新型電力系統(tǒng)下的調(diào)度智能平衡系統(tǒng)研究

張思遠，龍高翔，周過海，張嘯宇，劉敦楠，高源

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，華北電力大學，北京 102206)

0 引言

構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的關鍵，但新型電力系統(tǒng)的建設在初期會對現(xiàn)有的調(diào)度實時運行模式造成許多影響[1-2]，諸如新能源裝機比例提高造成的調(diào)峰資源相對不足[3-4]、調(diào)節(jié)靈活性差[5]，眾多的分布式新能源加大了調(diào)度部門的管理難度[6-7]，新的市場規(guī)則對電力調(diào)度人員的執(zhí)行提出了更高的要求[8]，新型電力系統(tǒng)實時調(diào)度運行困難的問題頻頻出現(xiàn)。

湖南電網(wǎng)地處中國腹地，處于電網(wǎng)末端，是典型的受端電網(wǎng)。湖南電網(wǎng)基礎負荷較低，近年來湖南風電、光伏發(fā)展迅猛，預計未來新能源裝機占比仍將保持快速增長趨勢，這使得湖南新能源裝機增速遠超電網(wǎng)負荷自然增長速度。除此之外，湖南80%以上水電調(diào)節(jié)性能較差，而且具有風水同期的特性，這不僅導致清潔能源消納困難，還加重了電網(wǎng)低谷調(diào)峰難度，2020年電網(wǎng)最大峰谷差為1 500萬kW，平均峰谷差880萬kW[9]。湖南目前處于工業(yè)化中期階段，預計近期電力負荷維持中高速增長，但區(qū)內(nèi)水電資源開發(fā)殆盡，化石發(fā)電增長形勢嚴峻，新能源開發(fā)總量有限，未來尖峰時段存在電力供應緊張的可能性。

得益于近些年需求側(cè)管理機制及源網(wǎng)荷儲互動的發(fā)展，可中斷負荷[10-12]、電動汽車[13-15]、儲能[16-19]等需求側(cè)資源也逐步參與到電網(wǎng)調(diào)節(jié)，一定程度上緩解了調(diào)峰資源相對不足的問題，但是海量需求側(cè)資源參與電力調(diào)度對現(xiàn)行的調(diào)度自動化系統(tǒng)提出了更高的要求。目前，調(diào)度自動化系統(tǒng)正由傳統(tǒng)的經(jīng)驗型、分析型向精準型、智能型轉(zhuǎn)變[20]，這將對電網(wǎng)調(diào)度與控制產(chǎn)生重大影響。雖然“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”的調(diào)度原則不會改變，但調(diào)度技術支持系統(tǒng)要適應并支持這些變化[21]。面對高比例可再生能源下的電力系統(tǒng)發(fā)展，國內(nèi)外學者對電力調(diào)度進行了研究。文獻[22]圍繞發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)，解析超大規(guī)模電站群調(diào)度大數(shù)據(jù)特征及相互關系，在構建發(fā)電調(diào)度平臺架構時，融合了水火風光等多維度大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了電力大數(shù)據(jù)復雜發(fā)電調(diào)度系統(tǒng)高效和實用化運行。文獻[23-24]基于智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)完成了電力智能調(diào)度監(jiān)控平臺和電網(wǎng)防災調(diào)度系統(tǒng)的設計。文獻[25-26]拓展了分布式實時數(shù)據(jù)在電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中的應用，提高了電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)質(zhì)量。文獻[27-28]指出智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中傳統(tǒng)的調(diào)度技術已無法應對大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)調(diào)度運行帶來的挑戰(zhàn)，并提出基于多時間尺度的新能源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度方法，該方法能逐步減少新能源預測誤差帶來的影響。

上述文獻雖然對需求側(cè)資源及大規(guī)模新能源并網(wǎng)調(diào)度進行了研究，但都只是從單方面角度考慮新型電力系統(tǒng)調(diào)度問題，并沒有將需求側(cè)資源與大規(guī)模分布式新能源一同納入智能調(diào)度系統(tǒng)中。為此，針對湖南電網(wǎng)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展所帶來的實時調(diào)度運行困難的問題，構建調(diào)度智能平衡系統(tǒng)，將風電、光伏等新能源資源和需求側(cè)資源納入調(diào)峰系統(tǒng)中一定程度解決了調(diào)峰資源不足威脅電網(wǎng)安全性的問題。

