新型電力系統(tǒng)電力電量平衡調(diào)度問題的思考
劉映尚，馬騫，王子強(qiáng)，李鵬，劉春曉
（中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心）
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.222115
1 研究背景
隨著新能源滲透率的不斷加大，電力系統(tǒng)的電力電量平衡特性、分析方法和應(yīng)對策略都將發(fā)生重大改變。有效應(yīng)對新能源出力的不確定性，保證電力可靠供應(yīng)與清潔能源最大限度消納的難度顯著增加。電力電量平衡分析是合理規(guī)劃布局電源、科學(xué)安排運(yùn)行方式的基礎(chǔ)，被認(rèn)為是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的前置問題與核心問題?，F(xiàn)有研究中，對新能源多出力場景下的分析結(jié)果尚未進(jìn)行有效整合，對多時(shí)間尺度下電力電量平衡測算結(jié)果與調(diào)度策略的優(yōu)化迭代過程尚缺少統(tǒng)籌，需要對新能源多出力場景、各時(shí)間尺度下分別構(gòu)建的模型進(jìn)行有效的協(xié)同求解，以滿足工程應(yīng)用要求。
2 論文所解決的問題及意義
基于新能源出力預(yù)測精度與電力調(diào)度保供應(yīng)、保消納決策目標(biāo)期望均隨時(shí)間尺度的縮短而逐漸提高的特點(diǎn)，提出了一種按時(shí)間尺度逐層分解、遞進(jìn)優(yōu)化的電力電量平衡分析方法與調(diào)度優(yōu)化策略。通過分層遞進(jìn)與目標(biāo)解耦，可在新能源高占比場景中實(shí)現(xiàn)以電力可靠供應(yīng)與清潔能源最大限度消納為目標(biāo)的高效求解。以某電網(wǎng)的新能源高占比規(guī)劃場景為例，對該系統(tǒng)中的電力電量平衡分析與調(diào)度策略優(yōu)化問題進(jìn)行了年、月、周、日等各時(shí)間尺度上的全過程研究，揭示了新能源高占比場景中調(diào)度機(jī)構(gòu)開展電力電量平衡工作面臨的新問題與新挑戰(zhàn)，提出了調(diào)節(jié)資源協(xié)同配置、發(fā)電機(jī)組檢修策略調(diào)整、送受電策略調(diào)整及配套電力市場機(jī)制建設(shè)等建議措施。
3 論文重點(diǎn)內(nèi)容
1. 日電力電量平衡
日電力電量平衡是在預(yù)測負(fù)荷、新能源預(yù)測出力基礎(chǔ)上開展計(jì)劃安排或市場出清，確定機(jī)組的開停機(jī)計(jì)劃與發(fā)電計(jì)劃。日電力電量平衡的常見優(yōu)化目標(biāo)為限負(fù)荷最小、棄電量最小及發(fā)電(購電)成本最優(yōu)。
2. 月電力電量平衡
月電力電量平衡主要用于校核或修正檢修計(jì)劃、送受電計(jì)劃、水庫調(diào)用計(jì)劃等。優(yōu)化目標(biāo)可描述為月內(nèi)各時(shí)段供應(yīng)與消納能力的最大化以及各時(shí)段的調(diào)節(jié)能力均衡。由于檢修、送受電、水電運(yùn)用等多項(xiàng)策略同時(shí)優(yōu)化的計(jì)算量過高，通常進(jìn)行分步優(yōu)化也可滿足工程需求。
3. 年度電力電量平衡
年度電力電量平衡分析主要用于測算全年供應(yīng)與消納缺口分布及充裕度，制定檢修計(jì)劃、送受電計(jì)劃、水庫調(diào)用計(jì)劃等，總體與月度電力電量平衡方法一致。
4. 年度以上電力電量平衡
調(diào)度機(jī)構(gòu)開展年度以上電力電量平衡主要基于給定的規(guī)劃電源方案測算系統(tǒng)的供應(yīng)與消納指標(biāo)，并進(jìn)一步提出電源與電網(wǎng)建設(shè)方案的優(yōu)化調(diào)整措施。平衡分析的目標(biāo)函數(shù)可簡化為以最小的電源建設(shè)進(jìn)度調(diào)整量為代價(jià)，補(bǔ)償全年供應(yīng)與消納缺口。
