現(xiàn)貨市場(chǎng)中清潔能源消納能力實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)

李金龍，袁貴川，李金暉，李 榮，胡與非，楊 洋，周 劍

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司，成都 610041；2.國(guó)網(wǎng)宣城供電公司，安徽 宣城 242000；3. 國(guó)網(wǎng)西南分部，成都 610041)

近年來(lái)，我國(guó)清潔能源迅速發(fā)展，裝機(jī)容量遠(yuǎn)超本地負(fù)荷[1]，用電需求逐步下降，“三棄”問(wèn)題更加突出[2-6]。電力市場(chǎng)的推進(jìn)[7]，跨省區(qū)現(xiàn)貨交易的開(kāi)展，計(jì)算清潔能源消納能力日益重要[8]。通過(guò)監(jiān)視火電機(jī)組負(fù)備用，可實(shí)時(shí)評(píng)估直流受端消納能力，充分利用電網(wǎng)通道能力，促成跨省區(qū)現(xiàn)貨市場(chǎng)，增加清潔能源在全國(guó)范圍消納[9-10]。

基于當(dāng)前安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)的特點(diǎn)，將全網(wǎng)監(jiān)視問(wèn)題分片分區(qū)計(jì)算，得到工程實(shí)用算法。根據(jù)輸電斷面對(duì)火電機(jī)組有功調(diào)減的靈敏度，研究多種斷面約束情況下火電機(jī)組和機(jī)群的負(fù)備用，以冬大方式下的某省電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)為例進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。目前該系統(tǒng)已在能源管理系統(tǒng)(EMS)中部署，可有效提升調(diào)度監(jiān)視能力。

1 斷面約束下的負(fù)備用

當(dāng)前SCADA系統(tǒng)為D5000平臺(tái)，未開(kāi)放大規(guī)模用戶自定義編程，僅提供簡(jiǎn)單的函數(shù)計(jì)算。為此，需要根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將全網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題解耦為簡(jiǎn)單的斷面約束問(wèn)題。

1.1 無(wú)約束機(jī)組負(fù)備用

定義P為火電機(jī)組實(shí)時(shí)功率，Q為最小技術(shù)出力，S為無(wú)約束負(fù)備用，R為額定容量。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，取Q=0.6R。穩(wěn)定運(yùn)行的火電機(jī)組i，不進(jìn)行深度調(diào)峰，考慮開(kāi)停機(jī)過(guò)程中功率低于最小技術(shù)出力的可能性，無(wú)約束負(fù)備用Si=max{Pi-0.6Ri}。對(duì)所有斷面的靈敏度都非常小或位于電網(wǎng)約束斷面送端的機(jī)組，功率調(diào)減會(huì)減輕斷面功率，可視為無(wú)約束機(jī)組。以Ω1表示無(wú)約束火電的集合，其負(fù)備用為

(1)

根據(jù)文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]，支路有功對(duì)節(jié)點(diǎn)注入有功的靈敏度只與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和運(yùn)行電壓有關(guān)。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中短時(shí)間內(nèi)母線電壓可視為固定值，并且D5000平臺(tái)每15 min滾動(dòng)計(jì)算一次靈敏度，一個(gè)計(jì)算周期可認(rèn)為靈敏度恒定。為方便表述，定義T為機(jī)組考慮電網(wǎng)約束負(fù)備用(以下簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)備用)，U為約束斷面的裕度。

1.2 單個(gè)斷面約束火電機(jī)群

(2)

若c對(duì)應(yīng)多個(gè)靈敏度相同的機(jī)組，則按Si均攤。求得：

(3)

(4)

當(dāng)αij=1(i=1…m)時(shí)，可統(tǒng)一為

(5)

Ω2表示該類(lèi)斷面約束機(jī)群的集合，有

(6)

1.3 多斷面約束的單個(gè)機(jī)組

以αij表示斷面j(j=1…h(huán))功率增加對(duì)機(jī)組i功率調(diào)減的靈敏度。若min{Uj}·Si≤0，Ti=0；若min{Uj}·Si>0，Ti=min(Uj/αij，Si)，j=1…h(huán)。合并為T(mén)i=max{min(Uj/αij，Si)，0}，j=1…h(huán)。以Ω3表示該類(lèi)電廠集合，其負(fù)備用為

(7)

1.4 嵌套斷面約束機(jī)群

嵌套斷面約束的火電機(jī)群見(jiàn)圖1。在斷面1對(duì)所有約束機(jī)組的靈敏度相等。斷面2類(lèi)型，可求得T′=∑Tωj。斷面f和g類(lèi)型，可求得T″=∑Ti。T′和T″視為僅受斷面1約束的負(fù)備用，再求得斷面1約束的所有機(jī)組的負(fù)備用Tω1。

圖1 嵌套斷面約束的火電機(jī)群

Ω4表示所有嵌套斷面約束機(jī)群，則

(8)

1.5 多斷面約束機(jī)群

令斷面功率增加對(duì)機(jī)組功率調(diào)減的靈敏度矩陣為A。機(jī)組調(diào)減量為x=[x1…xi…xn]T，得規(guī)劃問(wèn)題。

(9)