該系統(tǒng)主要有以下三大作用:

1)引入超短期新能源和負荷預測修正日前計劃偏差，使得調(diào)度員能提前準確掌握系統(tǒng)上下備用，在調(diào)峰困難的時候可以充分利用所有調(diào)峰資源對未來趨勢提前進行平衡控制；除此之外，在超短期新能源和負荷預測基礎上能為日內(nèi)現(xiàn)貨申報提供更科學的輔助決策。

2)構建調(diào)度調(diào)峰資源代價函數(shù)體系，精準量化各類資源的調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)各類資源的精細化調(diào)用，促進清潔能源消納，同時該體系考慮后續(xù)向電力現(xiàn)貨市場的過渡問題。在電力現(xiàn)貨市場下，只需將各類調(diào)峰資源的代價值替換成電力現(xiàn)貨市場出清電價就能實現(xiàn)智能平衡系統(tǒng)和電力現(xiàn)貨市場的融合。

3)根據(jù)電網(wǎng)運行情況自動調(diào)用各類調(diào)峰資源，保證電網(wǎng)實時平衡，在水電實時備用充足的情況下能大大減少調(diào)度員實時平衡的工作量。

1 湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概述

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)以基于云平臺的全省電網(wǎng)模型和運行數(shù)據(jù)為基礎，通過構建涵蓋全省各類電源發(fā)電數(shù)據(jù)、外來電送湘功率數(shù)據(jù)、全網(wǎng)系統(tǒng)及220 kV母線日內(nèi)負荷預測數(shù)據(jù)、電力市場數(shù)據(jù)的未來態(tài)電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務相關的海量數(shù)據(jù)價值的挖掘，并結(jié)合穩(wěn)定規(guī)定電子化及在線安全分析校核，實現(xiàn)適應電力市場環(huán)境下的電力電量智能平衡分析。

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)建設主要目的是優(yōu)化購電結(jié)構、指導現(xiàn)貨交易并提高聯(lián)絡線控制性能標準(Control Performance Standard，CPS)，調(diào)整合格率。其中優(yōu)化購電結(jié)構是在超短期風光新能源預測和負荷預測的基礎上，精準預測系統(tǒng)所需的調(diào)節(jié)資源，同時考慮各類調(diào)峰資源特性構建調(diào)峰代價函數(shù)，實現(xiàn)未來一段時間內(nèi)的調(diào)節(jié)費用最優(yōu)，同時生成滿足多時間尺度下可收斂的未來態(tài)電網(wǎng)潮流。指導現(xiàn)貨交易是指滾動計算高峰時段系統(tǒng)正備用及低谷時段系統(tǒng)負備用，同時結(jié)合購電通道相關穩(wěn)定限額，給出日內(nèi)現(xiàn)貨申報策略，指導調(diào)度員進行省間現(xiàn)貨交易決策。提高CPS指標合格率是指通過穩(wěn)定限額智能識別及在線安全分析對生成的未來態(tài)電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)進行安全校核，實現(xiàn)實時電力的閉環(huán)控制，在可調(diào)備用充足情況下使CPS合格率始終保持100%。

1.2 系統(tǒng)架構

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)基于云平臺的湖南省電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)，構建未來4 h、8 h、24 h且可收斂的未來態(tài)電網(wǎng)潮流，并與穩(wěn)定限額智能識別系統(tǒng)進行信息交互。該系統(tǒng)架構如圖1所示，智能平衡分析系統(tǒng)進行調(diào)度決策時，首先根據(jù)可調(diào)節(jié)資源的代價函數(shù)生成未來一段時間內(nèi)調(diào)節(jié)代價最低的日內(nèi)計劃，在更新分機組調(diào)度計劃表后，系統(tǒng)將7大類數(shù)據(jù)表(系統(tǒng)負荷預測表、母線負荷預測表、聯(lián)絡線計劃表、輸電斷面限額表、輸電斷面組成元件表、分機組調(diào)度計劃表、設備停電計劃表)以及其他類的計劃數(shù)據(jù)(市場交易出清結(jié)果、風光日內(nèi)功率預測數(shù)據(jù)等)傳入未來態(tài)潮流計算模塊，生成經(jīng)安全校核后的電網(wǎng)未來態(tài)潮流。若安全校核未通過，將根據(jù)安全校核結(jié)果調(diào)整約束條件，重新生成日內(nèi)計劃進行迭代，計算電網(wǎng)未來態(tài)潮流。

