基于中长期交易电量校核的输电通道选择方法研究

江海龙 王海超 郝宇星 张伟时

摘 要：当前，我国社会经济稳步发展，电力需求不断提升，电网日常运行期间会产生大量的中长期交易电量校核量。本研究以目前短期交易电量校核为基础，分析其中存在的缺点，结合电力市场中长期交易校核需求，构建中长期电量校核模型，以探究输电通道的有效选择策略。研究结果表明，以贪婪算法为核心的输电线路通道选择策略具有显著的效果，可以作为未来长期交易电量校核时输电通道的首要选择。

关键词：电网;交易校核;贪婪算法;输电通道;中长期交易;电力市场

中圖分类号：TM73;TP301.6文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）03-0110-03

Research on Transmission Channel Selection Method Based on

Medium- and Long-Term Transaction Electricity Check

JIANG Hailong WANG Haichao HAO Yuxing ZHANG Weishi

（Anhui Power Exchange Center Co.， Ltd.，Hefei Anhui 230061）

Abstract： At present， China's social economy is developing steadily， and the demand for electricity continues to increase， during the daily operation of the power grid， a large amount of medium- and long-term transaction electricity verification is generated. Based on the current short-term transaction electricity check， This study analyzed its shortcomings， combined with the mid- and long-term transaction check requirements of the electricity market， and built a medium- and long-term electricity check model to explore effective transmission channel selection strategies. The research results show that the transmission line channel selection strategy based on the greedy algorithm has a significant effect， and can be used as the primary choice for the transmission channel in the future long-term transaction power verification.

Keywords： power grid;transaction verification;greedy algorithm;transmission channel;medium-and long-term transaction;power market

从目前的电网技术来看，新能源产出电量交易呈现增长趋势，这种状态将会造成电网发电、用电的失衡[2]。这是因为较大数量的用电直接交易将会增加电网企业的结算风险，这种交易方式还会减少电网内动态电量的空间。

从我国当前经济发展的区域性来看，各地电量需求具有较大的差异，沿海地区用电需求量高出中部地区45%左右，高出西部地区85%左右。对此，我国采取电力外送和跨区交易的方式，以实现区域用电需求的平衡，但是这种方式将会增加电网运行中的不确定因素，尤其是电网安全、稳定方面。对于电网而言，保障其运行的稳定性和安全性是保障各区域正常用电的基础，若要更好地体验电网运行的安全性和灵活性，就必须做好电量交易的安全校核工作，特别是中长期电量交易过程中形成的交易电量核算[1-3]。

1 构建模型

在电力系统中，无论是传统发电还是清洁能源发电，所产生的电力均会被接入内网中。在实时电量的校核过程中，人们可以对不同形式产生的电能进行统一校核计算。

校核时，以传送的电量数值为自变量来进行各分区电量的校核。其中，电网系数负荷均衡的函数可以表示为：

[L（t）=j=1ki=1NGPi，j（t）]                               （1）

式中，[NG]为电网中的发电机总量;[k]为电网中存在的分区数量;[Pi，j（t）]为分区[j]中的第[i]个发电机组在时段[t]的发电功率;[L（t）]为时段[t]电网中存在的总负荷值。

电网各个分区中所有机组产生的电能实为该分区的实际发电量，并经由输电通道进行区域之间的连接互通。因此，在校核周期内，各分区电量平衡的目标函数可以表示为：

[ED，j=EG，j+k=1NBk，j?ET，k]                             （2）

式中，[EG，j]为[j]分区中的总发电电能;[Bk，j]为输电通道[k]属性之间存在的关系，若其数值为-1，则表示分区[j]将采用输电通道[k]进行电量的传输，若数值为1，则表示分区[j]通道采用输电通道[k]进行电量的接收;[ET，k]为输电通道中传输所传送的电量值;[ED，j]为分区[j]中产生的用电量。

为了保障电网运行的稳定性，应进一步对各发电机组进行约束，其中发电机组的约束方式为：

[Pi，min≤Pi，t i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NTPi，t≤Pi，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NT]        （3）

式中，[Pi，t]为机组[i]在[t]时段中实际的发电功率;[Pi，min]为机组[i]运行中发电功率的最小值;[Pi，max]为机组[i]运行中发电功率的最大值。

区域内各发电机组功率升降速率的约束可以表示为：

[Pi，t-Pi，t-1≤ΔPG，i，t，up，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NTPi，t-1-Pi，t≤ΔPG，i，t，dv，max i=1，2，…，NG，t=1，2，…，NT] （4）

式中，[ΔPG，i，t，up，max]为机组[i]在[t]时段中功率的最大提升值;[ΔPG，i，t，dw，max]为机组[i]在[t]时段中功率的最大降低值。

此外，在实施约束调整时，要根据实际具体需要和相关规范标准进行电力系统的经济调度，比如，加强对机组负荷率、电力系统潮流、发电机组最小开机或停机时间以及输电线路传输特性等条件的约束。

2 优化输电通道的选择

机组电量具有上下限的约束要求，将会导致各个分区中发用电量的不均衡，所以要利用输电通道对各分区内的电量进行输送，以实现电量均衡的目的。由式（2）可知，为了实现发用电量的均衡，各分区进行电量传输时，采用多条传输通道向单一分区或是多个分区进行电量传输。在此过程中，人工方式不具有可控性，无法实现输电通道的最佳选择，特别是规模较大、较为繁杂的电网。不同输电通道的电量分配方式示意图如图1所示。

