西藏電網(wǎng)新型多源日前發(fā)電計(jì)劃編制流程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

段金長(zhǎng)，瓊卓瑪，旦增晉美，袁靜

（1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京　211106；2.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏拉薩　850000）

西藏電網(wǎng)新型多源日前發(fā)電計(jì)劃編制流程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

段金長(zhǎng)1，瓊卓瑪2，旦增晉美2，袁靜1

（1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106；2.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏拉薩850000）

基于藏中電網(wǎng)開(kāi)展水光火日前優(yōu)化調(diào)度模式的研究，建立了水光火協(xié)調(diào)優(yōu)化的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）模型，全面考慮光伏發(fā)電特性、水電機(jī)組運(yùn)行約束、優(yōu)化協(xié)調(diào)水電及光伏發(fā)電方式，在電網(wǎng)安全允許范圍實(shí)現(xiàn)最大限度的消納光伏；著重介紹日前發(fā)電計(jì)劃編制流程設(shè)計(jì)，水電模型建模和光伏計(jì)劃編制的實(shí)用化處理，實(shí)踐證明對(duì)消納光伏、保證西藏電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置有重要意義。

電網(wǎng)調(diào)度；日前計(jì)劃；水光火協(xié)調(diào)優(yōu)化

西藏電網(wǎng)調(diào)管范圍內(nèi)光伏發(fā)電資源豐富，大規(guī)模光伏發(fā)電發(fā)展迅速。光伏發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性，難以有效預(yù)測(cè)、調(diào)度和控制。光伏發(fā)電大規(guī)模接入后，電網(wǎng)安全運(yùn)行控制風(fēng)險(xiǎn)增加。由于光伏電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，當(dāng)?shù)赜秒娦枨笮。笠?guī)模光伏發(fā)電接入、輸送和消納問(wèn)題日益突出。

由于西藏藏中電網(wǎng)規(guī)模小，結(jié)構(gòu)薄弱，光伏發(fā)電出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)安全、電能質(zhì)量、柴拉直流的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。隨著藏中電網(wǎng)光伏電站裝機(jī)規(guī)模地不斷擴(kuò)大，藏中電網(wǎng)電力平衡問(wèn)題日益突出，如何合理地安排光伏發(fā)電與常規(guī)能源的發(fā)電計(jì)劃，已成為亟待解決的問(wèn)題。西藏藏中電網(wǎng)有豐富的水電資源，網(wǎng)內(nèi)具有水庫(kù)調(diào)節(jié)能力的直孔、旁多、滿拉、查龍、雪卡、老虎嘴水電站，利用水電站的水庫(kù)庫(kù)容和快速調(diào)節(jié)能力，在光伏出力增加時(shí)降低水電的出力，進(jìn)行蓄水。利用水電站水庫(kù)庫(kù)容，相當(dāng)于將光伏發(fā)電的電量轉(zhuǎn)化為發(fā)電水量蓄存在水庫(kù)中，當(dāng)光伏出力降低時(shí)增加水電的出力，由水電廠進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。當(dāng)然，水電站的水庫(kù)庫(kù)容和調(diào)節(jié)能力是有限的，電網(wǎng)接納光伏的能力也是有限的，光伏發(fā)電不能無(wú)限制地發(fā)電。文獻(xiàn)［1］分析了不同類型的電源特性及調(diào)峰原理，提出一套風(fēng)電接入后調(diào)峰能力的評(píng)估方法。文獻(xiàn)［2］基于發(fā)電可靠性指標(biāo)計(jì)算風(fēng)電接入后電網(wǎng)的備用需求容量，并根據(jù)調(diào)峰能力及負(fù)荷特性逐月分析電網(wǎng)接納風(fēng)電能力。本文通過(guò)分析西藏藏中電網(wǎng)的光伏消納能力，利用常規(guī)能源特別是水電站的調(diào)節(jié)能力，開(kāi)展新型調(diào)度流程的探索和水光火協(xié)調(diào)優(yōu)化模型的研究，最大限度地消納光伏發(fā)電。

1　計(jì)劃編制流程設(shè)計(jì)

西藏日前發(fā)電計(jì)劃采用光伏發(fā)電和常規(guī)水火協(xié)調(diào)優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃模型，支持大規(guī)模光伏發(fā)電接入，與靜態(tài)安全校核應(yīng)用閉環(huán)協(xié)作，流程如圖1所示。

