規劃、交易部門以及各市場參與方都需要加強與運行部門的溝通，以解決電力系統運行中的充足性和安全性問題，使電力系統在運行中有足夠的備用來保證電力系統能保持長期的安全穩定可靠運行。

圖1 電力安全可靠供應的相關因素

3 電網調度管理模式研究

電網調度機構是電網運行、指揮、指導和協調機構，依法在電網中行使調度權，這是電力生產的特點決定的。電網企業必須加強電網調度系統管理，進一步加強調度的紐帶作用，堅持統一調度，分級管理，全面提升電網調度運行管理水平，保障電網安全、穩定、優質、經濟運行。在實現輸配電分離后，鑒于國外在此方面的慘痛經驗教訓，在電網調度體制方面，必須有一個能夠協調指揮整個電網的強有力電力調度機構，防止電網中的各個機構各自為政、自成體系、缺乏統一有效的管理，從而在管理方面造成電網安全運行管理的隱患。從另一方面來看，雖然純粹以自由市場方式來運作有利于電力企業的發展，但是由于電能具有即發即用的特殊性，它不能儲存，是發、輸、變、配、用各環節同時進行的，因此，對電能的發、供、用一旦失去管制，失去統一的調度管理，就必然會存在較大的潛在不平衡風險，造成嚴重的后果。

同時，輸配電分離會使得原先處于同一組織內的各輸電機構、配電機構的行政隸屬關系和資產關系發生一定變化，在以市場經濟為主導的前提下，實行廠網分開、輸配分離、競價上網、引入競爭，使得供電關系和供電秩序也在逐步發生變化，調度運行人員面臨更大的壓力和更少的選擇性，各參與方提供輔助服務的積極性和主動意識下降，一些新的矛盾也將逐步顯現。由于各機構的角色和立足點發生轉變，現有的有效協調溝通機制也將不適應外部環境的變化，在某種程度上為電力調度的安全管理造成了困難，所以必須要有一個強有力的電力調度體系。以美國為例，北美(含加拿大部分)電網分為150個左右的控制區，40多個獨立調度中心各自只關心自身的局部利益，沒有一個全系統性的調度中心，這樣的體制下局部問題就很容易演變成為全局性故障，從而造成大電網事故。在電力系統的網架結構方面，目前北美電網的互聯互通性比中國強大很多，一般市場經濟條件和電力市場化的條件也比中國好得多，但最大的電力事故卻偏偏發生在北美，如1996年美國西部加州兩次大停電，2003年8.14大停電事故，這些大停電事故都暴露出北美電網調度系統在體制和運行管理方面都存在著很多問題，如電力公司的調度協調機構缺乏有效的電網事故處理預案，調度員未采取措施減負荷(也沒有手段減負荷，如果調度員擅自拉負荷，用戶有權通過法律手段維權，調度人員可能因此而入獄)，未通告相鄰電力公司和協調機構等等，從而坐失良機，造成大面積停電的后果。因此面對新的市場環境和更多電網運行管理中的不確定性，對電力調度的管理權力和管理力度只能加強不能削弱，電力調度機構的設立應按電網結構來確定，而不應該以電網內的利益主體來設立。區域電網、省級電網設地區配電網都應分別設立一級調度機構，配網調度以下根據配電網規模的需要情況設立集控中心和操作中心。所有調度機構在一個區域內都應在技術和調度業務上實現垂直管理。調度機構的主要任務如下。

(1)對并網電氣設備的運行依法實行調度運行權上的分級管理和運行控制;

(2)電力市場交易過程中的安全校核、網絡阻塞管理;

(3)保證電能質量，進行無功電壓調節和有功功率的實時平衡;

