促進可再生能源消納的跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度方法及應(yīng)用

方必武，姜 拓，陳亦平，張 勇，楊 林，王 科

（中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東省廣州市 510663）

0 引言

為了應(yīng)對日益凸顯的環(huán)境污染、氣候變化等問題，中國已明確提出“碳達峰·碳中和”的戰(zhàn)略發(fā)展目標［1-2］。電力工業(yè)是中國重要的碳排放來源，2021 年中國電力碳排放量占據(jù)全國碳排放總量的四成以上［3］，電力系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型已成為實現(xiàn)上述“雙碳”目標的重要途徑。為了促進電力系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型，國家發(fā)展改革委在《完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》中明確指出要統(tǒng)籌布局以可再生能源電力送出為主的大型電力基地，實現(xiàn)可再生能源局域及廣域的高效利用［4］。然而，中國可再生能源賦存與電力消費中心通常呈逆向分布特性［5-6］，充分利用跨省區(qū)輸電通道容量，實現(xiàn)廣域范圍內(nèi)可再生能源資源的優(yōu)化配置具有重要的戰(zhàn)略意義［7-16］。例如，文獻［8］建立了一種計及光伏預(yù)測和負荷預(yù)測不確定性的日前-實時跨省區(qū)雙級優(yōu)化調(diào)度模型，提高了送端電網(wǎng)的光伏消納水平；文獻［9］提出了一種梯級水電廠參與跨省調(diào)峰的優(yōu)化調(diào)度模型，并采用一種兩階段搜索方法進行求解。文獻［10］將傳統(tǒng)的省級電網(wǎng)安全約束經(jīng)濟調(diào)度模型擴展到跨省區(qū)大電網(wǎng)，并針對求解性能進行了仿真分析。文獻［11］給出了一種梯級水電跨省消納的多目標中短期優(yōu)化調(diào)度模型，并提出了相應(yīng)的變時間尺度求解方法。文獻［12］提出了一種改進牛頓方法來求解跨省區(qū)優(yōu)化調(diào)度問題，仿真結(jié)果顯示該方法相較于傳統(tǒng)的交替方向乘子法以及原始對偶內(nèi)點法具有更快的收斂速率。文獻［13］構(gòu)建了一種跨省區(qū)魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，并采用近似動態(tài)規(guī)劃方法進行分布式求解。此外，從模型求解的角度，目前應(yīng)用最為廣泛的求解方法包括商業(yè)軟件求解［17-19］、啟發(fā)式算法求解［8］以及分布式算法求解［12-15］等。與此同時，一些研究也關(guān)注了電力市場環(huán)境下跨省區(qū)可再生能源消納的市場出清和結(jié)算問題［20-24］。例如，文獻［20］基于中國西北電網(wǎng)，討論了新能源參與的省間實時平衡電力市場，并給出了相應(yīng)的競價出清模型。文獻［21］基于電網(wǎng)調(diào)峰能力的量化評估，提出了一種省間調(diào)峰互濟交易機制。

事實上，上述理論研究成果均具有一定的參考指導(dǎo)意義，但應(yīng)用于工程實踐以解決實際調(diào)度運行中面臨的日內(nèi)調(diào)控問題仍有待進一步驗證。為此，本文提出了一種面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的可再生能源跨省區(qū)消納實時優(yōu)化調(diào)度方法，并實現(xiàn)了系統(tǒng)開發(fā)和部署。首先，通過集成超短期負荷預(yù)測以及新能源出力預(yù)測，實現(xiàn)了可再生能源送出需求及消納空間的在線自動感知，解決了傳統(tǒng)調(diào)控模式下人工感知相對滯后的問題。其次，通過直流匹配控制斷面篩選及通道裕度計算，送受電力自動匹配及滾動計劃修編，解決了傳統(tǒng)調(diào)控模式下直流輸電通道電力分配不盡合理、計劃修編流程繁瑣的問題。最后，通過潮流安全校核及計劃迭代調(diào)整，規(guī)避了傳統(tǒng)調(diào)控模式下漏校驗或者誤校核的風險，保障了計劃調(diào)整的可行性及安全性。該系統(tǒng)自投入長周期閉環(huán)試運行以來運行平穩(wěn)，有效地促進了可再生能源資源的廣域深度利用。

