山東電網(wǎng)日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)

張輝，慈文斌，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250001）

山東電網(wǎng)日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)

張輝，慈文斌，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250001）

隨著外電入魯比重的不斷提高，加之風(fēng)電等新能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，給山東電網(wǎng)的電力平衡帶來新的問題。分析影響電力平衡的各種因素，并通過綜合能量管理系統(tǒng)（EMS）、電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）和日前計(jì)劃系統(tǒng)信息，構(gòu)建了主要包含日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、新能源接納能力等指標(biāo)的日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?yàn)檎{(diào)度人員提供電力平衡情況的動(dòng)態(tài)參考，為日內(nèi)電網(wǎng)出力平衡調(diào)度提供重要的決策依據(jù)。

電力系統(tǒng)；電力平衡；旋轉(zhuǎn)備用；動(dòng)態(tài)評(píng)估

0 引言

目前山東電網(wǎng)通過兩路四回500 kV交流聯(lián)絡(luò)線與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，并通過±660 kV銀東直流與西北電網(wǎng)聯(lián)系，交直流外電入魯能力達(dá)到7 500 MW。同時(shí)在電源結(jié)構(gòu)方面，山東電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步多元化、清潔化，風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大，2014年9月山東電網(wǎng)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)5980MW，占統(tǒng)調(diào)發(fā)電裝機(jī)的10.7%。

由于電能不能大量?jī)?chǔ)存，要求發(fā)電、供電、用電必須同時(shí)完成，即發(fā)電和用電間保持實(shí)時(shí)電力平衡。目前山東電網(wǎng)已形成網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組發(fā)電、外電入魯聯(lián)絡(luò)線送電、風(fēng)電等新能源發(fā)電與用電負(fù)荷之間的平衡。山東電網(wǎng)日前電力平衡是根據(jù)日用電負(fù)荷預(yù)測(cè)、外電入魯計(jì)劃、風(fēng)電等新能源功率預(yù)測(cè)來決策網(wǎng)內(nèi)火電機(jī)組的啟停計(jì)劃，并考慮可能出現(xiàn)的機(jī)組跳閘或負(fù)荷波動(dòng)而留有一定的旋轉(zhuǎn)備用和事故備用［1-2］。然而電力平衡由日前計(jì)劃進(jìn)入日內(nèi)實(shí)際平衡時(shí)，值班調(diào)度員需考慮日內(nèi)實(shí)際用電負(fù)荷情況、風(fēng)電等新能源實(shí)際出力、外電送電計(jì)劃調(diào)整或外電通道跳閘、以及可能出現(xiàn)的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)和機(jī)組臨時(shí)降出力等因素，以評(píng)估當(dāng)前及未來時(shí)段電網(wǎng)備用情況是否充足，并做出是否需要外電支援、臨時(shí)開停機(jī)或有序用電等調(diào)度決策［3-4］。因此開展日內(nèi)電力平衡評(píng)估具有重要意義。

首先分析風(fēng)電等新能源發(fā)電、外電入魯對(duì)日內(nèi)電力平衡的影響，明確了日內(nèi)電力平衡評(píng)估的必要性，并綜合能量管理系統(tǒng)（EMS）、調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）、日前電力平衡計(jì)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、新能源接納能力等指標(biāo)的日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，最后結(jié)合網(wǎng)內(nèi)大容量機(jī)組跳閘為例說明日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估的重要性。

1 新能源發(fā)電及外電入魯對(duì)日內(nèi)電力平衡評(píng)估的影響

旋轉(zhuǎn)備用即指電網(wǎng)發(fā)電出力滿足用電負(fù)荷的裕度。在傳統(tǒng)的單一火電結(jié)構(gòu)的獨(dú)立電網(wǎng)中，正旋轉(zhuǎn)備用即為電網(wǎng)開機(jī)容量與用電負(fù)荷間的差值，全天最小正旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時(shí)間即對(duì)應(yīng)著最高用電負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間；負(fù)旋轉(zhuǎn)備用即為用電負(fù)荷與電網(wǎng)機(jī)組最低技術(shù)出力容量的差值，全天最小負(fù)旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時(shí)間即對(duì)應(yīng)著最低用電負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間［5］。調(diào)度人員對(duì)于日內(nèi)電力平衡的掌握僅需了解全天最小旋轉(zhuǎn)備用即可估算全天旋轉(zhuǎn)備用的具體情況，然而隨著新能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大及外電入魯比重的不斷提高，日內(nèi)電力平衡評(píng)估顯現(xiàn)了新的問題。