圖1 系統(tǒng)架構

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)實時優(yōu)化調(diào)度模塊可實現(xiàn)實時電力電量智能平衡閉環(huán)控制。該模塊基于未來態(tài)潮流圖，建立一套完整、閉環(huán)的邏輯運算程序，實現(xiàn)實時電力的閉環(huán)控制，在可調(diào)備用充足情況下使CPS合格率始終保持100%。其具體控制邏輯如圖2所示，根據(jù)平衡預警-備用約束-調(diào)度狀況-診斷控制的步驟來進行閉環(huán)控制，綜合負荷預測偏差、受電計劃偏差、機組出力偏差、出力可調(diào)整容量計算待調(diào)整量，將待調(diào)整量按照負荷率和均衡率等原則進行分配。同時在下發(fā)調(diào)整量時，通過使用負荷分段識別算法，將各時段分為平穩(wěn)、爬坡、拐點等不同的類型，針對不同的情形使用不同的策略:平穩(wěn)時段策略是保證CPS、實時負荷率和電量完成均衡率的多目標控制策略；爬坡時段策略是準確預測趨勢，增加步長，充分挖掘機組調(diào)峰潛力，實現(xiàn)深度調(diào)峰，保證CPS；拐點時段策略是識別拐點，預測觀點時間，消除機組調(diào)節(jié)慣性，防止反調(diào)節(jié)。

圖2 實時電力電量智能平衡閉環(huán)控制

2 基于調(diào)峰代價函數(shù)的日內(nèi)計劃滾動優(yōu)化

2.1 調(diào)節(jié)資源調(diào)節(jié)能力評估

調(diào)節(jié)資源的調(diào)節(jié)能力是調(diào)度系統(tǒng)確保湖南省電力平衡的基礎。傳統(tǒng)調(diào)度中，通常利用大型水火電等常規(guī)可調(diào)節(jié)資源來平衡負荷、風電光伏等不可調(diào)資源的變化，把不可調(diào)資源認為是系統(tǒng)平衡的邊際條件。

隨著電力市場、需求側(cè)響應等政策的不斷推進，負荷、風電光伏等不可調(diào)資源將會作為調(diào)峰手段參與到電力平衡中來。在電力現(xiàn)貨市場下，各類調(diào)峰資源的調(diào)節(jié)代價即為現(xiàn)貨市場出清電價，但在市場和計劃雙軌制下，如何精準評估各類調(diào)節(jié)資源的調(diào)節(jié)能力及調(diào)節(jié)順序是建立優(yōu)化模型的關鍵問題。經(jīng)過實際調(diào)研及研究分析，提出調(diào)峰代價函數(shù)體系:對于任意一種調(diào)節(jié)資源，綜合考慮其自身各因素的影響和經(jīng)驗，將各個影響因子進行量化最終得到一個代價量，即為這種調(diào)節(jié)資源的調(diào)節(jié)代價。根據(jù)各類調(diào)節(jié)資源的調(diào)節(jié)代價排序，能有效評估各類電源的調(diào)節(jié)能力及調(diào)節(jié)順序。

2.2 調(diào)峰代價函數(shù)體系

傳統(tǒng)模式下按照發(fā)電政策來調(diào)用調(diào)峰資源，通常在系統(tǒng)上備用不足時，會嚴格按照調(diào)增水火電—申請聯(lián)絡線支援—超供電能力限電的順序調(diào)用各類調(diào)峰資源，而在系統(tǒng)下備用不足時，則是按照調(diào)減水火電—調(diào)減聯(lián)絡線計劃—限風—限光的順序調(diào)用來實現(xiàn)電力實時平衡。

智能平衡系統(tǒng)需要合理安排各類調(diào)峰資源調(diào)用優(yōu)先級順序，調(diào)峰代價函數(shù)是智能平衡系統(tǒng)確定各類調(diào)峰資源調(diào)用優(yōu)先級的手段，通過對影響各類調(diào)峰資源調(diào)用順序的因素進行量化加權求和可以得到每類調(diào)峰資源調(diào)用代價值，最終根據(jù)代價值大小實現(xiàn)各類調(diào)峰資源的自動科學調(diào)用。

