適應(yīng)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的省級(jí)電網(wǎng)安全校核實(shí)現(xiàn)方案

路 軼，蔡 幟，張國(guó)芳，丁 強(qiáng)，肖 暢，熊志杰

（1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司，四川省成都市 610041；2.電力調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)研究與系統(tǒng)評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司），北京市 100192）

0 引言

中國(guó)當(dāng)前省級(jí)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)改革已進(jìn)入深水區(qū)和關(guān)鍵期，第1批8家試點(diǎn)省份已完成結(jié)算試運(yùn)行［1-2］。因此，須深化現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)建設(shè)完善和運(yùn)行分析，為下一階段改革深化和其他省份開展現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)提供借鑒參考。隨著電力市場(chǎng)化的不斷推進(jìn)，市場(chǎng)的交易規(guī)模和交易電量將逐步增加，市場(chǎng)電量比例不斷擴(kuò)大，計(jì)劃空間逐步縮小，計(jì)劃編制將逐步被市場(chǎng)交易結(jié)果替代。市場(chǎng)和電價(jià)對(duì)發(fā)用電行為的引導(dǎo)增大了電網(wǎng)運(yùn)行的不確定性，電網(wǎng)潮流形態(tài)、系統(tǒng)可調(diào)備用均衡性等方面都會(huì)受到較大程度的影響，進(jìn)一步壓縮電網(wǎng)的安全裕度。電網(wǎng)和市場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求以及阻塞成分對(duì)電價(jià)的直接影響，都對(duì)安全校核計(jì)算精度提出了更高的要求［3-5］。

安全校核作為電力市場(chǎng)和調(diào)度計(jì)劃的重要模塊，目前已有不少研究。文獻(xiàn)［6-7］通過算法優(yōu)化、并行計(jì)算、數(shù)據(jù)復(fù)用、多場(chǎng)景并發(fā)管理機(jī)制等方法，進(jìn)一步提高安全校核計(jì)算速度以滿足相關(guān)應(yīng)用的實(shí)用化需求。文獻(xiàn)［8-9］研究了面向服務(wù)的安全校核功能，為計(jì)劃編制和電網(wǎng)調(diào)度操作提供可定制的支持多任務(wù)并行的安全校核服務(wù)。文獻(xiàn)［10-12］設(shè)計(jì)了市場(chǎng)化條件下考慮安全校核的省調(diào)業(yè)務(wù)框架，提出了總體架構(gòu)、功能框架和關(guān)鍵技術(shù)。目前，在電力市場(chǎng)環(huán)境下對(duì)安全校核的功能要求和性能提升有了一定研究，但是隨著電力市場(chǎng)發(fā)展，需要針對(duì)省級(jí)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高安全校核的精確性。

本文基于中國(guó)電網(wǎng)的調(diào)度管理方式，從電網(wǎng)模型、算法流程和輔助信息3個(gè)方面，全面提升了安全校核計(jì)算的精確性，實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)的精細(xì)化運(yùn)行，有效降低電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。本文的主要貢獻(xiàn)包括：①提出了低電壓等級(jí)電廠并網(wǎng)和聯(lián)絡(luò)線等值計(jì)算方法，分析并設(shè)計(jì)了停運(yùn)設(shè)備復(fù)役操作和設(shè)備的未來態(tài)工況計(jì)算；②提出了市場(chǎng)出清、斷面限額計(jì)算與安全校核混合迭代計(jì)算流程；③建立了設(shè)備與斷面、斷面與斷面之間的關(guān)系，并提出了各區(qū)域斷面和全網(wǎng)的備用計(jì)算方法。