1）外部數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：系統(tǒng)負(fù)荷需求預(yù)測(cè)、母線負(fù)荷需求預(yù)測(cè)、光伏功率預(yù)測(cè)，網(wǎng)間交換計(jì)劃（柴拉直流）、設(shè)備檢修計(jì)劃、機(jī)組月度電量計(jì)劃、月度已完成發(fā)電量累計(jì)、電廠日前競(jìng)價(jià)申報(bào)、輔助服務(wù)申報(bào)、機(jī)組初始啟停狀態(tài)、機(jī)組初始出力計(jì)劃、機(jī)組減出力計(jì)劃和機(jī)組固定出力計(jì)劃等數(shù)據(jù)。

2）模型數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：獲取用于日前發(fā)電計(jì)劃編制的網(wǎng)絡(luò)斷面，根據(jù)設(shè)備檢修計(jì)劃，自動(dòng)生成各時(shí)段網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒂?jì)算各時(shí)段的靈敏度系數(shù)。

3）計(jì)劃優(yōu)化編制：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模型注冊(cè)信息，自動(dòng)生成各計(jì)算時(shí)段機(jī)組安全約束條件、電網(wǎng)安全約束條件、燃料庫(kù)存約束條件、環(huán)保約束條件，采用線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃算法，計(jì)算目標(biāo)最優(yōu)的日前機(jī)組組合、機(jī)組出力和輔助服務(wù)安排。

4）靜態(tài)安全校核：對(duì)步驟3）形成的機(jī)組日前發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行預(yù)想故障分析，包括基態(tài)安全校核分析、N-1安全校核分析和預(yù)定義故障集安全校核分析，如果發(fā)現(xiàn)有新的越限，則計(jì)算各發(fā)電節(jié)點(diǎn)對(duì)越限元件的靈敏度，并形成新的約束條件，回到步驟3）計(jì)算。

5）計(jì)劃修改及發(fā)布：安全校核通過(guò)后，形成符合電網(wǎng)安全約束要求的機(jī)組日前發(fā)電計(jì)劃。可以人工調(diào)整各發(fā)電機(jī)組的日前計(jì)劃，并提供各種可視化輔助調(diào)節(jié)手段。

2　優(yōu)化模型

日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化算法是考慮在系統(tǒng)平衡約束、機(jī)組運(yùn)行約束，以及指定的電網(wǎng)安全等各類約束條件的基礎(chǔ)上，編制目標(biāo)函數(shù)最小且滿足電網(wǎng)安全約束的發(fā)電計(jì)劃，包括機(jī)組開(kāi)停方式和各時(shí)段的發(fā)電出力。

本文以安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）技術(shù)為目標(biāo)，在已知機(jī)組組合狀態(tài)的條件下，對(duì)機(jī)組出力計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，滿足電網(wǎng)“三公”調(diào)度要求。

圖1　日前安全約束發(fā)電優(yōu)化流程Fig.1　Optimization process of the day-ahead power generation with safety constraints

2.1優(yōu)化目標(biāo)

電網(wǎng)“三公”調(diào)度模式下，優(yōu)化目標(biāo)為所有機(jī)組出力與初始計(jì)劃的偏差最小。

式中：I為系統(tǒng)機(jī)組總數(shù)；p（i，t）為機(jī)組i在時(shí)段t的出力；p0（i，t））為機(jī)組i在時(shí)段t的初始計(jì)劃出力。

2.2約束條件

常規(guī)約束包括系統(tǒng)平衡約束、火電機(jī)組約束、水電機(jī)組運(yùn)行約束、電網(wǎng)安全約束、經(jīng)營(yíng)性約束、機(jī)組群約束、機(jī)組出力波動(dòng)平滑約束。

3　特殊性模型

3.1水電模型

藏中電網(wǎng)電源水電比重大，發(fā)電能力夏高冬低，發(fā)電能力和用電負(fù)荷特性在時(shí)間上逆向分布，枯水期負(fù)荷需求大，可調(diào)出力少，電網(wǎng)供需形勢(shì)異常嚴(yán)峻。夏天用電需求少，電力供應(yīng)充沛，整體呈現(xiàn)“豐盈枯缺”的特性，夏季豐水季節(jié)，“三公”調(diào)度和水電、新能源消納的壓力巨大，同時(shí)西藏公司目前仍未實(shí)行廠網(wǎng)分開(kāi)，電網(wǎng)內(nèi)一部分為公司管理電廠，一部分為協(xié)議電廠，需保證各發(fā)電企業(yè)發(fā)電計(jì)劃完成的均衡性。水電廠需要滿足一定要求，包括電量、電力等約束。

3.1.1電量約束

對(duì)水電廠來(lái)說(shuō)，來(lái)水量和水庫(kù)庫(kù)容是有限的，電站發(fā)電量也是有限的；對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)電廠都有年度和月度電量合同，進(jìn)行日電量分配時(shí)需考慮月度電量完成情況。必須有發(fā)電量要求，所以在水電建模中要考慮日電量約束。在優(yōu)化水電出力時(shí)考慮電廠的日電量下限和上限約束。