在市場和計劃雙軌制下，考慮到新能源消納、保供電等要求，聯(lián)絡線調(diào)整、限風、限光、限負荷等調(diào)峰資源的調(diào)用有明顯的優(yōu)先級，但平水期時段水火電調(diào)用順序并無明確優(yōu)先級，此外，在火電深度調(diào)峰(以下簡稱“火電深調(diào)”)區(qū)間調(diào)用順序需遵循輔助服務市場運行規(guī)則。如何根據(jù)水火電調(diào)峰資源的特性確定其代價函數(shù)是智能平衡系統(tǒng)的核心。湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)水火電調(diào)峰代價函數(shù)如下:

1)水電代價函數(shù)。水電的調(diào)用優(yōu)先級與水電廠的上網(wǎng)電價ps、水庫的實時水位hs以及水庫的實時出入庫流量Qs相關，電價越低，實時水位越接近汛限水位hh，凈入庫流量越大，調(diào)用優(yōu)先級越高，具體代價函數(shù)如式(1)所示。

式中，Cs為水電代價值；cp、chs、cQ分別為水電廠電價系數(shù)、水位系數(shù)和流量系數(shù)；hl為水庫死水位。

2)火電代價函數(shù)?；痣姲l(fā)電優(yōu)先級主要考慮火電的電價ps、計劃完成率Sh以及負荷率Lh，電價越低計劃完成率越低，負荷率越低，調(diào)用優(yōu)先級越高，具體代價函數(shù)如式(2)所示。

式中，Ch為火電代價值，cph、cS、cL分別為火電廠電價系數(shù)、計劃完成率系數(shù)和負荷率系數(shù)。

由于深調(diào)火電的調(diào)用是給輔助服務市場下發(fā)深調(diào)量總指令，故在智能平衡系統(tǒng)中將其設置成一個特殊的火電廠，其上下備用為已深調(diào)總量和未深調(diào)總量，其計劃完成率為0，負荷率為50%，這樣可以保證其調(diào)用優(yōu)先級小于所有正?；痣姀S，在調(diào)增時先調(diào)增深調(diào)火電，調(diào)減時后調(diào)減深調(diào)火電，從而保證了計劃和市場的銜接，也為虛擬電廠或負荷聚合商等調(diào)節(jié)資源參與系統(tǒng)平衡提供解決思路。

為了統(tǒng)一水火電代價數(shù)值范圍，在實際應用中，將火電的電價系數(shù)cp、計劃完成率系數(shù)cS、負荷率系數(shù)cL均設置為1，同時選取深調(diào)火電、平均計劃完成率平均負荷率火電、高計劃完成率高負荷率火電作為三種典型火電運行工況，每個水電廠根據(jù)調(diào)度員經(jīng)驗和歷史運行數(shù)據(jù)選取高水位大入庫流量、正常水位零出庫流量、低水位大出庫流量三種典型水情與三種典型火電運行工況進行標定求得每個水電廠對應的電價系數(shù)cp、水位系數(shù)ch和流量系數(shù)cQ。

2.3 日內(nèi)計劃滾動優(yōu)化模型

2.3.1目標函數(shù)

日內(nèi)計劃滾動優(yōu)化模型的目標函數(shù)式(3)所示:

2.3.2約束條件

1)等式約束

2)機組出力上下限約束

式(10)—(14)不等式兩邊分別表示t時刻各類調(diào)節(jié)資源出力上下限，其中phjmin、psimin、pwimin、ppimin、plimin分別表示第j臺火電機組出力、 第i個水電廠出力、第i個風電廠出力、第i個光伏電站出力和第i個可調(diào)負荷可調(diào)最小值；phjmax、psimax、pwimax、ppimax、plimax分別表示第j臺火電機組出力、第i個水電廠出力、第i個風電廠出力、第i個光伏電站出力和第i個可調(diào)負荷可調(diào)最大值。

3)爬坡約束

式(15)—(19)不等式右邊表示t時刻各類調(diào)節(jié)資源的最大爬坡能力， 其中Δphjmax、Δpsimax、Δpwimax、Δppimax、Δplimax分別表示第j臺火電機組出力、 第i個水電廠出力、第i個風電廠出力、第i個光伏電站出力和第i個可調(diào)負荷在t-1時刻到t時刻時間段內(nèi)可調(diào)最大值。

