新型电力系统电力电量平衡调度问题的思考
新型电力系统电力电量平衡调度问题的思考
刘映尚，马骞，王子强，李鹏，刘春晓
【资料图】
（中国南方电网电力调度控制中心）
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.222115
1 研究背景
随着新能源渗透率的不断加大，电力系统的电力电量平衡特性、分析方法和应对策略都将发生重大改变。有效应对新能源出力的不确定性，保证电力可靠供应与清洁能源最大限度消纳的难度显著增加。电力电量平衡分析是合理规划布局电源、科学安排运行方式的基础，被认为是构建新型电力系统的前置问题与核心问题。现有研究中，对新能源多出力场景下的分析结果尚未进行有效整合，对多时间尺度下电力电量平衡测算结果与调度策略的优化迭代过程尚缺少统筹，需要对新能源多出力场景、各时间尺度下分别构建的模型进行有效的协同求解，以满足工程应用要求。
2 论文所解决的问题及意义
基于新能源出力预测精度与电力调度保供应、保消纳决策目标期望均随时间尺度的缩短而逐渐提高的特点，提出了一种按时间尺度逐层分解、递进优化的电力电量平衡分析方法与调度优化策略。通过分层递进与目标解耦，可在新能源高占比场景中实现以电力可靠供应与清洁能源最大限度消纳为目标的高效求解。以某电网的新能源高占比规划场景为例，对该系统中的电力电量平衡分析与调度策略优化问题进行了年、月、周、日等各时间尺度上的全过程研究，揭示了新能源高占比场景中调度机构开展电力电量平衡工作面临的新问题与新挑战，提出了调节资源协同配置、发电机组检修策略调整、送受电策略调整及配套电力市场机制建设等建议措施。
3 论文重点内容
1. 日电力电量平衡
日电力电量平衡是在预测负荷、新能源预测出力基础上开展计划安排或市场出清，确定机组的开停机计划与发电计划。日电力电量平衡的常见优化目标为限负荷最小、弃电量最小及发电(购电)成本最优。
2. 月电力电量平衡
月电力电量平衡主要用于校核或修正检修计划、送受电计划、水库调用计划等。优化目标可描述为月内各时段供应与消纳能力的最大化以及各时段的调节能力均衡。由于检修、送受电、水电运用等多项策略同时优化的计算量过高，通常进行分步优化也可满足工程需求。
3. 年度电力电量平衡
年度电力电量平衡分析主要用于测算全年供应与消纳缺口分布及充裕度，制定检修计划、送受电计划、水库调用计划等，总体与月度电力电量平衡方法一致。
4. 年度以上电力电量平衡
调度机构开展年度以上电力电量平衡主要基于给定的规划电源方案测算系统的供应与消纳指标，并进一步提出电源与电网建设方案的优化调整措施。平衡分析的目标函数可简化为以最小的电源建设进度调整量为代价，补偿全年供应与消纳缺口。
5. 多场景分析协同与策略制定
将多场景时序模拟分为基准场景分析与极端场景校核两个过程，以基准场景中最大缺口场景下的检修计划、送受电计划、水库运用计划等调度运行策略为基准决策，开展极端场景的校核测算，得出供应与消纳能力的极端场景值，并根据可接受程度，计算最小调整代价的调度策略及供应与消纳能力的修正值。
6. 算例研究
(1) 年度电力电量平衡安排
构造100个基准场景开展模拟，测算逐月电力电量盈亏情况，可得到实际供应与消纳缺口范围的概率化结果。结果显示，最终检修计划已无明显丰枯期规律，与新能源出力有一定相关性。目标策略下该系统的正、负备用均较紧张，系统调节能力已显不足。
图1 某电网多类场景下的盈亏分布情况
图2 新型电力系统和传统电力系统检修安排对比
(2) 周运行方式安排
新能源大幅度波动时，各省间可能出现互补性的电力电量平衡缺口，此时应将省间送受电调整作为优先调整手段，这也是多场景模拟测算中频繁出现的问题。省间送受电计划执行情况对比下图所示。
图3 省间送受电计划执行情况对比
(3) 日运行方式安排
新能源日内大幅波动带来高峰供应、低谷消纳、陡升陡降爬坡3类典型问题，需要运用需求侧响应、备用市场邀约等策略，综合使用调节性资源，以新能源极端出力为边界组织开展有序用电工作，满足短期电力电量平衡。
图4 某极端日短期调度运行安排
7. 应对措施
① 发展季节性储能
② 建设保证长期发电容量充裕度机制
③ 电力需求侧响应的更广泛应用
④ 建设适合灵活资源的能量与辅助服务市场
⑤ 发电机组检修策略优化调整
4 结论
本文提出的按时间尺度逐层分解、递进优化并协同求解的电力电量平衡分析方法与调度优化策略，实现了各时间尺度上求解模型的简化与分解，兼顾了工程实际问题求解精度与求解速度要求。
针对调度机构保供应、保消纳的目标，结合各时间周期上不同调度策略的可调节范围，提出了多场景生产模拟测算结果的统筹决策原则，可作为当前展望新能源较高占比场景中电力电量平衡调度问题及超前制定调度对策的基础。
对规划场景的全景模拟分析，揭示了新型电力系统调度运行中将面临的季节性平衡不均、调节性电源运行成本增加、送受电时空变动幅度增加等问题。
为解决新型电力系统面临的电力电量平衡问题，提出了配置多种类型调节性资源、配套电力市场机制建设等方面建议。随着新能源建设的提速，部分措施的研究、落实需同步开展。
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