1 南方電網(wǎng)日內(nèi)跨省區(qū)實時調(diào)控現(xiàn)狀

南方電網(wǎng)覆蓋中國廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區(qū)，其中云南電網(wǎng)與中東部主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運行。南方電網(wǎng)擁有豐富的可再生能源儲備，以水電為例，烏江、瀾滄江、金沙江、紅水河四大流域水能蘊藏豐富，截至2021 年底，水電裝機容量達到120 GW，占總裝機容量的32.3%。上述可再生能源電力主要通過西電東送輸電通道進行跨省區(qū)消納，總體上形成了“云貴送兩廣”的跨省區(qū)輸電格局，圖1 進一步展示了南方電網(wǎng)所轄五省區(qū)之間的跨省區(qū)送受電關(guān)系。

考慮到日內(nèi)實際電網(wǎng)運行在發(fā)電側(cè)和負荷側(cè)均存在著電力偏差，充分利用各省區(qū)凈負荷預(yù)測偏差以及機組靈活調(diào)節(jié)能力可以創(chuàng)造可再生能源的跨省區(qū)消納空間。凈負荷是指用電負荷減去新能源機組（風電、光伏、徑流式水電等）出力所得到的差值。在本文的后續(xù)內(nèi)容中，當凈負荷的實際值高于預(yù)測值時記為正偏差，反之為負偏差。對于送端省份，當凈負荷預(yù)測存在負偏差或者省內(nèi)可再生能源機組存在上調(diào)能力時，可再生能源具有跨省區(qū)送出需求；對于受端省份，當凈負荷預(yù)測存在正偏差或者省內(nèi)化石能源機組（火電、氣電等）存在下調(diào)能力時，可再生能源具有跨省區(qū)受入需求。

表1 展示了2021 年南方五省區(qū)凈負荷偏差的統(tǒng)計結(jié)果。這里，送端省份（云南、貴州）僅統(tǒng)計負偏差結(jié)果，受端省份（廣東、廣西、海南）僅統(tǒng)計正偏差結(jié)果?？梢钥吹剑魇^(qū)的凈負荷偏差電量均超過1 TW·h，偏差總時長均超過了3 000 h。進一步地，若考慮送受端省份同時存在送出及受入電力需求，在不考慮輸電通道容量約束的前提下，利用凈負荷偏差跨省區(qū)消納可再生能源的電量空間達到2.466 TW·h，總計時長為4 065 h。

表1 2021 年南方五省區(qū)凈負荷預(yù)測偏差統(tǒng)計情況Table 1 Net load prediction error statistics of five provinces in southern China in 2021

目前，實現(xiàn)上述送受電力需求匹配主要通過調(diào)度人員在日內(nèi)對省間輸電計劃進行人工干預(yù)。以2021 年為例，省間輸電計劃人工干預(yù)次數(shù)達到11 573 次，占全部日內(nèi)計劃調(diào)整次數(shù)的29%。由于調(diào)度員人工干預(yù)跨省區(qū)計劃的操作流程較為繁瑣，且存在送受端消納需求感知滯后、潮流斷面校核困難等問題，通常僅在偏差極為明顯時才進行計劃調(diào)整且習慣性調(diào)整斷面約束較少的通道，導(dǎo)致大量消納空間未被利用且輸電通道利用極不均衡，調(diào)度員利用跨省區(qū)輸電通道促進可再生能源消納受到極大制約。為此，本文希望通過跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)上述送受需求之間的最優(yōu)匹配，并合理利用各個省間輸電通道，充分發(fā)揮大電網(wǎng)跨省跨區(qū)的調(diào)節(jié)能力促進可再生能源消納。值得說明的是，由于海南與廣東聯(lián)絡(luò)線潮流通常控制在一定范圍內(nèi)，本文暫不考慮海南參與跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度。

2 跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標函數(shù)

本文考慮的跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度模型通過省間直流輸電計劃及省內(nèi)機組出力計劃的實時修編，實現(xiàn)跨省區(qū)可再生能源消納電量的最大化，同時考慮省區(qū)間的電量分配優(yōu)先順序以及同走廊內(nèi)各輸電通道的電量分配優(yōu)先順序，其目標函數(shù)的數(shù)學形式如式（1）所示。