1 安全校核精確性因素分析

由市場(chǎng)交易結(jié)果確定的電網(wǎng)運(yùn)行方式可能存在設(shè)備或輸電斷面（以下簡(jiǎn)稱“斷面”）越限的情況，導(dǎo)致電網(wǎng)安全裕度下降。而安全校核能夠快速識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，是保證市場(chǎng)出清結(jié)果滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行要求的重要手段。因此，在市場(chǎng)模式下要求優(yōu)化出清和安全校核閉環(huán)迭代，獲取一致的機(jī)組計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)、檢修計(jì)劃、聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，智能生成斷面限額，采用適應(yīng)市場(chǎng)化交易的安全校核模型與計(jì)算方法，模擬未來電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景，量化分析電網(wǎng)越限情況并提供輔助信息，保證電網(wǎng)安全裕度處于規(guī)定范圍之內(nèi)。提高安全校核的精確性對(duì)省級(jí)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行的主要意義如下。

1）計(jì)劃編制將逐步變化為以市場(chǎng)交易結(jié)果為主，電網(wǎng)潮流更加復(fù)雜多變，增加了電網(wǎng)安全調(diào)度運(yùn)行的壓力。因此，提高安全校核的精確性是電力市場(chǎng)環(huán)境下保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的基本條件。

2）多數(shù)省份的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)采用了節(jié)點(diǎn)電價(jià)的計(jì)算方法，而節(jié)點(diǎn)電價(jià)中的阻塞成分是由線路或斷面的潮流越限造成的，如果潮流計(jì)算不夠準(zhǔn)確，將對(duì)電力市場(chǎng)的電價(jià)產(chǎn)生極大的影響。提高安全校核的精確性，能夠有效保證電價(jià)結(jié)果的合理性。

3）在市場(chǎng)環(huán)境下，市場(chǎng)電固化了系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源，市場(chǎng)電量比例越高，系統(tǒng)的可調(diào)備用容量越難以保證。為了對(duì)斷面進(jìn)行更精準(zhǔn)的控制，需要獲得各斷面與機(jī)組、斷面與斷面之間的關(guān)系以及斷面的備用情況，以便能夠有效應(yīng)對(duì)斷面越限情況。

從安全校核的內(nèi)容可知，其準(zhǔn)確計(jì)算包括3個(gè)方面。

1）電網(wǎng)模型要完整、準(zhǔn)確，參與市場(chǎng)出清的機(jī)組都要有效納入建模，連接外網(wǎng)的各交流聯(lián)絡(luò)線都要盡可能參與潮流計(jì)算而不是簡(jiǎn)單等值，電網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備的未來運(yùn)行狀態(tài)要全面掌握。目前，隨著調(diào)控云的推廣，國(guó)家電力調(diào)度控制中心（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)調(diào)”）系統(tǒng)內(nèi)各省級(jí)電網(wǎng)均已將模型、數(shù)據(jù)延伸至35 kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)全模型（部分省份進(jìn)一步延伸至10 kV配電網(wǎng)）。同時(shí)，國(guó)調(diào)周期性下發(fā)全網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果和七大類計(jì)劃數(shù)據(jù)給各省級(jí)調(diào)控中心，使得各省級(jí)調(diào)控中心具備了全網(wǎng)潮流計(jì)算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）算法流程是保證安全校核計(jì)算精確的基礎(chǔ)。要充分利用交流潮流計(jì)算的精確性、直流潮流計(jì)算的可線性化和快速性以及斷面限額自動(dòng)匹配，同時(shí)為保證交易結(jié)果的執(zhí)行滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，加入動(dòng)態(tài)安全校檢，綜合提升安全校核算法準(zhǔn)確性。

3）采用靈敏度計(jì)算可能會(huì)因?yàn)椴煌钠胶夤?jié)點(diǎn)選擇而導(dǎo)致潮流計(jì)算偏差，本文為此提出了基于區(qū)域斷面與機(jī)組、區(qū)域斷面之間關(guān)系的有功備用計(jì)算方法，為調(diào)度員提供更為準(zhǔn)確的斷面越限調(diào)整信息。

由此可知，安全校核的改進(jìn)可以從電網(wǎng)模型完整構(gòu)建、算法流程優(yōu)化、輔助信息精確化分析3個(gè)方面來全面提升安全校核計(jì)算結(jié)果的精確性和實(shí)用性，如圖1所示。中國(guó)各省調(diào)度采用的電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似，因此本文提出的方案可以適用于大部分省級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)。