3.1.2出力曲線

在日前水電計(jì)劃編制模型中，為了更好地配合光伏出力的變化，需要水電機(jī)組頻繁快速地調(diào)節(jié)。但是對(duì)水電廠來(lái)說(shuō)，日出力曲線形狀有一定要求，出力曲線的頻繁快速跳動(dòng)嚴(yán)重影響水電機(jī)組的效率和壽命。為了最大限度地接納光伏出力，同時(shí)避免水電機(jī)組的出力跳動(dòng)帶來(lái)的不利影響，在計(jì)劃編制模型中需要考慮出力曲線的形狀控制，通過(guò)設(shè)定電廠的出力曲線形狀來(lái)約束水電出力的頻繁調(diào)節(jié)。

3.2光伏模型

在日前計(jì)劃編制模型中，是根據(jù)光伏預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)估光伏發(fā)電能力，然后綜合考慮電網(wǎng)的輸送能力和接納能力，編制滿足電網(wǎng)安全要求的光伏計(jì)劃。首先，光伏功率預(yù)測(cè)是根據(jù)光伏資源等因素預(yù)測(cè)最大發(fā)電能力曲線，計(jì)劃編制模型中不是單純地將其視為光伏計(jì)劃，而是將其作為出力的上限曲線，綜合考慮電網(wǎng)安全和接納能力后，同時(shí)考慮人工設(shè)置的最大出力上限值和日電量上下限值，協(xié)調(diào)優(yōu)化自動(dòng)生成光伏計(jì)劃。

4　結(jié)論

論文詳細(xì)介紹了西藏藏中電網(wǎng)日前計(jì)劃編制流程，開(kāi)展水光火日前優(yōu)化調(diào)度模式研究，建立了水光火協(xié)調(diào)優(yōu)化的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）模型，詳細(xì)描述了水電模型建模和光伏計(jì)劃編制的實(shí)用化處理，為實(shí)現(xiàn)最大限度的消納光伏提供流程和技術(shù)支撐，實(shí)踐表明達(dá)到了較好的效果。

［1］衣立東，朱敏亦，魏磊.風(fēng)電并網(wǎng)后西北電網(wǎng)調(diào)峰能力的計(jì)算方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（2）：129-132.YI Lidong，ZHU Minyi，WEI Lei.A computing method for peak load regulation ability of northwest China power grid connected with large-scale wind farms［J］.Power System Technology，2010，34（2）：129-132（in Chinese）.

［2］孫榮富，張濤，梁吉.電網(wǎng)接納風(fēng)電能力的評(píng)估及應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（4）：70-76.SUN Rongfu，ZHANG Tao，LIANG Ji.Evaluation and application of wind power integration capacity in power grid［J］.Automation of Electric Power Systems，2011，35（4）：70-76（in Chinese）.

［3］李智，韓學(xué)山，楊明，等.計(jì)及接納風(fēng)電能力的電網(wǎng)調(diào)度模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（19）：15-19.LI Zhi，HAN Xueshan，YANG Ming，et al.Power system dispatch considering wind power grid integration［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（19）：15-19（in Chinese）.

（編輯馮露）

Process Design and Implementation of Tibet Grid Novel Multi-Source Day-ahead Generation Planning

DUAN Jinchang1，QIONG Zhuoma2，DANZENG Jinmei2，YUAN Jing1
（1.NARI Technology Development Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China；2.State Grid Tibet Electric Power Company Limited，Lhasa 850000，Tibet，China）

Based on the conditions of the central Tibet grid，this paper studies the day-ahead optimized dispatching mode of the hydro-photovoltaic-thermal power generation，and establishes the SCED model for the hydro-photovoltaic-thermal coordinated optimization and fully considers the characteristics of grid-connected photovoltaic，operation restrictions of hydro power generating units and optimized coordination of hydro power and photovoltaic，energy storage of reservoir and grid security and realizes the possible maximum photovoltaic power integration.The paper introduces the process design of the day-ahead generation planning，modeling of the hydro power generation and practical processing of the photo voltaic schedule.Practice has proved that the method proposed in the paper is of great significance to the photovoltaic power integration，stable and economical operation of the Tibet grid and achievement of the optimal allocation of resources.

dispatching of power grid；day-ahead schedule；coordinated optimization of hydro-photovoltaic-thermal power

1674-3814（2015）11-0050-03

TM734

A

2015-02-05。

段金長(zhǎng)（1983—），男，碩士，目前主要從事智能電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和工程實(shí)施工作。