對于送端省份，當凈負荷預(yù)測出現(xiàn)負偏差時，為了避免擠占省內(nèi)可再生能源的消納空間，需要調(diào)整省間輸電計劃來盡可能消除凈負荷預(yù)測負偏差對消納空間帶來的影響。對于受端省份，省間輸電計劃調(diào)整需要額外的電力受入空間，盡可能地滿足凈負荷預(yù)測正偏差能夠為跨省區(qū)可再生能源消納提供最大的受入空間。此外，當送端省份出力可控的可再生能源機組出力存在上調(diào)節(jié)能力或受端省份化石能源機組出力存在下調(diào)節(jié)能力時，利用跨省區(qū)輸電通道可以進一步實現(xiàn)可再生能源消納。由此，式（1）的第1、2 項分別表示送、受端省份利用凈負荷預(yù)測偏差實現(xiàn)的消納電量，第3、4 項分別表示送、受端省份利用機組靈活調(diào)節(jié)能力實現(xiàn)的消納電量，最后一項是用于控制各輸電通道的電量分配方式的罰項。

同時，考慮到從電網(wǎng)運行的角度，受水位漲落、電力供應(yīng)等中長期因素的影響，不同時期內(nèi)省區(qū)間送出（受入）電量的調(diào)控原則可能發(fā)生變化，不同送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量的優(yōu)先順序存在差異，相同省份利用負荷偏差消納和機組調(diào)節(jié)消納的優(yōu)先順序亦不相同，因此在目標函數(shù)中設(shè)置權(quán)重分配系數(shù)進行控制。以送端省份優(yōu)先保障可再生能源電力增送，受端省份優(yōu)先滿足負荷需求為例，權(quán)重系數(shù)可按如下方式進行設(shè)置：

式中：N為送端省份的數(shù)目；M為受端省份的數(shù)目。

值得說明的是，在市場環(huán)境下上述權(quán)重分配系數(shù)亦可根據(jù)各省份的價格信號進行設(shè)置。另外，有如下兩點討論：

1）出力可控的可再生能源機組或化石能源機組出力計劃的修編量會同時影響兩種不同消納方式下消納電量的計算。因此，實際的修編結(jié)果取決于不同消納方式的優(yōu)先順序。

2）若不考慮消納優(yōu)先順序（權(quán)重系數(shù)均為1）以及直流網(wǎng)損（直流輸電效率為1），則目標函數(shù)前4 項將退化為，其本質(zhì)上是利用跨省區(qū)輸電通道實現(xiàn)可再生能源消納電量的最大化。由于送、受端省份都需要考慮不同消納方式的優(yōu)先順序，將其分別進行了拆分，從而形成了目標函數(shù)的前4 項。

此外，考慮到相同走廊內(nèi)存在不同的直流輸電通道，此時優(yōu)化調(diào)度模型為多解問題，本文進一步引入了輸電通道電量分配函數(shù)的相關(guān)罰項。當按照輸電效率優(yōu)先原則、通道裕度優(yōu)先原則或者通道裕度等比例原則分配時，相應(yīng)的分配函數(shù)f1(Ξ)、f2(Ξ)、f3(Ξ)分別由式（4）至式（6）給出。

式中：ΩDC為直流輸電通道構(gòu)成的集合；ΩTCj為與直流輸電通道j處于相同走廊的直流輸電通道的集合（含通道j）；κj為直流通道裕度；μjt為某一直流通道裕度在同走廊直流通道裕度中的占比。

2.2 約束條件

2.2.1 凈負荷預(yù)測偏差需求約束

各省份應(yīng)盡可能地滿足省內(nèi)凈負荷預(yù)測偏差，從而最大化提升可再生能源的跨省區(qū)消納能力，即：

2.2.2 潮流方程約束

跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度模型應(yīng)滿足潮流方程約束，即：

2.2.3 斷面控制約束

為了保障電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定，實時優(yōu)化調(diào)度模型進行計劃修編后，系統(tǒng)潮流方式應(yīng)滿足斷面控制要求，如式（11）所示。

