關(guān)于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化模型研究

周兆旭 張 林

（1.浙江珊溪水利水電開發(fā)股份有限公司，浙江 溫州 325000； 2.溫州技師學(xué)院，浙江 溫州 325000）

市場化改革背景下，電能量與輔助服務(wù)的聯(lián)合優(yōu)化已經(jīng)成為研究熱點，跨省跨區(qū)域的協(xié)同調(diào)度才能科學(xué)地克服清潔能源電力消納弊病，這種要求為電網(wǎng)調(diào)度帶來新的挑戰(zhàn)。伴隨全國范圍內(nèi)電力市場持續(xù)推進(jìn)改革，浙江配套系統(tǒng)成為了華東電網(wǎng)區(qū)域備用輔助服務(wù)市場的重要組成部分，采用面向電力市場業(yè)務(wù)的統(tǒng)一支持平臺，構(gòu)建包括市場管理、數(shù)據(jù)申報、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)交換等功能模塊，實現(xiàn)區(qū)域備用市場規(guī)則中省市部分的功能及流程，為浙江調(diào)管范圍內(nèi)機(jī)組參與華東跨省區(qū)備用市場提供支撐平臺，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性。

在實際運(yùn)行過程中，備用需求評估和備用資源配置屬于必要的任務(wù)，其中，備用需求主要源于電網(wǎng)運(yùn)行的不確定性。在區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)條件下，電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化要重點考慮系統(tǒng)及備用需求容量的設(shè)置方法、電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化模型、備用調(diào)度等問題。本文簡要分析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化SUCC 數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建單、多區(qū)域情形下聯(lián)合優(yōu)化模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化案例分析，充分驗證有效性影響，極大程度上提升聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行可靠性[1]。

1 華東區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)市場流程

華東區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)市場流程建設(shè)立足于華東電網(wǎng)區(qū)域備用輔助服務(wù)市場運(yùn)營管理需求之上，充分借鑒國內(nèi)外一流的專業(yè)技術(shù)，保證系統(tǒng)在各項功能的針對性基礎(chǔ)上體現(xiàn)出整體的實用性以及針對不同應(yīng)用環(huán)節(jié)的適用性。為了充分保證數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性，市場流程采取科學(xué)的加密防護(hù)措施，以防范利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)起對系統(tǒng)流程的惡意攻擊和破壞。

2 備用需求容量配置方法

2.1 電網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)之間互聯(lián)的備用需求容量配置

考慮到電網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)之間進(jìn)行互聯(lián)的過程中，備用需求容量需要獲取充分的經(jīng)濟(jì)適用性，還需要同時計算區(qū)域之間備用區(qū)域聯(lián)絡(luò)線傳輸容量對備用容量可用程度的干擾，所以本文采取了基于電網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)之間互聯(lián)過程中的失負(fù)荷概率指標(biāo)（LOLP）反饋電力市場的供需形式，量化系統(tǒng)容量不足的風(fēng)險，采取利用AFSA 算法改進(jìn),獲得可用傳輸能力問題優(yōu)化模型分析在電網(wǎng)可用傳輸能力中尚未解決的實際問題。

失負(fù)荷概率指標(biāo)是目前電力系統(tǒng)采取得最為廣泛的可靠性指標(biāo)的一種，電力市場可用傳輸能力算法是充分考慮到電壓安全約束、線路熱極限約束等等，同時采取約束變尺度最優(yōu)化的方法求解。利用可用傳輸能力優(yōu)化模型解決初始問題后，可以引入遺傳算法，并運(yùn)用IEEE RTS-96 系統(tǒng)驗證、構(gòu)建并求解預(yù)期互聯(lián)電網(wǎng)點能量與備用輔助服務(wù)需求容量數(shù)學(xué)模型，確定系統(tǒng)備用需求容量。

2.2 分區(qū)備用容量配置

系統(tǒng)之所以需要備用容量，主要是由電力生產(chǎn)特點和用電不均衡所決定的，備用容量資源主要用于應(yīng)對系統(tǒng)在運(yùn)行過程中有可能會產(chǎn)生的有功不平衡。為了確保向電網(wǎng)所有用戶進(jìn)行安全、平等的連續(xù)提供輸電服務(wù)，必須充分利用現(xiàn)有的電網(wǎng)輸電網(wǎng)絡(luò)資源，在分區(qū)備用容量配置上主要用在平衡瞬間負(fù)荷備用、檢修和事故備用，考慮到備用容量所處狀態(tài)又分為熱備用和冷備用，確定備用容量按照占最大負(fù)荷并以固定的百分比確定并計算，匯總并形成備用容量需求。

