基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)的研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局 費(fèi)宏運(yùn)

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地區(qū)負(fù)荷快速攀升，電力設(shè)備所擔(dān)負(fù)荷越來(lái)越重，220kV 及以上主變與線路斷面重載情況也愈加嚴(yán)重，對(duì)地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。因此，工作人員每日需要核算地方電廠出力以及電網(wǎng)運(yùn)行情況，對(duì)電網(wǎng)的斷面與劃分方式進(jìn)行日前評(píng)估與調(diào)整，保證電網(wǎng)滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行條件[1-3]。但隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大及運(yùn)行方式的復(fù)雜化，電網(wǎng)斷面評(píng)估計(jì)算工作量急劇增加，不僅影響了工作人員日常工作效率，而且增加了計(jì)算失誤的風(fēng)險(xiǎn)。

為了提高目標(biāo)對(duì)象的預(yù)測(cè)精度，張銳等[4]提出了一種利用多重迭代方法的電網(wǎng)斷面預(yù)測(cè)方法，有效實(shí)現(xiàn)了多類(lèi)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)斷面精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。劉林等[5]充分考慮了氣象因素對(duì)電網(wǎng)斷面的影響，建立含氣象因素的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，該模型可以適應(yīng)復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境，具有較好的實(shí)用性。張建國(guó)等[6]提出了一種長(zhǎng)短期記憶高精度負(fù)荷預(yù)測(cè)流程，并與電網(wǎng)斷面控制策略相結(jié)合，表明該方法具有較好的實(shí)用效果。黃宇鵬等[7]給出了一種基于模式識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行斷面估計(jì)算法，引入了相似的概念，有效提高了潮流計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前已有的斷面研究方法大多考慮的是提高斷面預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，對(duì)含電廠的電網(wǎng)斷面評(píng)估方法研究較少，然而目前傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法主要依靠人為計(jì)算與評(píng)估，耗時(shí)較長(zhǎng)，易計(jì)算失誤，且不能反應(yīng)與電廠關(guān)聯(lián)的多個(gè)關(guān)鍵斷面同時(shí)變化情況，面對(duì)當(dāng)前日益復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行方式，傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法顯然已經(jīng)不再適應(yīng)。

綜上所述，為克服當(dāng)前電網(wǎng)斷面評(píng)估人工計(jì)算工作量大、不具備實(shí)時(shí)展示等問(wèn)題，本文提出了一種基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)方法，該方法通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)中的主變與線路歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合日前電廠發(fā)電計(jì)劃，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式與電廠上網(wǎng)路徑，在電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)中搭建輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)，對(duì)次日輸變電斷面智能進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法

傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法主要流程為：工作人員提前收集各電廠次日出力計(jì)劃，根據(jù)當(dāng)前電廠上網(wǎng)路徑與電網(wǎng)運(yùn)行方式，結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷對(duì)次日電網(wǎng)斷面情況進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)評(píng)估結(jié)果確認(rèn)電廠出力計(jì)劃是否滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定約束。但隨著電網(wǎng)規(guī)模快速擴(kuò)大，傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法的缺點(diǎn)也愈加突出，其主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估主要依靠工作人員利用當(dāng)日電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行人工核算，計(jì)算過(guò)程耗時(shí)較多，需要逐級(jí)向上評(píng)估主變與線路的斷面裕度，工作量較大，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前日益復(fù)雜的電網(wǎng)形勢(shì)。二是由于傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法需要逐一計(jì)算判斷，無(wú)法同時(shí)快速評(píng)估單個(gè)電廠出力對(duì)整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)斷面變化影響情況，且不具備實(shí)時(shí)展示等特點(diǎn)，在很大程度上弱化了工作人員對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行把控能力。三是傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法還停留在人工計(jì)算層面，沒(méi)有充分發(fā)揮電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控潮流數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，不符合當(dāng)前電網(wǎng)智能化發(fā)展方向。

3 基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)研究方法

含電廠的電網(wǎng)運(yùn)行方式圖如圖1所示。500kV的A變電站作為某地區(qū)供電電源，分別供220kV變電站B、C 負(fù)荷，110kV 電廠D 則經(jīng)110kV BD 甲乙線從220kV 變電站B 處上網(wǎng)供相關(guān)負(fù)荷。由圖1可知，電廠D 出力的變化會(huì)對(duì)220kV AB 甲乙線、220kV變電站B以及500kV變電站的電網(wǎng)潮流產(chǎn)生明顯影響。因此，需要對(duì)220kV AB 甲乙線、220kV變電站B以及500kV變電站做好斷面評(píng)估等相關(guān)工作。

圖1 含電廠的電網(wǎng)運(yùn)行方式

該方法首先根據(jù)發(fā)電機(jī)的設(shè)備性能與運(yùn)行參數(shù)，確定其最大出力上限，通過(guò)主變過(guò)負(fù)荷能力與線路熱穩(wěn)定極限計(jì)算主變與線路的斷面限值Ssub、Sline，同時(shí)收集各電廠次日的發(fā)電計(jì)劃，通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)中獲取當(dāng)日電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，包括發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)出力、主變實(shí)時(shí)負(fù)荷、線路實(shí)時(shí)負(fù)荷，將當(dāng)日的主變與線路的實(shí)時(shí)負(fù)荷作為次日主變與線路負(fù)荷的參考值、，即利用已有系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)次日24h 電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)，即并計(jì)算次日24h 負(fù)荷的最大值將斷面限值與含電廠計(jì)劃出力后的實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行比較，即若ΔSsub、ΔSline均為非負(fù)數(shù)，表明次日電廠計(jì)劃出力滿足主變斷面與線路斷面需求，無(wú)須調(diào)整。否則，表明次日斷面存在過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)調(diào)整次日電廠出力或方式，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行約束。輸變電斷面預(yù)測(cè)方法流程圖如圖2所示。