圖1 安全校核精確性提升方案Fig.1 Improvement scheme of security check accuracy

2 電網(wǎng)模型精細(xì)化構(gòu)建

2.1 設(shè)備未來態(tài)工況分析

組成電網(wǎng)的各類設(shè)備運(yùn)行工況構(gòu)成了電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是交直流潮流計(jì)算的基礎(chǔ)，其決定了各電廠發(fā)電能力及其對(duì)各支路的靈敏度以及各送受斷面輸送能力等現(xiàn)貨運(yùn)營(yíng)邊界條件。因此，準(zhǔn)確分析出設(shè)備工況對(duì)現(xiàn)貨優(yōu)化出清和安全校核均有重要作用。而傳統(tǒng)用于計(jì)算的電網(wǎng)拓?fù)渫ǔ２捎卯?dāng)前狀態(tài)下的電網(wǎng)運(yùn)行工況，與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)主要面向電網(wǎng)未來態(tài)的需求并不匹配。此時(shí)需要確定未來的設(shè)備狀態(tài)，然后對(duì)相應(yīng)的開關(guān)和刀閘進(jìn)行操作，使得設(shè)備能正確接入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開。

停運(yùn)的設(shè)備有不同的停運(yùn)原因，需要根據(jù)其原因來分析確定其未來各時(shí)刻點(diǎn)的狀態(tài)，本文總結(jié)了設(shè)備具體工況狀態(tài)，如圖2所示。主要是依據(jù)檢修計(jì)劃和調(diào)度日志，形成13種具體狀態(tài)，為未來態(tài)潮流提供狀態(tài)信息。主要定義如下。

圖2 設(shè)備工況狀態(tài)分類Fig.2 Classification of operation conditions of equipment

1）運(yùn)行態(tài)、孤島運(yùn)行態(tài)：設(shè)備處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，其中與主網(wǎng)分離的帶電設(shè)備為孤島運(yùn)行。

2）備用態(tài)：閉合本廠非檢修、非故障或安控動(dòng)作的開關(guān)和刀閘即可投入運(yùn)行的設(shè)備，分為熱備和冷備。

3）停用態(tài)：閉合本廠非檢修、非故障或安控動(dòng)作的開關(guān)和刀閘仍然無法帶電的設(shè)備。根據(jù)停運(yùn)原因可以分為檢修、檢修陪停、故障、故障陪停、緊急停運(yùn)、緊急陪停、安控停運(yùn)、安控陪停、未知原因停運(yùn)。

基于設(shè)備的狀態(tài)信息，可以推斷出設(shè)備的未來態(tài)。未來態(tài)潮流計(jì)算主要研究設(shè)備是否可用，可用則接入電網(wǎng)，不可用則從電網(wǎng)斷開。未來可用態(tài)主要為運(yùn)行、孤島運(yùn)行、熱備、冷備；未來不可用態(tài)主要為檢修、檢修陪停、故障、故障陪停、緊急停運(yùn)、緊急陪停、安控停運(yùn)、安控陪停、未知原因停運(yùn)。

在確定設(shè)備的工況狀態(tài)后，計(jì)算未來態(tài)潮流時(shí)針對(duì)不同設(shè)備的處理如下。

1）線路和變壓器分成2類：一類是部分線路和變壓器形成的支路處在網(wǎng)絡(luò)中間（即不影響電廠送出），為了保持某種電網(wǎng)運(yùn)行方式而運(yùn)行或停運(yùn)，對(duì)這種線路和變壓器的狀態(tài)如無檢修申請(qǐng)不做處理；另一類是部分線路和變壓器形成的支路處在某電廠唯一送出通道上，對(duì)這種線路和變壓器須根據(jù)電廠檢修狀態(tài)斷開或閉合直接相連的開關(guān)或刀閘，以保證電廠檢修結(jié)束后能夠正確并網(wǎng)。