式中：gnm和bnm分別為支路（n，m）的電導(dǎo)和電納。

2.2.4 直流運行約束

3 實用化求解方法及工程實施應(yīng)用

如前所述，式（1）至式（17）共同組成了跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度模型。然而，上述模型中存在著較強的非線性因素，直接進行求解將會給跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的開發(fā)及部署帶來巨大的困難和挑戰(zhàn)。事實上，由于實時優(yōu)化調(diào)度的時間尺度較短，且需要預(yù)留出調(diào)度人員的干預(yù)時間，因此對優(yōu)化計算的穩(wěn)定性及計算效率提出了較高的要求。特別地，跨省區(qū)可再生能源消納實時優(yōu)化調(diào)度計算結(jié)果通常作為省內(nèi)優(yōu)化調(diào)度計算的邊界條件［25］，這進一步提高了對優(yōu)化計算穩(wěn)定性的要求。因此，針對本文考慮的特定模型，以保障收斂性以及計算效率為前提開發(fā)工程實用化的求解方法是一種更加合理的選擇。本章將從工程實施應(yīng)用的角度出發(fā)，介紹一種實用化的求解方法，其求解流程如圖2 所示。其中，為了更加方便地處理機組爬坡、水電廠出力計劃修編電量等時段耦合約束，該求解流程逐調(diào)度時段進行滾動計劃修編。針對每一個調(diào)度時段，依次進行直流匹配控制斷面篩選、直流輸電通道裕度計算、送受端省份之間的送受電力匹配、直流及機組滾動計劃修編、計劃修編后潮流方式的安全校核、計劃迭代調(diào)整等關(guān)鍵計算步驟，下面將依次針對上述計算步驟進行討論。

圖2 實用化求解方法流程圖Fig.2 Flow chart of practical solving method

3.1 直流匹配控制斷面篩選及直流通道裕度計算

事實上，在電網(wǎng)的實際運行中，直流輸電系統(tǒng)的送端及受端通常存在著一些和直流輸送功率關(guān)聯(lián)較強的控制斷面，其調(diào)控主要通過改變直流輸送功率來實現(xiàn)。為了保證直流輸電計劃修編后上述控制斷面不會越限，需要對直流匹配控制斷面進行篩選，并在此基礎(chǔ)上對考慮斷面約束的直流通道裕度進行計算，以此作為直流輸電計劃修編的最大可行范圍。這里，針對某一個調(diào)度時段，本文首先以未進行計劃修編時的潮流方式作為給定運行點，計算某一直流功率對所有控制斷面的靈敏度系數(shù)，采用的潮流方式及靈敏度系數(shù)計算方法如文獻［28］所示。進一步，采用上述靈敏度系數(shù)作為判斷依據(jù)來篩選與該直流通道相匹配的控制斷面，即有：

式中：Ωj為篩選出的控制斷面集合；sjl為直流輸送功率對控制斷面的靈敏度系數(shù)；δ為靈敏度系數(shù)閾值。進一步，計算同時滿足斷面控制約束與直流運行約束的直流通道裕度，如式（19）所示。

式中：Pl0為給定運行點下的控制斷面潮流。

3.2 送受電力匹配及滾動計劃修編

當完成如式（2）、式（3）所示的送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量優(yōu)先順序設(shè)置，以及如式（7）、式（8）和式（15）、式（16）所示的凈負荷預(yù)測偏差及機組備用容量評估后，該求解方法將進一步以最大化消納可再生能源為原則進行送受端省份之間的送受電力匹配，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合直流通道裕度將省間送受計劃的調(diào)整分配至不同直流輸電通道。

首先，本文將送、受端省份的凈負荷預(yù)測偏差及機組備用容量按照優(yōu)先順序分別依次進行排列。然后，按照優(yōu)先級從高到低的順序?qū)⑺?、受序列集中撮合匹配，直至某一方序列全部分配完畢。此外，由于部分省份間可能不存在直接的送受電通道或者送受電計劃，此時亦可優(yōu)先調(diào)用后續(xù)順位的送（受）端省份參與匹配。以南方電網(wǎng)為例，表2 給出了送受電力匹配的一個示例（送出端主導(dǎo)）。