圖2 輸變電斷面預(yù)測(cè)方法流程圖

電網(wǎng)斷面限值的計(jì)算方法，斷面限值是以“N-1”作為準(zhǔn)則，指電網(wǎng)中任一設(shè)備因故障跳閘或計(jì)劃停運(yùn)，電網(wǎng)依然能滿足安全運(yùn)行，潮流、電壓及頻率依然能保持在正常合格范圍以內(nèi)。

例如，某變電站有N臺(tái)主變并列運(yùn)行，每臺(tái)主變額定容量為Q，主變過(guò)負(fù)荷能力系數(shù)δ，功率因素為λ，則該N臺(tái)主變的斷面限值計(jì)算方法為：

同理，某雙回輸電線路若事故限流值為Imax，功率因素為λ，其斷面限值因考慮單回線路故障后，另外一回輸電線路最大可輸送功率限值，這里給出線路電壓等級(jí)為U，則該雙回輸電線路斷面限值為：

4 基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)

根據(jù)電廠的上網(wǎng)路徑，構(gòu)建含電廠出力的輸變電斷面預(yù)測(cè)計(jì)算模型，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)方式的改變實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)輸變電斷面預(yù)測(cè)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)本文所述方法，可在電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)中構(gòu)建基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)，其平臺(tái)框架如表1所示。

表1 輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)

所以，本文提出的基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)方法，可以整理出電廠發(fā)電計(jì)劃與地區(qū)電網(wǎng)方式的邏輯關(guān)系，并將其轉(zhuǎn)化為可量化的計(jì)算公式。

由表1可知，該平臺(tái)主要包括了最大出力、有功、日前計(jì)劃出力、斷面實(shí)時(shí)值、預(yù)測(cè)次日斷面最大值以及斷面限值等功能模塊。電廠最大出力由機(jī)組的技術(shù)參數(shù)與設(shè)備性能決定，電廠有功出力可以通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取，日前計(jì)劃出力模塊由工作人員根據(jù)電廠次日計(jì)劃出力進(jìn)行置數(shù)。

斷面實(shí)時(shí)值是指含電廠的關(guān)鍵輸變電斷面，可以通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取。預(yù)測(cè)次日斷面最大值是根據(jù)“（當(dāng)日斷面實(shí)時(shí)曲線+當(dāng)日電廠出力實(shí)時(shí)曲線）的最大值-日前計(jì)劃出力”計(jì)算得到，將其嵌入系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算。斷面限值則是根據(jù)各關(guān)鍵設(shè)備斷面過(guò)負(fù)荷以及事故限流能力計(jì)算得到。

由此可知，該平臺(tái)可充分發(fā)揮電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控潮流數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，快速完成次日含電廠的輸變電斷面智能預(yù)測(cè)，有效實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵輸變電斷面智能評(píng)估，而工作人員僅需要每日在該平臺(tái)對(duì)日前計(jì)劃出力模塊進(jìn)行置數(shù)，便可以快速得到次日斷面，而且能同時(shí)展示電廠出力對(duì)各關(guān)聯(lián)斷面的變化情況，便于工作人員根據(jù)需要對(duì)次日電廠發(fā)電計(jì)劃或電網(wǎng)方式進(jìn)行提前預(yù)控，優(yōu)化日常工作流程。

5 結(jié)語(yǔ)

為了解決當(dāng)前電網(wǎng)斷面評(píng)估人工計(jì)算工作量大、不具備實(shí)時(shí)展示等問(wèn)題，提出了一種基于電廠日前發(fā)電調(diào)度的輸變電斷面預(yù)測(cè)方法，該方法通過(guò)電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)獲取電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)，依據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)方式與電廠上網(wǎng)路徑，搭建含電廠的輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)，有效實(shí)現(xiàn)了次日關(guān)鍵輸變電斷面預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)化了工作流程。

一是優(yōu)化了傳統(tǒng)電網(wǎng)斷面評(píng)估方法。充分利用了電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)潮流監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)提前設(shè)定的相關(guān)計(jì)算模型，快速實(shí)現(xiàn)主變與線路斷面的實(shí)時(shí)獲取與展示，提高了工作效率，規(guī)避了人為計(jì)算失誤的風(fēng)險(xiǎn)。

二是建立了輸變電斷面預(yù)測(cè)平臺(tái)。該平臺(tái)可以直觀地展示單個(gè)電廠出力變化對(duì)整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)斷面的影響情況，便于調(diào)度臺(tái)對(duì)電廠出力與電網(wǎng)運(yùn)行方式的把控，減輕了調(diào)度臺(tái)的工作壓力。

三是實(shí)現(xiàn)了含電廠的電網(wǎng)斷面智能預(yù)測(cè)。不需要人為每日進(jìn)行斷面核算工作，使斷面評(píng)估工作由人工計(jì)算轉(zhuǎn)向智能化方向發(fā)展，方便調(diào)控員進(jìn)行電廠或電網(wǎng)方式的調(diào)整。