图1中，a、b、c、d和e分别代表五个分区，虽然这个五个分区构成的电网能够使系统负荷形成平衡约束，但是a、b、c分区中各个发电设备的发电量均高于区域内的用电量，而d、e分区中各个发电设备的发电量均低于区域内的用电量。也就是说，各个单独分区的发电量和用电量存在不均衡的情况，因此要采用输电通道的方式进行分区的电量传输，通过采用构成分区联合电网的形式均衡各个分区的发用电量。其中，分配方式一和分配方式二均可以实现不同分区中电量的均衡，却具有两种完全不同形式的电量输送通道。分配方式一需要具备四条电力输送通道，才能实现各个分区发用电量的均衡状态，而分配方式二需要具有三条电力输送通道，用于完成分区中发送电量的均衡状态。

随着电网电力需求的不断提升，电网分区数量将不断地增加，在这种狀况下，人们将无法再通过人工方式进行输电通道的分配选择，因此可以制定科学合理的方式实现输电通道的优化选择。目前，在分区所构成的电网中，按照各分区电量盈亏情况，其可分为两种类型，即分区中电量存在富余的输送电量以及电量不足的需求电量。因此，最佳的输电通道策略就是在不同电量盈亏分区之间采用最少的输电通道，从而保证电网中各个分区发用电量处于均衡状态。本研究针对这一问题将采用贪婪算法（Greedy Algorithm，GA）以及最优子结构（Optimal Substructure）属性进行求解。下面进行具体方法分析。

根据电网中各个分区的盈亏电量，将电网各个分区划分为输送电量分类和受电量分类;将电网中不同种类性质的分区按照盈亏电量的高低进行降序排列;将输送电量分类中具有最大富余电量分区的电量传输至受电量分类中电量不足的分区;当输送电量分类中具有最大富余电量分区的电量高于受电量分类中电量不足分区的缺少电量时，输送电量分区中具有最大富余电量分区的电量减去受电量分类中电量不足的分区缺电量后，将输送电量分区中具有最大富余电量的分区按照当前剩余富余电量大小重新排入输送电量类中，与此同时将得到电量补充的受电量分类中电量不足的分区从受电量分区中去除;当输送电量分类中具有最大富余电量分区的电量低于受电量分类中电量不足分区的缺少电量时，应将受电量分类中电量不足分区的缺少电量减去输送电量分类中具有最大富余电量分区的电量后，将受电量分类中电量不足分区按照剩余缺少电量排序到受电量分类中，并将电量输送后的最大富余电量分区进行去除;根据上述方式循序进行各个分区电量的输送设置。

3 验证分析

3.1 实例验证

本研究将首先采用实验分析的方式验证输电通道选择策略的合理性，实验方法为：针对六个不同分区的发用电量进行验证分析。六个不同分区的发用电量统计情况如表1所示

表1显示，各个分区中，电量盈亏分类划分为：c、e、f为输送电量类，其中富余电量分别为41.9×104 MW·h、7.2×104 MW·h和5.0×104 MW·h;a、b、d为受电量类，各分区缺电量分别为49.7×104 MW·h、46.7×104 MW·h和22.9×104 MW·h。

下面采用本研究中输电通道选择策略进行分区电量的输送，结果如表2所示。

本文结合GA算法选择有效的输电通道策略，其中各输电通道中传输的电量如表3所示。

表3所排列的顺序为策略运行过程中执行的顺序，由此可以发现，输电过程以优先传输至缺电量较大的分区作为主要原则。

3.2 仿真验证

为了更加真实地了解本研究中采用的输电通道策略的科学性、适用性，本文将进行仿真模拟验证，主要方法为：模拟不同分区中发用电量不同的情况，并将GA算法同启发式算法（Heuristic Algorithm）中能够实现性能最优的Min-Min遗传算法进行结果比较，从而验证GA算法的有效性[4]。

在实施仿真模拟实验时，为了保证仿真验证的真实性，将随机设置10～50的整数作为十个分区的发电量，将设置的10个发电量参数的总和作为基准，从而得到各个分区的用电量。本研究仿真模拟验证中，各分区发用电情况如表4所示。

根据表4中各区的发用电量，若套用GA算法，则可以得到采用输电通道选择策略的各区传输电量，如表5所示。

根据表4中各区的发用电量，若套用Min-Min遗传算法，则可以得到输电通道传输电量，如表6所示。

从表5、表6中的仿真模拟通道结果来看，采用本研究的GA算法时，输电通道为8条，而采用Min-Min遗传算法时，输电通道为9条。由此可见，以贪婪算法为核心的输电线路通道选择策略具有显著的效果，可作为未来长期交易电量校核时输电通道的首要选择。

4 结语

本研究以电网不同分区发用电量分配的中长期电量交易校核为对象，分析电网系统中各区负荷均衡的目标函数和各项约束条件。针对电网系统中各分区发用电量不均衡的情况，本文采用GA算法作为中输电通道的选择策略，并通过实例验证、仿真验证的形式评价输电通道策略的科学性和适用性。结果显示，以贪婪算法为核心的输电线路通道选择策略具有显著的效果，可以作为未来长期交易电量校核时输电通道的首要选择。

参考文献：

[1]程雄，唐应玲，申建建，等.电力市场环境下大规模水电站群月度交易电量分解与校核方法[J].中国电机工程学报，2020（8）：2514-2525.

[2]李利利，汪志成，王岗，等.基于安全约束机组组合的中长期电量安全校核两阶段优化[J].电力系统自动化，2020（13）：166-173.

[3]黄国栋，杨军峰，丁强，等.基于电量裕度的中长期电量安全校核方法[J].电力系统保护与控制，2020（2）：115-121.

[4]张传成，许丹，戴赛，等.基于特征时段提取的月度发电计划与安全校核模型[J].电网技术，2016（11）：3342-3347.