功率靈敏度計算在輸電權(quán)交易中的應用

石屹巍

(國網(wǎng)遼寧檢修公司,沈陽 110003)

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功率靈敏度計算在輸電權(quán)交易中的應用

石屹巍

(國網(wǎng)遼寧檢修公司,沈陽 110003)

為了解決以往輸電系統(tǒng)輸電權(quán)交易中需購買的線路傳輸量存在計算誤差較大的問題,闡述了功率傳輸分布因子(PTDF)計算方法和功率靈敏度計算方法,并提出了利用功率靈敏度代替PTDF進行輸電權(quán)交易的方法,對比分析了PTDF和功率靈敏度計算方法在輸電權(quán)交易中的計算精度。通過仿真算例分析結(jié)果表明,功率靈敏度比PTDF能夠準確地反映發(fā)電機負荷節(jié)點組之間電能交易對各線路功率增量的影響,而且隨系統(tǒng)運行點的變化而變化。由此進而表明本文提出利用功率靈敏度代替PTDF進行輸電權(quán)交易方法的正確、可行。

電力系統(tǒng);功率靈敏度;PTDF;輸電權(quán)交易;計算精度

目前,利用輸電權(quán)管理電網(wǎng)阻塞是近年來的研究熱點[1-5]。在輸電權(quán)交易中,輸電系統(tǒng)運行員會定期發(fā)布一組電網(wǎng)易出現(xiàn)阻塞的關(guān)鍵線路和反映各發(fā)電機負荷節(jié)點組之間電能交易對線路功率增量影響情況的靈敏度矩陣,電力交易者則根據(jù)電能交易節(jié)點組對關(guān)鍵線路輸電容量的使用情況及電能交易量測算輸電權(quán)購買數(shù)量[6-7]。但輸電權(quán)交易計算大多數(shù)采用基于直流潮流的功率傳輸分布因子(power transfer distribution factor,PTDF)來反映節(jié)點組之間電能交易對各線路功率增量的影響,而PTDF只與網(wǎng)絡拓撲參數(shù)有關(guān),不考慮系統(tǒng)實際運行情況,不能準確實現(xiàn)與實際潮流的匹配,給輸電權(quán)交易計算帶來較大的計算誤差[4,6]。本文對比分析了PTDF和功率靈敏度[8]的計算方法,提出了利用功率靈敏度代替PTDF進行輸電權(quán)交易的方法,解決了以往輸電權(quán)交易計算誤差較大的問題。

1　功率傳輸分布因子(PTDF)計算方法

PTDF計算以發(fā)電轉(zhuǎn)移分布因子(generation shift distribution factor,GSDF)為基礎[6],并定義了節(jié)點單位注入功率變化引起的支路潮流的變化量,在直流潮流模型下,GSDF的計算公式[9]為

(1)

GSDF的計算以平衡機為參考節(jié)點,對于發(fā)電機節(jié)點g,Ak-g表示發(fā)電機g增加單位有功出力,平衡機減少單位有功出力時支路k的有功增量;對于負荷節(jié)點h,Ak-h表示h切除單位負荷,平衡機減少單位有功出力時支路k的有功增量。因此,發(fā)電機負荷節(jié)點組g-h的電能交易對線路k的PTDF值[10]為

(2)

式中:ΔPg-h為發(fā)電機負荷節(jié)點組g-h之間的電能交易量;ΔPk為線路k的功率增量。

平衡機負荷節(jié)點組r-h的電能交易對線路k的PTDF值為

(3)

式中:ΔPr-h為發(fā)電機負荷節(jié)點組r-h之間的電能交易量;ΔPk為線路k的功率增量。

由式(1)～(3)可以看出,PTDF只與網(wǎng)絡拓撲參數(shù)有關(guān),與系統(tǒng)實際運行情況無關(guān)。

2　功率靈敏度計算方法

功率靈敏度計算方法就是根據(jù)廣域測量系統(tǒng)提供的實測信息刷新電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和節(jié)點電壓相量數(shù)據(jù),用快速計算功率靈敏度矩陣,得出各發(fā)電機負荷節(jié)點組之間電能交易對各線路功率增量的影響情況。

