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，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、分析方法和應對策略都將發(fā)生重大改變。有效應對新能源出力的不確定性，保證電力可靠供應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、科學安排運行方式的基礎，被認為是構(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)果尚未進行有效整合，對多時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、各時間尺度下分別構(gòu)建的模型進行有效的協(xié)同求解，以滿足工程應用要求。
2 論文所解決的問題及意義
基于新能源出力預測精度與電力調(diào)度保供應、保消納決策目標期望均隨時間尺度的縮短而逐漸提高的特點，提出了一種按時間尺度逐層分解、遞進優(yōu)化的電力電量平衡分析方法與調(diào)度優(yōu)化策略。通過分層遞進與目標解耦，可在新能源高占比場景中實現(xiàn)以電力可靠供應與清潔能源最大限度消納為目標的高效求解。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)化問題進行了年、月、周、日等各時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)電機組檢修策略調(diào)整、送受電策略調(diào)整及配套電力市場機制建設等建議措施。
3 論文重點內(nèi)容
1. 日電力電量平衡
日電力電量平衡是在預測負荷、新能源預測出力基礎上開展計劃安排或市場出清，確定機組的開停機計劃與發(fā)電計劃。日電力電量平衡的常見優(yōu)化目標為限負荷最小、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劃、送受電計劃、水庫調(diào)用計劃等。優(yōu)化目標可描述為月內(nèi)各時段供應與消納能力的最大化以及各時段的調(diào)節(jié)能力均衡。由于檢修、送受電、水電運用等多項策略同時優(yōu)化的計算量過高，通常進行分步優(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與消納缺口分布及充裕度，制定檢修計劃、送受電計劃、水庫調(diào)用計劃等，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)的供應與消納指標，并進一步提出電源與電網(wǎng)建設方案的優(yōu)化調(diào)整措施。平衡分析的目標函數(shù)可簡化為以最小的電源建設進度調(diào)整量為代價，補償全年供應與消納缺口。
5. 多場景分析協(xié)同與策略制定
將多場景時序模擬分為基準場景分析與極端場景校核兩個過程，以基準場景中最大缺口場景下的檢修計劃、送受電計劃、水庫運用計劃等調(diào)度運行策略為基準決策，開展極端場景的校核測算，得出供應與消納能力的極端場景值，并根據(jù)可接受程度，計算最小調(diào)整代價的調(diào)度策略及供應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個基準場景開展模擬，測算逐月電力電量盈虧情況，可得到實際供應與消納缺口范圍的概率化結(jié)果。結(jié)果顯示，最終檢修計劃已無明顯豐枯期規(guī)律，與新能源出力有一定相關(guān)性。目標策略下該系統(tǒng)的正、負備用均較緊張，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) 周運行方式安排
新能源大幅度波動時，各省間可能出現(xiàn)互補性的電力電量平衡缺口，此時應將省間送受電調(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。省間送受電計劃執(zhí)行情況對比下圖所示。
圖3 省間送受電計劃執(zhí)行情況對比
(3) 日運行方式安排
新能源日內(nèi)大幅波動帶來高峰供應、低谷消納、陡升陡降爬坡3類典型問題，需要運用需求側(cè)響應、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)度運行安排
7. 應對措施
① 發(fā)展季節(jié)性儲能
② 建設保證長期發(fā)電容量充裕度機制
③ 電力需求側(cè)響應的更廣泛應用
④ 建設適合靈活資源的能量與輔助服務市場
⑤ 發(fā)電機組檢修策略優(yōu)化調(diào)整
4 結(jié)論
本文提出的按時間尺度逐層分解、遞進優(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，實現(xiàn)了各時間尺度上求解模型的簡化與分解，兼顧了工程實際問題求解精度與求解速度要求。
針對調(diào)度機構(gòu)保供應、保消納的目標，結(jié)合各時間周期上不同調(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。
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)度運行中將面臨的季節(jié)性平衡不均、調(diào)節(jié)性電源運行成本增加、送受電時空變動幅度增加等問題。
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、配套電力市場機制建設等方面建議。隨著新能源建設的提速，部分措施的研究、落實需同步開展。