2）當(dāng)前態(tài)為運(yùn)行但在未來態(tài)為檢修或檢修陪停的機(jī)組和負(fù)荷，閉合機(jī)組或負(fù)荷直連的開關(guān)或刀閘。

3）當(dāng)前態(tài)為停運(yùn)但在未來態(tài)為可用的機(jī)組和負(fù)荷，需要進(jìn)行復(fù)役操作，以便使其參與潮流計(jì)算，具體步驟如下。

步驟1：基于未來態(tài)母線接排方式，按照最短拓?fù)渎窂剿阉鞑㈤]合本廠站未檢修開關(guān)和刀閘直至帶電節(jié)點(diǎn)。其中，未來態(tài)母線接排方式由人工根據(jù)檢修或方式調(diào)整需求確定，在復(fù)役操作過程中不得改變其狀態(tài)。

步驟2：如本廠站內(nèi)未搜索到帶電節(jié)點(diǎn)，則按照最短拓?fù)渎窂剿阉髋c機(jī)組/負(fù)荷有相連關(guān)系的電廠出線對(duì)端的直連開關(guān)，按照工況的狀態(tài)定義，將其連上電網(wǎng)。

值得說明的是，多數(shù)省級(jí)電網(wǎng)的母線負(fù)荷為220 kV（或330 kV）變壓器高壓側(cè)，其停電計(jì)劃可能由地調(diào)維護(hù)，如果省調(diào)無法獲得其停電計(jì)劃而無法得知其未來工況狀態(tài)，則對(duì)于所有當(dāng)前停運(yùn)的地調(diào)變壓器母線負(fù)荷進(jìn)行站內(nèi)連網(wǎng)，即實(shí)行上述步驟1，盡可能保證母線負(fù)荷上網(wǎng)（如實(shí)際中檢修可使其預(yù)測(cè)值為0），但為了不影響電網(wǎng)的運(yùn)行方式不進(jìn)行步驟2。

2.2 低電壓等級(jí)機(jī)組接入電網(wǎng)模型

對(duì)于省級(jí)電網(wǎng)來說，多以220 kV（或330 kV）變電站高壓側(cè)作為母線負(fù)荷，而參與電力市場(chǎng)的電廠可能位于110 kV或更低電壓等級(jí)，沒有在省級(jí)電網(wǎng)模型中建模。而這種建模方式形成的母線負(fù)荷含有發(fā)電成分，需要將這部分計(jì)入模型計(jì)算。

母線負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)象根據(jù)組成成分表現(xiàn)出不同的源荷特性，可能包含可調(diào)度發(fā)電機(jī)組、預(yù)測(cè)原形、純負(fù)荷等，母線負(fù)荷的成分表示為：

式中：Pbus為220 kV母線實(shí)際下網(wǎng)負(fù)荷功率（即預(yù)測(cè)原形）；Ppure為母線非可調(diào)用戶凈負(fù)荷功率；Pu為參與市場(chǎng)報(bào)價(jià)的機(jī)組出力；Pw為不參與報(bào)價(jià)的機(jī)組出力，主要包括新能源機(jī)組、無庫容的小水電等，此部分出力應(yīng)由預(yù)測(cè)模塊給出。

母線非可調(diào)用戶凈負(fù)荷功率Ppure為220 kV母線上除去發(fā)電成分Pu、Pw后的凈負(fù)荷需求。只有排除發(fā)電資源對(duì)母線負(fù)荷的擾動(dòng)，才能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)母線凈負(fù)荷，正確引導(dǎo)用戶側(cè)負(fù)荷響應(yīng)，進(jìn)而合理安排發(fā)電機(jī)組計(jì)劃平抑母線負(fù)荷波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)供需平衡及電網(wǎng)安全。

母線負(fù)荷預(yù)測(cè)一般在主變壓器高壓側(cè)進(jìn)行等值，根據(jù)其掛接的源荷情況，將對(duì)應(yīng)的機(jī)組Pu、Pw也掛于此節(jié)點(diǎn)上，形成虛擬發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。