電網(wǎng)中支路k的功率變量與節(jié)點i注入功率變量之間的功率靈敏度βk-i為

(4)

式中:λk-i為支路k電流相量與節(jié)點i注入電流相量之間的電流相關(guān)度系數(shù);Uk,B為支路k首端電壓模值;φk,B為支路k首端電壓相角;Ui,N為第i個節(jié)點電壓模值;φi,N為第i個節(jié)點電壓相角。

當任一發(fā)電機(包括平衡機)節(jié)點g和負荷節(jié)點h發(fā)生單位電能交易時,在線路k上產(chǎn)生的功率增量為

βk-(g-h)=βk-g-βk-h

(5)

由式(4)～(5)可以看出,用功率靈敏度矩陣結(jié)合網(wǎng)絡拓撲參數(shù)和實際電網(wǎng)運行情況衡量節(jié)點組之間傳輸功率對線路功率增量的影響可以隨系統(tǒng)運行點的變化而變化。

3基于PTDF和功率靈敏度計算在輸電權(quán)交易中應用的仿真算例

本文分別以IEEE14和IEEE39節(jié)點系統(tǒng)作為仿真對象,對基于PTDF和功率靈敏度的輸電權(quán)交易計算準確度進行對比,IEEE14節(jié)點系統(tǒng)示意圖如圖1所示,IEEE39節(jié)點系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖1　IEEE14節(jié)點系統(tǒng)示意圖

圖2　IEEE39節(jié)點系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)調(diào)度員在實際電網(wǎng)中會根據(jù)運行情況預測電網(wǎng)容易發(fā)生輸電阻塞的關(guān)鍵線路[4,6]。本文設IEEE14節(jié)點系統(tǒng)中的線路2-3和2-4為易發(fā)生輸電阻塞的關(guān)鍵線路,IEEE39節(jié)點系統(tǒng)中的線路3-4和2-3為易發(fā)生輸電阻塞的關(guān)鍵線路。

3.1電網(wǎng)正常運行時仿真算例分析

在IEEE14節(jié)點系統(tǒng)典型運行方式下,分別計算各發(fā)電機負荷組對關(guān)鍵線路的PTDF值和功率靈敏度值,計算結(jié)果如表1所示。表1僅列出該系統(tǒng)中發(fā)電機節(jié)點2、6與負荷節(jié)點4、9之間進行電能交易時對線路2-3和2-4的PTDF值和功率靈敏度值。

表1　IEEE14節(jié)點系統(tǒng)PTDF值和功率靈敏度值

在IEEE39節(jié)點系統(tǒng)典型運行方式下,分別計算各發(fā)電機負荷組對關(guān)鍵線路的PTDF值和功率靈敏度值,計算結(jié)果如表2所示。表2僅列出發(fā)電機節(jié)點30、37、38與負荷節(jié)點4、15、27之間進行電能交易時對線路3-4和2-3的PTDF值和功率靈敏度值。

表2　IEEE39 節(jié)點系統(tǒng)PTDF值和功率靈敏度值

由表1和表2的數(shù)據(jù)對比可以看出,當估算某發(fā)電機負荷節(jié)點組電能交易在某線路上產(chǎn)生的功率增量時,利用PTDF和功率靈敏度得到的計算結(jié)果存在差異。這是因為基于直流潮流模型的PTDF只考慮了網(wǎng)絡拓撲參數(shù),沒有考慮系統(tǒng)實際運行情況,而功率靈敏度計算則彌補了這一點。當某發(fā)電機負荷節(jié)點組進行單位電能交易時,利用PTDF得到的線路功率增量比利用功率靈敏度計算得到的功率增量要小,這說明基于PTDF的計算結(jié)果會低估發(fā)電機負荷節(jié)點組的電能交易對線路功率增加的影響,易使線路功率面臨越限風險,對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成潛在威脅。

如果PTDF和功率靈敏度的計算結(jié)果不同,交易商需要購買的輸電權(quán)就不同。以IEEE14節(jié)點系統(tǒng)為例,設交易商計劃從發(fā)電機節(jié)點2到負荷節(jié)點9的電能交易量為200 MW,為規(guī)避線路2-4的阻塞風險,如果利用PTDF計算,該交易商就需要購買線路2-4的輸電權(quán)為67.28 MW;如果利用功率靈敏度計算,該交易商就需要購買該線路的輸電權(quán)為68.22 MW。考慮到68.22 MW>67.28 MW,基于功率靈敏度的計算結(jié)果能更加準確地保證交易商規(guī)避線路2-4的阻塞風險。

