电网技术
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基于中长期交易电量校核的输电通道选择方法研

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:

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:

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:

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:

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 不同输电通道的电量分配方式示意图

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,在这种状况下,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。