2.3 聯(lián)絡(luò)線支路潮流計(jì)算

省級(jí)電網(wǎng)的直流聯(lián)絡(luò)線功率可控，因此一般可以等值為負(fù)荷，但交流聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃通常是多條線路或變壓器的聯(lián)合計(jì)劃，上級(jí)調(diào)度中心一般只提供聯(lián)絡(luò)線交換計(jì)劃總值，而各線路的潮流則與電網(wǎng)運(yùn)行方式和潮流分布相關(guān)。為了計(jì)算潮流，常規(guī)的聯(lián)絡(luò)線等值方法通過歷史相似日信息形成各條聯(lián)絡(luò)線支路功率的分配系數(shù)，但該分配系數(shù)每日都不一致。中國(guó)特高壓聯(lián)絡(luò)線輸送大量電力，分配系數(shù)的差別會(huì)導(dǎo)致很大的潮流偏差。為此，本文通過網(wǎng)絡(luò)模型自適應(yīng)調(diào)整進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線外網(wǎng)等值，具體步驟如下。

1）電網(wǎng)模型自適應(yīng)調(diào)整。為了更準(zhǔn)確得到聯(lián)絡(luò)線路潮流，在本省調(diào)度區(qū)域的基礎(chǔ)上，基于國(guó)（分）調(diào)定時(shí)下發(fā)的全網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果（QS文件），依據(jù)聯(lián)絡(luò)線路將電網(wǎng)模型向外擴(kuò)展至和聯(lián)絡(luò)線路相關(guān)的外部區(qū)域，并結(jié)合已經(jīng)獲取的外部電網(wǎng)計(jì)劃數(shù)據(jù)，通過交流潮流計(jì)算得到各條聯(lián)絡(luò)支路潮流計(jì)劃值。

2）聯(lián)絡(luò)線有功功率再調(diào)整。通過上述步驟，可以初步求得各個(gè)聯(lián)絡(luò)線路的有功功率，但是由于計(jì)算誤差、預(yù)測(cè)偏差等原因，各個(gè)聯(lián)絡(luò)線路有功功率累加和交換計(jì)劃總值會(huì)存在偏差。因此，需要對(duì)聯(lián)絡(luò)線有功功率再調(diào)整，使之和交換計(jì)劃總值一致。將功率偏差按照已經(jīng)計(jì)算的聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行分配，計(jì)算方法為：

3）聯(lián)絡(luò)線等值。獲得各聯(lián)絡(luò)線支路最終計(jì)劃值后，根據(jù)電網(wǎng)等值方法將聯(lián)絡(luò)線等值成機(jī)組或者負(fù)荷，完成外網(wǎng)等值，再和本區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型、檢修計(jì)劃拼接得到完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

值得一提的是，每次市場(chǎng)出清之后都需要重新計(jì)算各聯(lián)絡(luò)線的分配功率，因?yàn)樵诓煌氖袌?chǎng)出清結(jié)果下聯(lián)絡(luò)線的分配可能是不同的。

3 算法流程優(yōu)化

斷面是指為電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析和管理定義的一組設(shè)備集［13］，對(duì)斷面潮流監(jiān)視和越限分析是中國(guó)廣泛使用的調(diào)度管理方式。

現(xiàn)貨運(yùn)行過程中，實(shí)際生效的斷面限額值是由未來態(tài)電網(wǎng)運(yùn)行方式和現(xiàn)貨出清潮流結(jié)果與預(yù)先制定的斷面限額集匹配，并經(jīng)動(dòng)態(tài)安全校核計(jì)算決定的。因此，有必要將斷面結(jié)果及時(shí)反饋給市場(chǎng)出清流程，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)出清、斷面限額計(jì)算與安全校核的混合迭代，為電網(wǎng)安全運(yùn)行增加技術(shù)評(píng)判手段。市場(chǎng)出清、斷面限額計(jì)算與交直流安全校核的關(guān)系如圖3所示。