1.1 新能源發(fā)電

隨著風(fēng)電等新能源裝機(jī)規(guī)模的日益擴(kuò)大，新能源已成為電網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分，并納入電力平衡。由于風(fēng)力發(fā)電的間歇性和開放式接納，風(fēng)力發(fā)電在一定程度上影響了電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用。如圖1所示，電網(wǎng)全天最小旋轉(zhuǎn)備用（06∶45）出現(xiàn)的時(shí)刻已不再與電網(wǎng)用電負(fù)荷最高的時(shí)刻（17∶45）相對(duì)應(yīng)，分析原因?yàn)樵谠绶鍟r(shí)段（06∶00—07∶00）風(fēng)電出力較低，而在晚高峰時(shí)段（17∶00—18∶00）風(fēng)電出力相對(duì)較高，造成早峰時(shí)段電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用降低。由于風(fēng)電等新能源發(fā)電的參與，日內(nèi)實(shí)際旋轉(zhuǎn)備用的情況和變化趨勢(shì)已經(jīng)不能直觀地進(jìn)行估算。

圖1 風(fēng)電等新能源出力對(duì)日內(nèi)電力平衡的影響

1.2 外電入魯

非聯(lián)網(wǎng)方式下，旋轉(zhuǎn)備用僅需考慮是否能夠應(yīng)對(duì)用電負(fù)荷的波動(dòng)及可能出現(xiàn)的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)或跳閘。在聯(lián)網(wǎng)方式下，外電通道輸送功率往往較高，外電通道故障將嚴(yán)重影響電力平衡。例如銀東直流雙極向山東送電4 000 MW期間，若發(fā)生雙極閉鎖，銀東直流山東切負(fù)荷穩(wěn)定控制裝置將動(dòng)作切除山東部分地區(qū)負(fù)荷，同時(shí)需要調(diào)度員快速調(diào)出旋轉(zhuǎn)備用和事故備用容量，必要時(shí)進(jìn)行事故拉路以確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。因而在日內(nèi)電力平衡中需要實(shí)時(shí)評(píng)估日內(nèi)電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用是否能夠滿足外電通道故障后的電力平衡，以便在外電通道發(fā)生故障后能夠快速恢復(fù)頻率，并繼續(xù)執(zhí)行其他外電通道的正常送電計(jì)劃。

此外，山東電網(wǎng)并入華北電網(wǎng)后，山東電網(wǎng)與華北主網(wǎng)可充分發(fā)揮聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行電力互相支援。調(diào)度員在支援對(duì)方或獲得支援前需要盡可能準(zhǔn)確地判斷未來時(shí)段電網(wǎng)的出力平衡情況，以判斷支援的數(shù)額和時(shí)間。例如華北網(wǎng)調(diào)申請(qǐng)山東省調(diào)在未來6 h支援華北主網(wǎng)500 MW，山東電網(wǎng)需要綜合負(fù)荷情況、新能源發(fā)電等因素，評(píng)估山東電網(wǎng)未來6 h的旋轉(zhuǎn)備用情況是否在支援華北后還能滿足自身調(diào)整需要。因此準(zhǔn)確評(píng)估日內(nèi)電網(wǎng)出力平衡情況變得非常必要。

2 系統(tǒng)基本構(gòu)成

2.1 數(shù)據(jù)構(gòu)成

日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)綜合了能量管理系統(tǒng)（EMS）、日前計(jì)劃系統(tǒng)和調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)備用等信息的計(jì)算。系統(tǒng)從EMS中獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行信息（包括實(shí)際用電負(fù)荷、風(fēng)電出力、外網(wǎng)交換功率數(shù)據(jù)和開機(jī)信息等），從日前計(jì)劃系統(tǒng)中提取日前計(jì)劃信息（包括機(jī)組計(jì)劃可調(diào)出力、新能源及外電計(jì)劃出力、機(jī)組容量信息等），并從OMS系統(tǒng)中采集電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度管理信息（包括機(jī)組開停、降出力的開竣工等情況），如圖2。

圖2 山東電網(wǎng)日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 旋轉(zhuǎn)備用表達(dá)

日前電力平衡是指既定的開機(jī)方式下火電機(jī)組的開機(jī)容量（可調(diào)出力）、日前計(jì)劃新能源出力、日前計(jì)劃外電電力與日前計(jì)劃用電負(fù)荷間的平衡。日內(nèi)電力平衡即日內(nèi)實(shí)際開機(jī)方式下的火電機(jī)組的開機(jī)容量、實(shí)際新能源出力、實(shí)際外電電力與實(shí)際用電負(fù)荷之間的平衡，并考慮日內(nèi)新增（減）降出力情況。因此，將日前計(jì)劃正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用和日內(nèi)計(jì)算正、負(fù)旋轉(zhuǎn)備用做如下表達(dá)：