表2 送受電力匹配示例Table 2 Examples of sending and receiving power matching

考慮到貴州與廣西電網(wǎng)之間不存在直接送受電計劃，因此送受電力匹配過程中貴州優(yōu)先與后續(xù)順位的廣東進行匹配。在給定的示例中，云南共增送廣東750 MW 電力（700 MW 用于平抑廣東凈負荷偏差，50 MW 由廣東機組下調(diào)承擔），云南共增送廣西350 MW 電力（150 MW 用于平抑廣西凈負荷偏差，200 MW 由廣西機組下調(diào)承擔），貴州共增送廣東300 MW 電力（全部用于平抑廣東凈負荷偏差）。

在送受電力匹配的基礎(chǔ)上，進一步結(jié)合直流通道裕度情況將網(wǎng)間送受電計劃偏差分配至相同走廊內(nèi)不同的直流輸電通道上，并進行直流輸電計劃的修編。上述分配原則包括輸電效率優(yōu)先原則、通道裕度優(yōu)先原則或者通道裕度等比例原則，調(diào)度人員亦可人工設(shè)置通道分配優(yōu)先序列。

3.3 潮流安全校核及計劃迭代調(diào)整

為了保證修編后的潮流方式能夠滿足式（11）所示的斷面控制約束，需要對其進行安全校驗。若安全校驗通過，則該調(diào)度時段的計劃修編結(jié)束，否則進行修編計劃的迭代調(diào)整。迭代調(diào)整可根據(jù)直流或機組對越限控制斷面的靈敏度系數(shù)大小選擇性地調(diào)整直流通道傳輸裕度或機組可調(diào)節(jié)空間，進而重新進行計劃修編計算。以直流通道傳輸裕度調(diào)整為例，式（20）給出了直流通道傳輸裕度的調(diào)整方式。

3.4 實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的工程實施應(yīng)用

目前，跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)已完成系統(tǒng)開發(fā)并部署在中國南方電網(wǎng)調(diào)度控制中心調(diào)度臺，現(xiàn)已進入閉環(huán)試運行階段，其主要控制界面如附錄A圖A1 所示。圖中展示了各省份送受電力匹配后滿足的送受電需求、本周期參與計劃修編的直流輸電通道以及修編結(jié)果、人工干預(yù)控制界面以及計算流程監(jiān)視窗口。附錄A 圖A2 進一步展示了省間送受序列設(shè)置及直流輸電通道設(shè)置界面，調(diào)度人員可在其中進行序位設(shè)置以及直流計劃修編分配方式的設(shè)定。此外，從計算時序的角度，根據(jù)計劃修編原則，目前該實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)以30 min 為計算周期啟動上述求解流程，修編未來T+0.5 h 至T+2.25 h 期間共8 個調(diào)度時段（單位時段長度為15 min）的日內(nèi)滾動計劃。

圖3 進一步展示了實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)?？梢钥吹?，該系統(tǒng)由平臺層、基礎(chǔ)層以及應(yīng)用層依次構(gòu)成。其中，平臺層為實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)的平臺環(huán)境，具體包括硬件平臺、軟件支持平臺以及數(shù)據(jù)庫支持平臺。在此基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)層為實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與計算服務(wù)調(diào)用，具體包括數(shù)據(jù)管理、潮流方式安全校核以及備用監(jiān)視等功能。最后，應(yīng)用層用于實現(xiàn)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的各項核心功能以及數(shù)據(jù)回溯功能，包括調(diào)度模式切換、送受需求管理、滾動優(yōu)化計算、計劃下發(fā)控制以及可視化展示等功能。

圖3 實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Architecture of real-time optimal dispatching system

4 算例分析

目前跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)已完成系統(tǒng)開發(fā)并部署在中國南方電網(wǎng)調(diào)度控制中心調(diào)度臺，現(xiàn)已進入試運行階段。本文選取試運行期間兩個典型的場景進行分析，分別為：1）云南、貴州兩省的送出需求大于廣東、廣西兩省（簡稱兩廣）的受入需求（記為場景1，用于代表低谷時段云貴可再生能源出力偏高的場景）；2）云南、貴州兩省的送出需求小于（兩廣）的受入需求（記為場景2，用于代表高峰時段兩廣電力負荷偏高的場景）。跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)以30 min 作為計算周期，每個30 min 整點時刻（T）提前10 min 啟動計算，修編未來T+30 min 起共8 個15 min 調(diào)度時段的日內(nèi)滾動計劃。此外，考慮到送端省份內(nèi)水電廠的水位控制要求，送端省份備用利用系數(shù)設(shè)置為0，其他系統(tǒng)全局參數(shù)設(shè)置如附錄A表A1 所示。