圖3 市場(chǎng)出清、斷面限額計(jì)算與安全校核的關(guān)系Fig.3 Relationship among market clearing,cross-section limit calculation and security check

市場(chǎng)的出清校核對(duì)以上模塊進(jìn)行整合，具體設(shè)計(jì)需要考慮以下因素。

1）市場(chǎng)出清和直流潮流都通過線性化處理，從而進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化，而交流校核和斷面限額計(jì)算是非線性計(jì)算，難以與市場(chǎng)出清模塊同時(shí)優(yōu)化。

2）因直流潮流計(jì)算精度相對(duì)交流潮流有所偏差。為更精確地計(jì)算設(shè)備越限情況，采用交流校核結(jié)果對(duì)越限信息進(jìn)行迭代校正以滿足出清結(jié)果精確化要求。

3）利用D5000系統(tǒng)在線安全分析（DSA）模塊已有關(guān)鍵斷面識(shí)別和斷面極限可行域計(jì)算功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全校驗(yàn)?，F(xiàn)貨系統(tǒng)交流潮流計(jì)算模塊向DSA提供出清周期內(nèi)電網(wǎng)潮流計(jì)算結(jié)果。DSA模塊根據(jù)潮流結(jié)果計(jì)算出出清周期內(nèi)斷面及限額與預(yù)先制定的斷面限額集進(jìn)行匹配，并將斷面及限額變化情況反饋給市場(chǎng)出清、安全校核環(huán)節(jié)。

通過以上分析，本文設(shè)計(jì)了一種算法流程，如圖4所示。該流程為三閉環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)是市場(chǎng)出清和直流潮流安全約束的迭代，外環(huán)是靜態(tài)安全校核的交流精確潮流計(jì)算，最外環(huán)是動(dòng)態(tài)安全校核。內(nèi)環(huán)為兩外環(huán)提供出清結(jié)果，兩外環(huán)為內(nèi)環(huán)提供新生成的越限約束信息，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)出清與安全校核的高效迭代優(yōu)化。

圖4 市場(chǎng)出清與安全校核流程圖Fig.4 Flow chart of market clearing and security check

4 輔助信息精確化分析

4.1 區(qū)域割集斷面與機(jī)組的關(guān)系分析

中國(guó)的調(diào)度方式關(guān)注對(duì)穩(wěn)定斷面的控制，一般的輔助信息是基于各機(jī)組對(duì)越限斷面的靈敏度，但是靈敏度的大小與平衡節(jié)點(diǎn)的選擇有關(guān)，尤其是對(duì)于能夠劃分區(qū)域割集的重要斷面（以下簡(jiǎn)稱“區(qū)域割集斷面”），如圖5所示。設(shè)區(qū)域割集斷面S0是區(qū)域A的外送斷面，斷面中包括水電區(qū)域外送斷面Sh、新能源區(qū)域外送斷面Sw、負(fù)荷斷面Sd等。當(dāng)選用單平衡節(jié)點(diǎn)位于區(qū)域A外時(shí)，uh、uw等機(jī)組對(duì)S0的靈敏度為1，當(dāng)位于區(qū)域A內(nèi)時(shí)，各機(jī)組對(duì)S0的靈敏度為0，當(dāng)選用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)多平衡節(jié)點(diǎn)［14］時(shí)，各機(jī)組對(duì)斷面S0的靈敏度與區(qū)域A內(nèi)的平衡節(jié)點(diǎn)承擔(dān)比例有關(guān)，可能不接近于1，區(qū)域A范圍較大甚至達(dá)到0.7～0.8。但實(shí)際調(diào)度中，區(qū)域內(nèi)機(jī)組不進(jìn)行聯(lián)動(dòng)時(shí)可認(rèn)為區(qū)域A的機(jī)組對(duì)斷面S0的靈敏度都應(yīng)為1，因此，平衡節(jié)點(diǎn)附近的靈敏度會(huì)有較大失真，即使是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)靈敏度也不能消除此誤差。