2.4 啟動條件

智能平衡系統(tǒng)的應用主要有兩大塊，一大塊是滾動更新各類調(diào)節(jié)資源日內(nèi)計劃，根據(jù)日內(nèi)計劃為日內(nèi)現(xiàn)貨申報提供輔助決策；另一大塊則是實時調(diào)用水火電調(diào)峰資源保證電力實時平衡。判斷湖南電力是否平衡的指標是區(qū)域控制偏差(Area Control Error，ACE)，ACE值表示為εACE，當εACE為負時要調(diào)增省內(nèi)機組出力，反之則調(diào)減省內(nèi)機組出力。為及時跟蹤ACE指標變化，保證εACE始終在合理范圍內(nèi)，智能平衡系統(tǒng)主要有ACE實時偏差啟動、水電實時備用啟動和趨勢啟動三大啟動條件。

2.4.1ACE實時偏差啟動

ACE實時偏差啟動是為了應對由于抽水蓄能電站機組開停機、水火電機組跳機、聯(lián)絡線計劃修改等原因帶來嚴重ACE偏差時的啟動方式，其具體啟動條件如式(20)所示。

式中，P1為水電實時上備用，P2為水電實時下備用。只有實時跟蹤ACE偏差的水電機組備用不足時才調(diào)用其他水火電機組，εACEths是ACE偏差啟動閾值，為人工設定量。ACE實時偏差啟動時，下發(fā)調(diào)整量ΔP如式(21)所示。

由于只有少數(shù)情況下ACE會出現(xiàn)嚴重偏差，為了避免負荷瞬時波動導致ACE實時偏差誤啟動，依據(jù)調(diào)度經(jīng)驗和湖南實際情況，目前εACEths被設置為300 MW，同時需15 s內(nèi)3次采樣均滿足啟動條件才真正啟動，并且ACE實時偏差啟動后需延時90 s才能再次啟動。

2.4.2水電實時備用啟動

ACE實時偏差啟動的防誤啟動條件的存在導致εACE的調(diào)節(jié)存在一定的延遲。為了保證良好的εACE控制效果，需要時刻保持有適量的水電實時上下備用。當水電實時上備用或下備用不足時，即便εACE比較小也需要啟動實時平衡以調(diào)整水電實時上下備用，水電實時備用啟動如式(22)所示。

式中，εACEmod為εACE的修正值，引入該參數(shù)能根據(jù)實時ACE值修正得到真正的水電實時上下備用，e為水電實時備用裕度。

水電實時備用啟動時，下發(fā)量ΔP如式(23)所示。

水電實時備用啟動相對于ACE實時偏差啟動而言啟動頻率更高，但同時考慮到下令的頻率不宜過高，依據(jù)調(diào)度經(jīng)驗和湖南實際情況，εACEmod設置為0.5εACE，e設置為10%，同時需要20 s內(nèi)4次采樣均滿足啟動條件才真正啟動，并且水電實時備用啟動后需延時60 s才能再次啟動。

2.4.3趨勢啟動

負荷的變化同時包含了短時間尺度波動和長時間尺度趨勢兩大特點。ACE實時偏差啟動和水電實時備用啟動均只能實現(xiàn)短時間尺度波動的實時平衡，對于高峰前負荷急劇上漲或高峰后負荷急劇下降的階段，ACE實時偏差啟動和水電實時備用啟動均存在響應速度不足的問題。為了解決這一問題，智能平衡系統(tǒng)引入了趨勢啟動，趨勢啟動以15 min為周期，每個周期開始，系統(tǒng)會自動計算該周期內(nèi)除可調(diào)節(jié)水火電外其余調(diào)峰資源的總變化量ΔP，當|ΔP|≥200 MW時，下發(fā)調(diào)整量為-ΔP。

2.4.4火電深調(diào)時的啟動條件

火電處于深調(diào)工況時的實時平衡啟動條件與火電正常工況下的啟動條件無本質(zhì)上的差別，但是由于深調(diào)量是通過輔助服務市場下發(fā)，調(diào)用規(guī)則也是基于輔助服務市場的市場規(guī)則，同時火電深調(diào)工況下調(diào)節(jié)性能不佳，因此火電深調(diào)時不宜頻繁下令。考慮到上述原因，深調(diào)時只保留ACE實時偏差啟動和趨勢啟動兩大啟動條件，同時依據(jù)調(diào)度員經(jīng)驗和湖南實際情況適當調(diào)窄啟動范圍，調(diào)長啟動冷卻時間。