(4)按分級管理的原則處理電網事故，必要時可采取切負荷等緊急控制手段。

此外，在電力市場環境下，電力電量交易特別是短期交易行為會造成電網潮流發生經常性的、大幅度的變化，對調度運行管理水平和實時處理能力提出了更高要求，同時在市場環境下，電力生產的各環節分離，調度對全過程的控制能力弱化，調度命令的權威性受挑戰，在這種情況下，更需要加強調度在電網運行中的管理作用，調度機構不再僅僅是電網運行的指揮協調中心，還將是電力市場的有機組成部分。

4 技術支持體系

在新的電力市場環境下，電網運行部門會面臨大量的輸電交易合同、不斷增加的市場參與者、根據市場需要長距離輸電、依賴電力市場來滿足用戶需要，并維持系統穩定、不斷變化的市場運行準則和電力市場結構、不可預測的市場行為、系統備用的減少，使用原有的運行控制手段來控制新環境下的電力系統已變得不適合，因此，傳統的離線分析、信息交換方式已不能夠滿足電網安全運行的要求，對電網運行部門而言，要采用新的技術手段使調度運行人員具備在線環境下進行電壓分析和暫態穩定分析的能力，來保證電力系統安全穩定運行的目的，同時應滿足如下要求:(1)使電網調度管理運行人員了解當前電力系統的狀態和關鍵參數;(2)智能化的在線動態安全分析;(3)跟蹤、辨識和記錄不正常運行模式;(4)不同層次、不同區域控制、信息系統之間的信息交換和決策的相互協調。

新的技術支持體系不僅能夠為電網運行部門提供快速、直觀的對電力系統健康狀況的定量評價手段，系統在市場要求下趨近其極限時所冒的風險，還能夠告知電網運行部門電網運行的薄弱環節和相應的校正手段，這些都可以通過如圖2所示的基于廣域測量系統的電力系統安全穩定決策系統來達到。

圖2 電力系統安全穩定決策系統總體結構

其中輸電合同安排主要包括阻塞管理、合同安排、輔助服務管理、可用輸電能力計算等功能。其中阻塞管理主要用于減輕輸電網絡的阻塞。合同安排主要是根據輸電網絡運行情況來決定配電公司或發電廠的輸電合同申請是否可以得到滿足。輔助服務用于決定系統對輔助服務的要求及分析對各類輔助服務的滿足手段。可用輸電能力計算根據合同安排情況來計算剩余的輸電系統可用能力并提供給電力市場參與各方。

輸電系統安全穩定評價包括實時網絡分析、負荷預測、實時暫態穩定分析和實時電壓穩定分析等功能。實時網絡分析包括網絡拓撲分析、狀態估計、調度員潮流分析、靜態安全分析、有功及無功最優潮流分析。實時暫態穩定分析和實時電壓穩定分析計算實時暫態和電壓穩定極限以及控制所需的校正手段。

實時不平衡交易是用于保證電力系統發供處于實時平衡狀態。電網調度人員可以根據計算結果調度能提供實時不平衡服務的資源，達到電力系統供需實時平衡。

數據儲存是用于收集、打時標和維護系統動態和靜態數據以便于分析和評價系統運行情況。主要包括實時數據存儲和歷史數據存儲。

輸配分離后，配電公司在服務區提供電力網絡域內屬于自然壟斷，其與輸電公司(或發電公司)的關系類似于目前電網公司與發電公司的關系，因此在配電公司的市場技術支持手段上可以采納目前發電廠競價上網的技術支持手段。

5 結語

中國的電力體制改革不能脫離實際，盲目照搬外國經驗。在輸配分離后，電網的安全性和穩定性必須得到保持和提高，新環境下對調度運行人員的素質要求也將更高，調度運行人員不僅要熟悉電網調度運行業務，還要熟悉電力市場交易規則，熟悉技術支持系統，要具有相當的經濟調度頭腦，調度運行人員的責任更大，壓力也更大。電網調度在電力市場化改革的道路上的作用越來越大，同時挑戰也越來越大。要適應新形勢對電網調度工作的要求，還有許多問題有待作更深入、細致的研究。

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