4.1 場景1：云貴送出大于兩廣受入

本文考慮試運行期間某日07：00 的計算周期（修編當日07：30—09：15 期間的滾動計劃值），該計算周期在10 min 內(nèi)完成了優(yōu)化調(diào)度計算以及修編計劃下發(fā)，該時間符合系統(tǒng)運行要求。本文進一步選取該計算周期中的第1 個時刻點（07：30）進行分析，人工設(shè)置送受序列為：電力送出時云南優(yōu)先于貴州，電力受入時廣東優(yōu)先于廣西，且貴州與廣西之間不存在直接送受電計劃，同時消納可再生能源時，受端省份優(yōu)先利用凈負荷預(yù)測偏差，其次利用機組靈活調(diào)節(jié)能力。此外，采用通道裕度等比例原則進行同走廊內(nèi)直流功率偏差分配。表3 給出了該時刻點各省的凈負荷預(yù)測偏差以及省內(nèi)機組考慮安全約束下的備用容量評估結(jié)果。

表3 凈負荷預(yù)測偏差及機組備用容量（場景1）Table 3 Net load prediction errors and reserve capacity of generation units (scenario 1)

可以看到，該時刻云南、貴州均有電力送出需求，廣東、廣西均有電力收入需求，且云貴的送出需求大于兩廣的受入需求。根據(jù)省間送受序位對上述需求進行匹配，匹配結(jié)果如表4 所示。

表4 送受電力匹配結(jié)果（場景1）Table 4 Results of sending and receiving power matching (scenario 1)

可以看到，云南大部分的凈負荷偏差通過匹配兩廣的凈負荷偏差進行消納，同時廣東省內(nèi)機組的下調(diào)空間充足，云南剩余的凈負荷偏差以及貴州的全部凈負荷偏差通過廣東下調(diào)省內(nèi)機組出力來創(chuàng)造額外的消納空間。經(jīng)過匹配，云南共增送廣東850.25 MW 電力（747.55 MW 用于平抑廣東凈負荷偏差，102.70 MW 由廣東機組下調(diào)承擔），云南共增送廣西151.70 MW 電力（全部用于平抑廣西凈負荷偏差），貴州共增送廣東197.63 MW 電力（全部由廣東機組下調(diào)承擔）。進一步，依據(jù)通道裕度等比例原則修編直流傳輸功率，不同輸電走廊下各直流的通道裕度以及直流計劃修編量如表5 所示（送端功率）。

表5 直流通道傳輸裕度及計劃修編量（場景1）Table 5 Transmission margin and plan revision of DC channels (scenario 1)

圖4 展示了計劃修編前以及修編后（經(jīng)過安全校核）各控制斷面的負載率?？梢钥吹?，各個控制斷面的初始負載率以及修編后負載率均未超過100%，這表明潮流方式滿足安全約束。

圖4 計劃修編前后控制斷面負載率（場景1）Fig.4 Load ratio of control sections before and after plan revision (scenario 1)

4.2 場景2：云貴送出小于兩廣受入

本文接下來考慮試運行期間某日09：00 的計算周期（修編當日09：30—11：15 期間的滾動計劃值，屬早峰爬坡段）。該計算周期在10 min 內(nèi)完成了優(yōu)化調(diào)度計算以及修編計劃下發(fā)。本文進一步選取該計算周期中的第1 個時刻點（09：30）進行分析，人工設(shè)置送受序列同場景1，采用通道裕度優(yōu)先原則進行同走廊內(nèi)直流功率偏差分配。表6 給出了該時刻點各省的凈負荷預(yù)測偏差以及省內(nèi)機組考慮安全約束下的備用容量評估結(jié)果。