3 實際運行分析

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)于2021年1月1日開始試運行，下面就試運行期間系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，分析該系統(tǒng)在日前計劃偏差修正、系統(tǒng)備用計算、水電經(jīng)濟化調(diào)度、實時平衡調(diào)節(jié)四個方面的運行效果。

3.1 日前計劃偏差修正

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)一大功能是修正日前發(fā)電計劃偏差，該偏差是由于負荷及新能源等不可調(diào)資源的變化波動導致的，要修正該偏差首先需要準確預測日內(nèi)負荷及新能源出力。對于湖南實際情況而言，新能源日內(nèi)偏差相對于負荷日內(nèi)偏差較小，故著重研發(fā)日內(nèi)超短期負荷預測方法。常用的系統(tǒng)負荷預測方法多是從成因機制出發(fā)，建立多相關因素等與發(fā)電出力的預測模型，與此思路不同，本文利用大數(shù)據(jù)技術，結(jié)合面臨日的預測值，從海量歷史出力數(shù)據(jù)中尋找偏差分布規(guī)律，并結(jié)合當日實際要求快速確定系統(tǒng)備用等邊界條件。對于湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)，分析某日的功率預測偏差分布規(guī)律需要用到各電站多年實際和計劃的日96點發(fā)電出力，以此為基礎，采用區(qū)間置信理論，可以快速確定合理的聯(lián)絡線功率偏差范圍，進而獲得實際調(diào)度中平衡功率偏差所需要的旋轉(zhuǎn)備用。圖3是湖南某日的實際負荷、日前計劃和超短期負荷預測曲線，可以發(fā)現(xiàn)日前計劃與實際負荷存在較大偏差，而超短期負荷預測與實際負荷曲線幾乎重合，統(tǒng)計2021年3月份每日的負荷預測情況，經(jīng)計算每日預測精度如圖4和圖5所示，可以看出3月份每日的總負荷預測精度均高于99%，90%日內(nèi)單點負荷預測準確率超過99.5%。

圖3 某典型日系統(tǒng)超短期負荷預測及實際負荷

圖4 3月份系統(tǒng)負荷預測精度

圖5 3月份某典型日系統(tǒng)負荷預測偏差概率分布

3.2 系統(tǒng)備用計算

湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)基于精確的日前計劃偏差修正建設了備用容量模塊。備用容量模塊以《華中電網(wǎng)分區(qū)備用容量信息管理辦法》 《華中電網(wǎng)運行備用管理規(guī)定(試行)》為主要依據(jù)，在實時優(yōu)化系統(tǒng)其他功能模塊、調(diào)度自動化系統(tǒng)的支撐下，實現(xiàn)了系統(tǒng)備用管理、機組備用監(jiān)測、備用預警等功能。備用模塊依據(jù)未來態(tài)數(shù)據(jù)計算出的后4 h系統(tǒng)備用情況，滾動計算高峰時段系統(tǒng)正備用及低谷時段系統(tǒng)負備用，給出日內(nèi)輔助服務申報及省間現(xiàn)貨申報決策，輸出考慮電網(wǎng)斷面約束和電廠機組等原因的出清執(zhí)行結(jié)果供調(diào)度員記錄、備查。

3.3 水電經(jīng)濟化調(diào)度

湖南水能資源豐富，水電機組與火電機組在裝機容量上相差無幾，但水電的季節(jié)性特征非常突出，湖南80%以上水電調(diào)節(jié)性能較差，且來風與來水重合性強，進一步加大清潔能源消納難度。

圖6為2021年4月份某日湖南省內(nèi)3個水電廠發(fā)電功率曲線。4月是湖南汛期，水電廠1和水電廠2位于某主干流域中下游，水庫調(diào)節(jié)性能差，由于上游來水大，水庫面臨著嚴峻的防洪形勢，因此發(fā)電政策為基礎負荷。而水電廠3位于某流域上游，水庫調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，雖然水庫水位較高，但發(fā)電政策為調(diào)峰運行。從圖中3個水電廠的實際出力情況來看，實時平衡系統(tǒng)準確執(zhí)行了發(fā)電政策，兩個基礎負荷水電廠整日出力保持最大，調(diào)峰運行的水電廠3出力與湖南負荷水平呈正相關關系波動。