5. 多場景分析協(xié)同與策略制定
將多場景時(shí)序模擬分為基準(zhǔn)場景分析與極端場景校核兩個(gè)過程，以基準(zhǔn)場景中最大缺口場景下的檢修計(jì)劃、送受電計(jì)劃、水庫運(yùn)用計(jì)劃等調(diào)度運(yùn)行策略為基準(zhǔn)決策，開展極端場景的校核測算，得出供應(yīng)與消納能力的極端場景值，并根據(jù)可接受程度，計(jì)算最小調(diào)整代價(jià)的調(diào)度策略及供應(yīng)與消納能力的修正值。
6. 算例研究
(1) 年度電力電量平衡安排
構(gòu)造100個(gè)基準(zhǔn)場景開展模擬，測算逐月電力電量盈虧情況，可得到實(shí)際供應(yīng)與消納缺口范圍的概率化結(jié)果。結(jié)果顯示，最終檢修計(jì)劃已無明顯豐枯期規(guī)律，與新能源出力有一定相關(guān)性。目標(biāo)策略下該系統(tǒng)的正、負(fù)備用均較緊張，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力已顯不足。
圖1 某電網(wǎng)多類場景下的盈虧分布情況
圖2 新型電力系統(tǒng)和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)檢修安排對比
(2) 周運(yùn)行方式安排
新能源大幅度波動(dòng)時(shí)，各省間可能出現(xiàn)互補(bǔ)性的電力電量平衡缺口，此時(shí)應(yīng)將省間送受電調(diào)整作為優(yōu)先調(diào)整手段，這也是多場景模擬測算中頻繁出現(xiàn)的問題。省間送受電計(jì)劃執(zhí)行情況對比下圖所示。
圖3 省間送受電計(jì)劃執(zhí)行情況對比
(3) 日運(yùn)行方式安排
新能源日內(nèi)大幅波動(dòng)帶來高峰供應(yīng)、低谷消納、陡升陡降爬坡3類典型問題，需要運(yùn)用需求側(cè)響應(yīng)、備用市場邀約等策略，綜合使用調(diào)節(jié)性資源，以新能源極端出力為邊界組織開展有序用電工作，滿足短期電力電量平衡。
圖4 某極端日短期調(diào)度運(yùn)行安排
7. 應(yīng)對措施
① 發(fā)展季節(jié)性儲能
② 建設(shè)保證長期發(fā)電容量充裕度機(jī)制
③ 電力需求側(cè)響應(yīng)的更廣泛應(yīng)用
④ 建設(shè)適合靈活資源的能量與輔助服務(wù)市場
⑤ 發(fā)電機(jī)組檢修策略優(yōu)化調(diào)整
4 結(jié)論
本文提出的按時(shí)間尺度逐層分解、遞進(jìn)優(yōu)化并協(xié)同求解的電力電量平衡分析方法與調(diào)度優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)了各時(shí)間尺度上求解模型的簡化與分解，兼顧了工程實(shí)際問題求解精度與求解速度要求。
針對調(diào)度機(jī)構(gòu)保供應(yīng)、保消納的目標(biāo)，結(jié)合各時(shí)間周期上不同調(diào)度策略的可調(diào)節(jié)范圍，提出了多場景生產(chǎn)模擬測算結(jié)果的統(tǒng)籌決策原則，可作為當(dāng)前展望新能源較高占比場景中電力電量平衡調(diào)度問題及超前制定調(diào)度對策的基礎(chǔ)。
對規(guī)劃場景的全景模擬分析，揭示了新型電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行中將面臨的季節(jié)性平衡不均、調(diào)節(jié)性電源運(yùn)行成本增加、送受電時(shí)空變動(dòng)幅度增加等問題。
為解決新型電力系統(tǒng)面臨的電力電量平衡問題，提出了配置多種類型調(diào)節(jié)性資源、配套電力市場機(jī)制建設(shè)等方面建議。隨著新能源建設(shè)的提速，部分措施的研究、落實(shí)需同步開展。