表6 凈負荷預(yù)測偏差及機組備用容量（場景2）Table 6 Net load prediction errors and reserve capacity of generation units (scenario 2)

由于貴州的新能源電力預(yù)測為負偏差，同時負荷預(yù)測為正偏差，此時貴州不存在增加外送電力的需求，該時刻由云南與兩廣之間進行送受電力匹配，且云南的送出需求小于兩廣的受入需求。根據(jù)省間送受序位對上述需求進行匹配，匹配結(jié)果如表7所示。

表7 送受電力匹配結(jié)果（場景2）Table 7 Results of sending and receiving power matching (scenario 2)

由表7 可見，由于廣東凈負荷預(yù)測偏差足以消納云南外送電力，該時刻僅有云南增送廣東1 085.17 MW 電力（全部用于平抑廣東凈負荷偏差）。依據(jù)通道裕度優(yōu)先原則修編直流傳輸功率，不同輸電走廊下各直流的通道裕度以及直流計劃修編量如表8 所示（送端功率）。

表8 直流通道傳送裕度及計劃修編量（場景2）Table 8 Transmission margin and plan revision of DC channels (scenario 2)

由于云南送廣東的通道中LX1GD 與LX2GD的裕度最高，因此分配時優(yōu)先占用了通道LX1GD，其余偏差均分配給了通道LX2GD。圖5 展示了該時刻計劃修編前后的控制斷面負載率。可見，各個控制斷面的初始負載率以及修編后的負載率均未超過100%，表明潮流方式滿足安全約束。

圖5 計劃修編前后控制斷面負載率（場景2）Fig.5 Load ratio of control sections before and after plan revision (scenario 2)

4.3 工程應(yīng)用效果分析

本文以西電東送電量中占比最高的云南送出西電為例進行說明，圖6 展示了跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)自投入長周期閉環(huán)試運行以來，2021 年各月份中由該系統(tǒng)調(diào)增的云南送出電量（由云南水電調(diào)增實現(xiàn)，反映出云南增加的水電消納電量）及其占日前計劃電量的比例。

圖6 2021 年跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)調(diào)增云南送出電量Fig.6 Increment of output power from Yunnan province of China by cross-provincial real-time optimal dispatching system in 2021

可以看到，2021 年利用云南省凈負荷預(yù)測負偏差以及水電機組的上調(diào)節(jié)能力，通過跨省區(qū)實時優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)增加的水電消納電量月均達到91 GW·h 時，全年累計達到1.094 TW·h，累計增送電量占計劃送電電量的0.75%。

5 結(jié)語

為了實現(xiàn)可再生能源資源的廣域優(yōu)化配置，提高資源的利用效率，解決傳統(tǒng)調(diào)控模式下可再生能源消納面臨的送受需求感知滯后、通道分配不盡優(yōu)化、潮流斷面校核困難等問題，本文提出了一種面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的可再生能源跨省區(qū)消納實時優(yōu)化調(diào)度方法，并實現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的工程開發(fā)和系統(tǒng)部署。該系統(tǒng)充分考慮了不同送（受）端省份送出（受入）可再生能源電量的優(yōu)先順序以及各省份利用凈負荷預(yù)測偏差和機組靈活調(diào)節(jié)能力消納可再生能源電量的優(yōu)先順序，并通過輸電通道裕度計算、送受電力需求匹配、通道計劃增量分配、潮流方式安全校核等步驟實現(xiàn)日內(nèi)滾動計劃的修編。系統(tǒng)試運行期間典型場景下的運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)的優(yōu)化計算效率和優(yōu)化計算穩(wěn)定性滿足實際工程應(yīng)用需求，且能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源送出需求及消納空間的在線自動感知，各省份送受需求之間的最優(yōu)匹配，以及送受電力偏差在各輸電通道之間的合理分配，計劃修編后的潮流方式嚴格滿足系統(tǒng)控制要求，能夠促進不同調(diào)度運行場景下可再生能源資源的廣域深度利用。

后續(xù)應(yīng)進一步挖掘抽水蓄能等能量存儲環(huán)節(jié)或者負荷側(cè)的靈活調(diào)節(jié)能力，探究促進可再生能源跨省區(qū)消納的源網(wǎng)荷儲聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模式以及開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。

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