圖6 4月份某典型日水電調(diào)節(jié)狀況

圖7是該調(diào)峰運行的水電廠日內(nèi)實際出力與日前發(fā)電計劃的關系，柱狀圖是水電廠日內(nèi)實際出力，折線圖是日前發(fā)電計劃?？梢园l(fā)現(xiàn)該水電廠雖然出力變化趨勢與日前計劃一致，但實際出力要高于日前發(fā)電計劃，尤其是在腰荷階段出力平均高于計劃50 MW。經(jīng)分析，這是由于當日上午該水電廠流域有一定降雨，水庫入庫流量較大，同時由于該水庫水位較高，綜合下來導致該水電廠的調(diào)峰代價值很小，發(fā)電優(yōu)先級較高，因此在日內(nèi)調(diào)峰實際調(diào)用高于日前發(fā)電計劃。

圖7 4月份某典型日水電廠出力與日前計劃

通過4月某典型日的水電廠出力情況分析可以得出，智能平衡系統(tǒng)能根據(jù)水電廠水情合理調(diào)用各水電廠出力，調(diào)用結(jié)果與給出的發(fā)電政策相符，同時該系統(tǒng)能根據(jù)實際水情變化靈活調(diào)整水電廠日內(nèi)發(fā)電計劃，使得水電調(diào)度更加精細化，一定程度促進了清潔能源的消納。

3.4 實時平衡調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)調(diào)度中，需人工監(jiān)視系統(tǒng)ACE偏差，通過大型火電及骨干水電等可調(diào)資源來平衡該偏差，在負荷新能源出力波動大，水電實時備用不足的情況下，實時平衡工作給調(diào)度員造成了一定壓力。但智能平衡系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)自動調(diào)用調(diào)峰資源跟蹤系統(tǒng)ACE偏差，同時該系統(tǒng)還具備根據(jù)系統(tǒng)水電實時備用、負荷變化趨勢等情況進行系統(tǒng)ACE預控的功能，智能平衡系統(tǒng)的應用極大降低了調(diào)度員調(diào)功工作量，同時在智能平衡模式下，ACE偏差控制效果優(yōu)越。截至2021年5月，湖南聯(lián)絡線控制獎勵電量居華中區(qū)域第一。

4 總結(jié)與展望

我國新能源的快速發(fā)展和逐步并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全運行帶來極大挑戰(zhàn)。但隨著信息科技與人工智能技術的快速發(fā)展，調(diào)度智能平衡系統(tǒng)的出現(xiàn)為應對電力系統(tǒng)運行挑戰(zhàn)提供了新的技術解決途徑。本文針對新型電力系統(tǒng)實時調(diào)度運行困難的問題，構建調(diào)度智能平衡系統(tǒng)，解決了調(diào)峰資源不足、離散型源網(wǎng)荷儲資源管理難度大、電力市場環(huán)境下執(zhí)行難度大、安全管控難度倍增四大問題。

通過實際工程的應用證明湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢:

1)湖南調(diào)度智能平衡系統(tǒng)實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲精準參與系統(tǒng)平衡，提高了工作效率，增加了系統(tǒng)靈活性。

2)實現(xiàn)過渡階段電力市場調(diào)峰資源與非市場調(diào)峰資源的協(xié)調(diào)互動，同時為電力現(xiàn)貨市場的建設預留接口，既不影響電力市場的深入推進，又減輕調(diào)度工作的執(zhí)行壓力。

3)通過代價函數(shù)滾動優(yōu)化，最大限度發(fā)揮各類調(diào)峰資源的作用，有利于清潔能源的消納。

新型電力系統(tǒng)是一個安全可控、經(jīng)濟高效、綠色低碳、開放共享、數(shù)字智能的系統(tǒng)。后續(xù)研究將通過整合現(xiàn)有資源，整治數(shù)據(jù)準確性，引入更多調(diào)節(jié)能力強、調(diào)節(jié)代價低的調(diào)節(jié)資源，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)中的源網(wǎng)荷儲安全、經(jīng)濟、高效的協(xié)同互動。