式中：ΔPsra+（t）為日前計(jì)劃正旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsra-（t）為日前計(jì)劃負(fù)旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsri+（t）為日內(nèi)計(jì)算正旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsri-（t）為日內(nèi)計(jì)算負(fù)旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPca+（t）為日前計(jì)劃火電最高可調(diào)出力總和，MW；ΔPca-（t）為日前計(jì)劃火電最低可調(diào)出力總和，MW；Pci+（t）為日內(nèi)實(shí)際火電最高可調(diào)出力總和，MW；Pci-（t）為日內(nèi)實(shí)際火電最低可調(diào)出力總和，MW；Pwa（t）為日前計(jì)劃新能源出力，MW；Pia（t）為日前計(jì)劃外電電力，MW；Pla（t）為日前計(jì)劃用電負(fù)荷，MW；Pwi（t）為日內(nèi)實(shí)際風(fēng)電出力，MW；Pii（t）為日內(nèi)實(shí)際外電電力，MW；Pli（t）為日內(nèi)實(shí)際用電負(fù)荷，MW；Pdi+（t）為日內(nèi)非計(jì)劃降低最高出力總和，MW；Pdi-（t）為日內(nèi)非計(jì)劃提高最低出力總和，MW。

2.3 動(dòng)態(tài)評(píng)估

調(diào)度員對(duì)于日內(nèi)電力平衡的掌握主要是針對(duì)于未來時(shí)間電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用的評(píng)估，而未來的用電負(fù)荷、風(fēng)力發(fā)電情況具有不確定性。評(píng)估系統(tǒng)利用滾動(dòng)發(fā)電計(jì)劃系統(tǒng)［6］及新能源調(diào)度支持系統(tǒng)中的日內(nèi)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)［7-8］作為Pli（t）、Pwi（t）的預(yù)測(cè)值參與旋轉(zhuǎn)備用的計(jì)算。即若當(dāng)前時(shí)刻為t0，Pli（t0）、Pwi（t0）為當(dāng)前時(shí)刻實(shí)際的用電負(fù)荷和實(shí)際風(fēng)電出力，而對(duì)于未來時(shí)刻t0+，Pli（t0+）、Pwi（t0+）即為日內(nèi)短期預(yù)測(cè)值。評(píng)估系統(tǒng)將隨著時(shí)間的推移滾動(dòng)計(jì)算電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用情況，以便調(diào)度人員對(duì)未來時(shí)間的電力平衡情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的評(píng)估。

3 評(píng)估指標(biāo)定義

以正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用數(shù)學(xué)表達(dá)為基礎(chǔ)，評(píng)估系統(tǒng)定義了日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、風(fēng)電接納能力和銀東直流閉鎖事故拉路負(fù)荷分配等評(píng)估指標(biāo)，以便調(diào)度人員對(duì)日內(nèi)電力平衡有清晰和直觀的了解。

3.1 日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用曲線

日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用曲線（ΔPsri+（t），ΔPsri－（t））用以表述日內(nèi)實(shí)際計(jì)算正負(fù)旋轉(zhuǎn)備用情況，為日內(nèi)電力平衡調(diào)度提供準(zhǔn)確信息，如圖3所示。

圖3 日內(nèi)計(jì)算旋轉(zhuǎn)備用曲線

3.2 旋轉(zhuǎn)備用影響因素偏差曲線

旋轉(zhuǎn)備用影響因素偏差曲線將當(dāng)日內(nèi)外電電力、新能源發(fā)電、用電負(fù)荷、可調(diào)出力等參數(shù)實(shí)際值與計(jì)劃值的偏差進(jìn)行表達(dá)，便于調(diào)度員實(shí)時(shí)了解影響旋轉(zhuǎn)備用的各項(xiàng)因素及其影響程度，如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)備用影響偏差曲線

式中：ΔPwi（t）為新能源出力偏差，MW；ΔPii（t）為外電電力偏差，MW；ΔPli（t）為用電負(fù)荷偏差，MW；ΔPci（t）為火電最高可調(diào)出力偏差，MW；ΔΔPsri（t）為計(jì)算正旋轉(zhuǎn)備用偏差，MW。

