現(xiàn)貨市場中清潔能源消納能力實時監(jiān)視系統(tǒng)

李金龍，袁貴川，李金暉，李 榮，胡與非，楊 洋，周 劍

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

近年來，我國清潔能源迅速發(fā)展，裝機容量遠超本地負荷[1]，用電需求逐步下降，“三棄”問題更加突出[2-6]。電力市場的推進[7]，跨省區(qū)現(xiàn)貨交易的開展，計算清潔能源消納能力日益重要[8]。通過監(jiān)視火電機組負備用，可實時評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，增加清潔能源在全國范圍消納[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，將全網(wǎng)監(jiān)視問題分片分區(qū)計算，得到工程實用算法。根據(jù)輸電斷面對火電機組有功調(diào)減的靈敏度，研究多種斷面約束情況下火電機組和機群的負備用，以冬大方式下的某省電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)為例進行實例驗證。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 斷面約束下的負備用

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

1.1 無約束機組負備用

定義P為火電機組實時功率，Q為最小技術(shù)出力，S為無約束負備用，R為額定容量。根據(jù)文獻[11]，取Q=0.6R。穩(wěn)定運行的火電機組i，不進行深度調(diào)峰，考慮開停機過程中功率低于最小技術(shù)出力的可能性，無約束負備用Si=max{Pi-0.6Ri}。對所有斷面的靈敏度都非常小或位于電網(wǎng)約束斷面送端的機組，功率調(diào)減會減輕斷面功率，可視為無約束機組。以Ω1表示無約束火電的集合，其負備用為

(1)

根據(jù)文獻[12]和文獻[13]，支路有功對節(jié)點注入有功的靈敏度只與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和運行電壓有關(guān)。穩(wěn)態(tài)運行中短時間內(nèi)母線電壓可視為固定值，并且D5000平臺每15 min滾動計算一次靈敏度，一個計算周期可認(rèn)為靈敏度恒定。為方便表述，定義T為機組考慮電網(wǎng)約束負備用(以下簡稱負備用)，U為約束斷面的裕度。

1.2 單個斷面約束火電機群

(2)

若c對應(yīng)多個靈敏度相同的機組，則按Si均攤。求得：

(3)

(4)

當(dāng)αij=1(i=1…m)時，可統(tǒng)一為

(5)

Ω2表示該類斷面約束機群的集合，有

(6)

1.3 多斷面約束的單個機組

以αij表示斷面j(j=1…h(huán))功率增加對機組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Ti=max{min(Uj/αij，Si)，0}，j=1…h(huán)。以Ω3表示該類電廠集合，其負備用為

(7)

1.4 嵌套斷面約束機群

嵌套斷面約束的火電機群見圖1。在斷面1對所有約束機組的靈敏度相等。斷面2類型，可求得T′=∑Tωj。斷面f和g類型，可求得T″=∑Ti。T′和T″視為僅受斷面1約束的負備用，再求得斷面1約束的所有機組的負備用Tω1。

圖1 嵌套斷面約束的火電機群

Ω4表示所有嵌套斷面約束機群，則

(8)

1.5 多斷面約束機群

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

(9)

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

(10)

1.6 直流通道影響

若改變直流路徑，負備用亦將變化。令斷面j功率增加對直流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 安控切機量及AGC約束

交直流混聯(lián)電網(wǎng)中多個安控對機組切機量均有要求，簡化的安控拓撲關(guān)系如圖2所示。安控1需切除電廠A與B，安控2、3、4需切除上級調(diào)度機構(gòu)管轄電廠和電廠B，同時A、B電廠為本級調(diào)度機構(gòu)AGC受控子站。

圖2 安控切機關(guān)系

在當(dāng)前調(diào)度體系下，上級調(diào)管電廠提供的切機量PQS應(yīng)作為本級調(diào)度負備用計算的邊界條件，安控切機需求量Pi(i=1…4)作為約束。設(shè)A廠發(fā)電功率為PA，切機量為PQA，B廠發(fā)電功率為PB，切機量為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(Ω6)=TA+TB。

3 算例驗證

以某省冬季早高峰潮流為例，在PSASP平臺中進行仿真驗證。

3.1 無約束火電

該類機組負備用見表1，可得T(Ω1)=684 MW。

表1 無約束火電負備用 MW

3.2 單斷面約束的機群

一共兩個單斷面約束的火電群，其相關(guān)參數(shù)見表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 單斷面約束機群的負備用 MW

3.3 嵌套斷面和直流約束的火電群

一共兩級嵌套斷面，且直流受電落點在大斷面內(nèi)，實時功率及靈敏度見表3。由式(10)得機組9僅考慮斷面2、3、4約束的負備用為214 MW。由式(4)得不考慮直流的負備用T(Ω4)=373 MW；考慮直流后，負備用T(Ω4)=426 MW。仿真顯示調(diào)減后斷面5約有50 MW裕度，其他斷面均不過載。

表3 嵌套斷面和直流約束的負備用 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)有三臺機組通過不同的電壓等級并網(wǎng)，實時功率、靈敏度及負備用計算結(jié)果見表 4，負備用為T(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)和各機組全日負備用，見圖4。

圖4 全日火電負備用

4 結(jié)語

本文根據(jù)電網(wǎng)斷面對機組出力調(diào)減的靈敏度，分析了單斷面、多斷面等約束情況下單機組和多火電機群的負備用，計及跨省區(qū)直流消納清潔能源對受端負備用的影響，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，實時監(jiān)視火電機組最大負備用，為跨省區(qū)清潔能源現(xiàn)貨市場提供技術(shù)支持，仿真結(jié)果驗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)貨市場進一步深入，后續(xù)可開展包含價格補償因素的負備用監(jiān)視的研究。