基于充分考慮，在確定電網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)之間互聯(lián)的備用需求容量配置上，各分區(qū)要根據(jù)周波和負(fù)荷備用進(jìn)行最大統(tǒng)調(diào)負(fù)荷、單一元件故障以及新能源最大有功缺額的預(yù)測，以此分?jǐn)傁到y(tǒng)的備用需求容量[2]。

3 華東區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化的SUCC 數(shù)學(xué)模型

華東區(qū)域備用輔助服務(wù)市場技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)遵循安全性、先進(jìn)性、開放性、實用性和與智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)（D5000）一體化等原則，建立區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化的SUCC 數(shù)學(xué)模型最根本的要求是能夠滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行的約束，能夠適應(yīng)未來輔助服務(wù)市場規(guī)則的變化，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化，滿足未來華東未來輔助服務(wù)市場發(fā)展需求。

3.1 單區(qū)域電能量與備用聯(lián)合優(yōu)化模型

3.1.1 目標(biāo)函數(shù)

3.1.2 約束條件

系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束為：

系統(tǒng)正備用容量約束為：

系統(tǒng)負(fù)備用容量約束為：

機(jī)組容量約束為：

機(jī)組爬坡約束為：

機(jī)組最小連續(xù)開停時間約束為：

機(jī)組正負(fù)備用上限約束為：

機(jī)組正負(fù)備用爬坡約束為：

網(wǎng)絡(luò)線路潮流約束為：

斷面潮流約束為：

3.2 多區(qū)域電能量與備用聯(lián)合優(yōu)化模型

3.2.1 分區(qū)備用容量約束

3.2.2 區(qū)域聯(lián)絡(luò)線傳輸容量約束

4 算例分析

4.1 算例參數(shù)

采用IEEE RTS-96 系統(tǒng)，3 片區(qū)域中，低價機(jī)組為分區(qū)1 機(jī)組設(shè)置，中價機(jī)組為分區(qū)2 機(jī)組設(shè)置，高價機(jī)組為分區(qū)3 機(jī)組設(shè)置。根據(jù)備用需求容量配置方法計算，不分區(qū)和分區(qū)條件下3 片區(qū)域的各級備用容量需求如表1 中所示。

表1 單區(qū)域場景與區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)場景下各級容量需求

4.2 仿真分析

不考慮分區(qū)備用計算各項成本（如表2 中所示），機(jī)組的組合收斂精度在0.1%以內(nèi)。

表2 不考慮分區(qū)備用計算各項成本

在考慮分區(qū)備用的前提下，利用SCUC/SCED 程序計算出各項成本（如表3 中所示），機(jī)組的組合收斂精度在0.1%以內(nèi)。

表3 考慮分區(qū)備用計算各項成本

通過上述對比，可以從表3 的數(shù)據(jù)中了解到，考慮或者不考慮分區(qū)備用聯(lián)合優(yōu)化區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的電能量與備用輔助服務(wù)對機(jī)組出力水平產(chǎn)生的影響并不大，當(dāng)處于SUCC/SCED 兩種方式下，機(jī)組在電能成本計算結(jié)果上總成本的差異結(jié)果較小，備用總成本在總成本中的占比相對較低。一旦考慮到分區(qū)備用，任何區(qū)域產(chǎn)生故障后，區(qū)內(nèi)的備用能夠及時進(jìn)行輸送。在分區(qū)備用得到優(yōu)化的重要前提之下，系統(tǒng)可靠性也能得到較大程度上的提高，區(qū)間聯(lián)絡(luò)線阻塞和故障的同時，分區(qū)內(nèi)的機(jī)組可以快速提供備用容量，在未考慮分區(qū)備用交互聯(lián)合優(yōu)化時，聯(lián)絡(luò)線阻塞或者產(chǎn)生故障會干擾分區(qū)備用無法科學(xué)快速地進(jìn)行跨區(qū)調(diào)度。

5 結(jié)論

綜上所述，華東電網(wǎng)區(qū)域電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化模型已經(jīng)成型，通過華東電網(wǎng)區(qū)域備用輔助服務(wù)市場浙江配套系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，遵循和滿足已制定的華東區(qū)域備用輔助服務(wù)市場基本規(guī)則和設(shè)計要求，能夠充分調(diào)用電能量與備用輔助服務(wù)資源，實現(xiàn)區(qū)域現(xiàn)貨市場經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化。華東電網(wǎng)區(qū)域電能量與備用輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化模型考慮分區(qū)備用和區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線傳輸容量約束，能夠有效解決分區(qū)備用調(diào)度，充分滿足未來一段時期內(nèi)區(qū)域備用輔助服務(wù)市場規(guī)則的變化要求，主要目標(biāo)在于建立市場高效交互平臺和實現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)省市數(shù)據(jù)交互，推動構(gòu)建更加完備的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場。