3.4 新能源接納能力曲線

當(dāng)電網(wǎng)風(fēng)電等新能源出力較高，火電機(jī)組均減到最低技術(shù)出力仍不能降至實(shí)際用電負(fù)荷要求時(shí)，新能源發(fā)電將無法全額消納。評(píng)估系統(tǒng)將新能源接納能力進(jìn)行表達(dá)，見式（10）。如圖5所示，當(dāng)新能源出力處于新能源接納能力曲線上方時(shí)，電網(wǎng)接納能力不足，將提醒調(diào)度值班人員提前做好相關(guān)出力平衡安排。

圖5 風(fēng)電接納能力曲線圖

3.5 銀東直流雙極閉鎖事故拉路數(shù)額及分配

銀東直流若發(fā)生雙極閉鎖將嚴(yán)重影響山東電網(wǎng)電力平衡。評(píng)估系統(tǒng)給出銀東直流安全自動(dòng)裝置動(dòng)作和拒動(dòng)兩種方式下的事故拉路方案，見式（11）~（12），該評(píng)估指標(biāo)在銀東直流發(fā)生閉鎖后將為調(diào)度人員提供快速的出力平衡方案。各地市事故拉路負(fù)荷分配按地區(qū)用電負(fù)荷比例分?jǐn)偅鹿世坟?fù)荷分配如圖6所示。

式中：Pcuts（t）為銀東直流雙極閉鎖安全自動(dòng)裝置動(dòng)作后事故拉路負(fù)荷，MW；Pcutb（t）為銀東直流雙極閉鎖安全自動(dòng)裝置拒動(dòng)時(shí)事故拉路負(fù)荷，MW；Piy（t）為銀東直流落地功率，MW；Pic（t）為銀東直流安全自動(dòng)裝置實(shí)際切負(fù)荷數(shù)，MW；Pix（t）為事故備用容量，MW。

圖6 銀東直流閉鎖事故拉路負(fù)荷分配

4 系統(tǒng)應(yīng)用

某日10∶01，山東電網(wǎng)某廠1臺(tái)1000MW機(jī)組跳閘，由于機(jī)組跳閘，該時(shí)刻造成電網(wǎng)正旋轉(zhuǎn)備用迅速降低，如圖7所示。

圖7 電網(wǎng)日內(nèi)計(jì)算正旋轉(zhuǎn)備用曲線

因用電負(fù)荷的高峰在當(dāng)日17∶00左右，是否需要申請(qǐng)外電臨時(shí)支援或臨時(shí)開機(jī)以滿足未來用電負(fù)荷的要求需要綜合考慮當(dāng)日實(shí)際電力平衡情況。圖7顯示該時(shí)刻山東日內(nèi)計(jì)算正旋轉(zhuǎn)備用情況，通過動(dòng)態(tài)評(píng)估曲線可以看出在11∶15，山東電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用將達(dá)到全天最低（415 MW），旋轉(zhuǎn)備用較為緊張。然而如評(píng)估曲線所示，較低旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時(shí)間較短，且午后及負(fù)荷晚高峰期間電網(wǎng)備用相對(duì)充足，因此調(diào)度員僅需做出在10∶00—12∶00期間開啟泰山蓄能電站機(jī)組發(fā)電以緩解旋轉(zhuǎn)備用緊張局面的安排，避免了不必要的外電支援和臨時(shí)開機(jī)。

5 結(jié)語

日內(nèi)電力平衡動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)，減少了調(diào)度員在進(jìn)行調(diào)度時(shí)需綜合考慮各方面影響因素的時(shí)間，為電網(wǎng)調(diào)度帶來更直觀和準(zhǔn)確的決策支持信息。評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)以調(diào)度員面對(duì)的多種系統(tǒng)（EMS、OMS等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各類調(diào)度應(yīng)用信息的交互共享，體現(xiàn)了智能化調(diào)度的要求，也將是未來調(diào)度業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)。

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Dynamic Assessment for Intraday Power Balance of Shandong Power Grid

ZHANG Hui，CI Wenbin，LEI Ming，LIAO Dapeng，LIU Jun
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

The proportion of electric power imported into Shandong grid is on a rising scale and renewable energy power generation such as wind power is keeping on expanding.Thus，the power balance of Shandong grid is faced with new problems. Various factors influencing power balance are analyzed.Intraday power balance dynamic assessment system is proposed through EMS（Comprehensive Energy Management System）and OMS（power grid dispatching production management system）and day-ahead planning system information.Indicators of this assessment system main include real-time calculation of spinning reserve，impact bias of power balance，renewable energy integration capacity.This system can provide a dynamic reference about power balance for dispatchers，and provide an important decision-making basis for intraday power balance scheduling.

power system；power balance；spinning reserve；dynamic assessment

TM734

B

1007－9904（2015）02－0027－05

2014-11-06

張輝（1984），男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與分析工作。