根據(jù)約束條件，不存在無(wú)界解；當(dāng)0≤min(Uj)時(shí)，x=0為可行基解，故該問(wèn)題存在最優(yōu)解，可用單純形法等算法求出。當(dāng)min(Uj)<0時(shí)，該問(wèn)題無(wú)解，即斷面過(guò)載無(wú)法調(diào)減，仍可取解x=0。當(dāng)多個(gè)機(jī)組對(duì)所有斷面靈敏度相同時(shí)，有無(wú)窮多最優(yōu)解，可合并為一個(gè)機(jī)組求最優(yōu)解，并按Si均攤負(fù)備用。以Ω5表示所有該類(lèi)斷面的集合，電網(wǎng)中該類(lèi)火電機(jī)組的負(fù)備用為

(10)

1.6 直流通道影響

若改變直流路徑，負(fù)備用亦將變化。令斷面j功率增加對(duì)直流i受電功率調(diào)減的靈敏度為βij，考慮自身容量和近區(qū)交流線路輸送能力后，直流通道i的受電裕度為di，則斷面j裕度增至：

(11)

2 安控切機(jī)量及AGC約束

交直流混聯(lián)電網(wǎng)中多個(gè)安控對(duì)機(jī)組切機(jī)量均有要求，簡(jiǎn)化的安控拓?fù)潢P(guān)系如圖2所示。安控1需切除電廠A與B，安控2、3、4需切除上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)管轄電廠和電廠B，同時(shí)A、B電廠為本級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)AGC受控子站。

圖2 安控切機(jī)關(guān)系

在當(dāng)前調(diào)度體系下，上級(jí)調(diào)管電廠提供的切機(jī)量PQS應(yīng)作為本級(jí)調(diào)度負(fù)備用計(jì)算的邊界條件，安控切機(jī)需求量Pi(i=1…4)作為約束。設(shè)A廠發(fā)電功率為PA，切機(jī)量為PQA，B廠發(fā)電功率為PB，切機(jī)量為PQ.B。若A、B廠EDC系統(tǒng)不具備優(yōu)先調(diào)減安控不可切機(jī)組出力的功能，則

TA=max{min[max(PQA-
max(P1-PQB，0)，0)，U1-TC]，0}

(12)

TB=max{PQB-max[P2-PQS，
P3-PQS，P4-PQS，P1-PQB]，0}

(13)

若EDC系統(tǒng)具備優(yōu)先調(diào)減安控不可切機(jī)組出力的功能，則

TA=max{min[max(PA-
max(P1-PQB，0)，0)，U1-TC]，0}

(14)

TB=max{PB-max[P2-PQS，
P3-PQS，P4-PQS，P1-PQA]，0}

(15)

兩廠總備用為T(mén)(Ω6)=TA+TB。

3 算例驗(yàn)證

以某省冬季早高峰潮流為例，在PSASP平臺(tái)中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

3.1 無(wú)約束火電

該類(lèi)機(jī)組負(fù)備用見(jiàn)表1，可得T(Ω1)=684 MW。

表1 無(wú)約束火電負(fù)備用 MW

3.2 單斷面約束的機(jī)群

一共兩個(gè)單斷面約束的火電群，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。由式(4)求得T(Ω2)=96.6 MW。仿真結(jié)果顯示調(diào)減后斷面裕度為1 MW。

表2 單斷面約束機(jī)群的負(fù)備用 MW

3.3 嵌套斷面和直流約束的火電群

一共兩級(jí)嵌套斷面，且直流受電落點(diǎn)在大斷面內(nèi)，實(shí)時(shí)功率及靈敏度見(jiàn)表3。由式(10)得機(jī)組9僅考慮斷面2、3、4約束的負(fù)備用為214 MW。由式(4)得不考慮直流的負(fù)備用T(Ω4)=373 MW；考慮直流后，負(fù)備用T(Ω4)=426 MW。仿真顯示調(diào)減后斷面5約有50 MW裕度，其他斷面均不過(guò)載。

表3 嵌套斷面和直流約束的負(fù)備用 MW

3.4 多斷面約束的火電群

多斷面約束火電群如圖3所示。500 kV斷面6和7內(nèi)有三臺(tái)機(jī)組通過(guò)不同的電壓等級(jí)并網(wǎng)，實(shí)時(shí)功率、靈敏度及負(fù)備用計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 4，負(fù)備用為T(mén)(Ω5)=232 MW。仿真結(jié)果顯示，調(diào)減后斷面6裕度為0，斷面7裕度為30 MW。

圖3 多斷面約束火電群

MW

跟蹤全日電網(wǎng)潮流，可得全網(wǎng)和各機(jī)組全日負(fù)備用，見(jiàn)圖4。

圖4 全日火電負(fù)備用

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)電網(wǎng)斷面對(duì)機(jī)組出力調(diào)減的靈敏度，分析了單斷面、多斷面等約束情況下單機(jī)組和多火電機(jī)群的負(fù)備用，計(jì)及跨省區(qū)直流消納清潔能源對(duì)受端負(fù)備用的影響，并論證了交直流互聯(lián)安控及調(diào)度AGC控制的要求，可充分利用電網(wǎng)輸電能力，實(shí)時(shí)監(jiān)視火電機(jī)組最大負(fù)備用，為跨省區(qū)清潔能源現(xiàn)貨市場(chǎng)提供技術(shù)支持，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文方法的有效性。在EMS系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效提升了調(diào)度運(yùn)行人員監(jiān)視能力。該方案僅從電網(wǎng)約束上考慮清潔能源消納能力，隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)一步深入，后續(xù)可開(kāi)展包含價(jià)格補(bǔ)償因素的負(fù)備用監(jiān)視的研究。