现货市场中清洁能源消纳能力实时监视系统

李金龙，袁贵川，李金晖，李 荣，胡与非，杨 洋，周 剑

(1.国网四川省电力公司，成都 610041；2.国网宣城供电公司，安徽 宣城 242000；3. 国网西南分部，成都 610041)

近年来，我国清洁能源迅速发展，装机容量远超本地负荷[1]，用电需求逐步下降，“三弃”问题更加突出[2-6]。电力市场的推进[7]，跨省区现货交易的开展，计算清洁能源消纳能力日益重要[8]。通过监视火电机组负备用，可实时评估直流受端消纳能力，充分利用电网通道能力，促成跨省区现货市场，增加清洁能源在全国范围消纳[9-10]。

基于当前安全监控和数据采集(SCADA)系统的特点，将全网监视问题分片分区计算，得到工程实用算法。根据输电断面对火电机组有功调减的灵敏度，研究多种断面约束情况下火电机组和机群的负备用，以冬大方式下的某省电网运行数据为例进行实例验证。目前该系统已在能源管理系统(EMS)中部署，可有效提升调度监视能力。

1 断面约束下的负备用

当前SCADA系统为D5000平台，未开放大规模用户自定义编程，仅提供简单的函数计算。为此，需要根据电网结构将全网规划问题解耦为简单的断面约束问题。

1.1 无约束机组负备用

定义P为火电机组实时功率，Q为最小技术出力，S为无约束负备用，R为额定容量。根据文献[11]，取Q=0.6R。稳定运行的火电机组i，不进行深度调峰，考虑开停机过程中功率低于最小技术出力的可能性，无约束负备用Si=max{Pi-0.6Ri}。对所有断面的灵敏度都非常小或位于电网约束断面送端的机组，功率调减会减轻断面功率，可视为无约束机组。以Ω1表示无约束火电的集合，其负备用为

(1)

根据文献[12]和文献[13]，支路有功对节点注入有功的灵敏度只与电网结构、参数和运行电压有关。稳态运行中短时间内母线电压可视为固定值，并且D5000平台每15 min滚动计算一次灵敏度，一个计算周期可认为灵敏度恒定。为方便表述，定义T为机组考虑电网约束负备用(以下简称负备用)，U为约束断面的裕度。

1.2 单个断面约束火电机群

(2)

若c对应多个灵敏度相同的机组，则按Si均摊。求得：

(3)

(4)

当αij=1(i=1…m)时，可统一为

(5)

Ω2表示该类断面约束机群的集合，有

(6)

1.3 多断面约束的单个机组

以αij表示断面j(j=1…h)功率增加对机组i功率调减的灵敏度。若min{Uj}·Si≤0，Ti=0；若min{Uj}·Si>0，Ti=min(Uj/αij，Si)，j=1…h。合并为Ti=max{min(Uj/αij，Si)，0}，j=1…h。以Ω3表示该类电厂集合，其负备用为

(7)

1.4 嵌套断面约束机群

嵌套断面约束的火电机群见图1。在断面1对所有约束机组的灵敏度相等。断面2类型，可求得T′=∑Tωj。断面f和g类型，可求得T″=∑Ti。T′和T″视为仅受断面1约束的负备用，再求得断面1约束的所有机组的负备用Tω1。

图1 嵌套断面约束的火电机群

Ω4表示所有嵌套断面约束机群，则

(8)

1.5 多断面约束机群

令断面功率增加对机组功率调减的灵敏度矩阵为A。机组调减量为x=[x1…xi…xn]T，得规划问题。

(9)

根据约束条件，不存在无界解；当0≤min(Uj)时，x=0为可行基解，故该问题存在最优解，可用单纯形法等算法求出。当min(Uj)<0时，该问题无解，即断面过载无法调减，仍可取解x=0。当多个机组对所有断面灵敏度相同时，有无穷多最优解，可合并为一个机组求最优解，并按Si均摊负备用。以Ω5表示所有该类断面的集合，电网中该类火电机组的负备用为

(10)

1.6 直流通道影响

若改变直流路径，负备用亦将变化。令断面j功率增加对直流i受电功率调减的灵敏度为βij，考虑自身容量和近区交流线路输送能力后，直流通道i的受电裕度为di，则断面j裕度增至：

(11)

2 安控切机量及AGC约束

交直流混联电网中多个安控对机组切机量均有要求，简化的安控拓扑关系如图2所示。安控1需切除电厂A与B，安控2、3、4需切除上级调度机构管辖电厂和电厂B，同时A、B电厂为本级调度机构AGC受控子站。

图2 安控切机关系

在当前调度体系下，上级调管电厂提供的切机量PQS应作为本级调度负备用计算的边界条件，安控切机需求量Pi(i=1…4)作为约束。设A厂发电功率为PA，切机量为PQA，B厂发电功率为PB，切机量为PQ.B。若A、B厂EDC系统不具备优先调减安控不可切机组出力的功能，则

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系统具备优先调减安控不可切机组出力的功能，则

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)

两厂总备用为T(Ω6)=TA+TB。

3 算例验证

以某省冬季早高峰潮流为例，在PSASP平台中进行仿真验证。

3.1 无约束火电

该类机组负备用见表1，可得T(Ω1)=684 MW。

表1 无约束火电负备用 MW

3.2 单断面约束的机群

一共两个单断面约束的火电群，其相关参数见表2。由式(4)求得T(Ω2)=96.6 MW。仿真结果显示调减后断面裕度为1 MW。

表2 单断面约束机群的负备用 MW

3.3 嵌套断面和直流约束的火电群

一共两级嵌套断面，且直流受电落点在大断面内，实时功率及灵敏度见表3。由式(10)得机组9仅考虑断面2、3、4约束的负备用为214 MW。由式(4)得不考虑直流的负备用T(Ω4)=373 MW；考虑直流后，负备用T(Ω4)=426 MW。仿真显示调减后断面5约有50 MW裕度，其他断面均不过载。

表3 嵌套断面和直流约束的负备用 MW

3.4 多断面约束的火电群

多断面约束火电群如图3所示。500 kV断面6和7内有三台机组通过不同的电压等级并网，实时功率、灵敏度及负备用计算结果见表 4，负备用为T(Ω5)=232 MW。仿真结果显示，调减后断面6裕度为0，断面7裕度为30 MW。

图3 多断面约束火电群

MW

跟踪全日电网潮流，可得全网和各机组全日负备用，见图4。

图4 全日火电负备用

4 结语

本文根据电网断面对机组出力调减的灵敏度，分析了单断面、多断面等约束情况下单机组和多火电机群的负备用，计及跨省区直流消纳清洁能源对受端负备用的影响，并论证了交直流互联安控及调度AGC控制的要求，可充分利用电网输电能力，实时监视火电机组最大负备用，为跨省区清洁能源现货市场提供技术支持，仿真结果验证了本文方法的有效性。在EMS系统中的应用，有效提升了调度运行人员监视能力。该方案仅从电网约束上考虑清洁能源消纳能力，随着现货市场进一步深入，后续可开展包含价格补偿因素的负备用监视的研究。