3.2系統(tǒng)運行點變化時仿真算例分析

為驗證功率靈敏度能隨系統(tǒng)運行點的變化而變化,分別將IEEE14節(jié)點系統(tǒng)和IEEE39節(jié)點系統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)電及負荷水平降低30%,計算此時各發(fā)電機負荷組對關(guān)鍵線路的PTDF值和功率靈敏度值,IEEE14節(jié)點系統(tǒng)運行情況變化時計算結(jié)果如表3所示,IEEE39節(jié)點系統(tǒng)運行情況變化時計算結(jié)果如表4所示。

表3　IEEE14節(jié)點系統(tǒng)運行情況變化時計算結(jié)果

表4　IEEE39節(jié)點系統(tǒng)運行情況變化時計算結(jié)果

對比表1和表3數(shù)據(jù)、表2和表4數(shù)據(jù),可以看出,當電網(wǎng)發(fā)電及負荷水平降低30%估算某發(fā)電機負荷節(jié)點組電能交易在某線路上產(chǎn)生的功率增量時,功率靈敏度發(fā)生改變,而PTDF不變,由此表明,基于功率靈敏度的計算結(jié)果能夠隨系統(tǒng)運行點的變化而變化,能準確地反映電能交易對線路功率的影響,而PTDF僅由網(wǎng)絡拓撲參數(shù)決定,計算結(jié)果較為粗糙,不能隨系統(tǒng)運行點的變化而變化。

針對基于功率靈敏度的計算結(jié)果,當電網(wǎng)發(fā)電及負荷水平降低30%時,發(fā)電機負荷節(jié)點組電能交易對線路功率增量的影響會發(fā)生變化,交易商需要購買不同的輸電權(quán)。以IEEE39節(jié)點系統(tǒng)為例,交易商計劃從節(jié)點38到節(jié)點15的電能交易量為300 MW,為規(guī)避線路3-4的阻塞風險,當電網(wǎng)發(fā)電及負荷水平未降低時,根據(jù)功率靈敏度計算需要購買線路3-4的輸電權(quán)為72.3 MW;當電網(wǎng)發(fā)電及負荷水平降低30%時,需要購買線路3-4的輸電權(quán)為73.74 MW。而基于PTDF計算的輸電權(quán)交易量不變,保持在68.67 MW。因此,功率靈敏度能夠精確反映系統(tǒng)運行點變化對輸電權(quán)購買量的影響,提高了輸電權(quán)交易的計算精度。

4　結(jié)　論

1) 功率靈敏度能夠準確地反映發(fā)電機負荷節(jié)點組之間電能交易對各線路功率增量的影響,且計算精度比基于PTDF的高。

2) 功率靈敏度隨系統(tǒng)運行點的變化而變化。其計算結(jié)果能夠精確反映系統(tǒng)運行點變化對輸電權(quán)購買量的影響。

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(責任編輯侯世春)

Application of power sensitivity calculation in transmission rights trade

SHI Yiwei

(State Grid Liaoning Overhaul Company, Shenyang 110003, China)

To solve the calculation difference of the transmission quantity to be purchased in the previous transmission rights trade, this paper expounded the two calculation methods, PTDF and power sensitivity, proposed to make transmission rights trade by power sensitivity instead of PTDF, and compared and analyzed the calculation accuracy of the two methods. The result of simulation example shows that power sensitivity, changing with the change of system operating points, compared with PTDF, is able to accurately reflect the influence of the power trade between generator load node groups on the increment of line power. It is proved that, therefore, the method proposed in the thesis, which is to replace PTDF by power sensitivity, is correct and feasible.

power system; power sensitivity; PTDF; transmission rights trade; calculation accuracy

2015-12-09;

2016-01-10。

石屹巍(1984—),男,助理工程師,研究方向為電力系統(tǒng)保護和電力市場經(jīng)濟。

TM744

A

2095-6843(2016)03-0226-04