為此，本文提出對(duì)于區(qū)域割集斷面應(yīng)當(dāng)通過拓?fù)潢P(guān)系和斷面潮流方向來獲得斷面與機(jī)組的關(guān)系，即通過把斷面的支路成員斷開將區(qū)域割集島從主島分離出來。根據(jù)斷面潮流方向，區(qū)域島內(nèi)機(jī)組對(duì)該斷面的靈敏度均為1或－1，區(qū)域島外機(jī)組對(duì)該斷面的靈敏度均為0。以圖5所示機(jī)組為例，可建立機(jī)組與斷面以及斷面之間的從屬關(guān)系為：

值得一提的是，本方法僅適用于能夠形成區(qū)域割集的重要斷面，對(duì)于無法形成電網(wǎng)割集的斷面，建議采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)或距離較遠(yuǎn)的單平衡節(jié)點(diǎn)來提供靈敏度輔助信息。

4.2 區(qū)域割集斷面及全網(wǎng)的有功備用分析

中國(guó)電網(wǎng)在設(shè)計(jì)區(qū)域割集斷面時(shí)一般不存在交叉，而是以嵌套的關(guān)系。由4.1節(jié)分析可以得到區(qū)域割集斷面與機(jī)組以及區(qū)域割集斷面之間的關(guān)系，如圖6所示。其中，U表示機(jī)組，S表示斷面，下標(biāo)的第1位數(shù)字為從屬關(guān)系的等級(jí)，第2位字母是序號(hào)。機(jī)組不重復(fù)計(jì)算，例如機(jī)組U0a同時(shí)屬于S1a和S2a，但只按較低等級(jí)的S1a備用計(jì)算，因?yàn)樵谟?jì)算S2a備用時(shí)會(huì)考慮S1a的整體備用，而不需要再單獨(dú)計(jì)入S1a的下層機(jī)組U0a。

圖6 斷面與機(jī)組之間的從屬關(guān)系Fig.6 Subordinate relationship between units and cross-sections

區(qū)域斷面的外送能力一方面受到區(qū)域內(nèi)機(jī)組剩余發(fā)電能力的限制，另一方面受到斷面限額的限制。因此，區(qū)域斷面的電力備用是兩者的最小值。通過圖6可以計(jì)算各斷面和全網(wǎng)的備用，方法如下。

按照從屬等級(jí)從1至N依次計(jì)算各等級(jí)的斷面?zhèn)溆茫?/p>

5 應(yīng)用成果分析

以中國(guó)某省電網(wǎng)為例，該省電網(wǎng)網(wǎng)架薄弱，“強(qiáng)直弱交”穩(wěn)定問題突出，交直流電網(wǎng)耦合特性復(fù)雜，對(duì)安全校核的計(jì)算精度要求高。

豐水期該省水電通道運(yùn)行能力與區(qū)外開機(jī)、斷面限制因素緊密耦合，重要通道及斷面長(zhǎng)期大功率運(yùn)行，實(shí)時(shí)運(yùn)行中控制斷面多、控制難度大。2018年豐水期，多個(gè)水電通道送出存在不同程度受限，整體受阻約14.5 GW，最為嚴(yán)重的斷面受阻達(dá)48%，水電通道內(nèi)的電廠參與市場(chǎng)受到較大限制。

本文所提的安全校核方案于2019年6月在該省現(xiàn)貨調(diào)電試運(yùn)行期間［15］正式投入運(yùn)行。對(duì)于省內(nèi)模型，進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備未來態(tài)工況分析并將110 kV及以下電壓等級(jí)電廠等值到220 kV變電站主變壓器高壓側(cè)，構(gòu)建涵蓋現(xiàn)貨各參與主體的精細(xì)化未來態(tài)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?；?duì)于省間聯(lián)絡(luò)線，將模型根據(jù)聯(lián)絡(luò)線落點(diǎn)關(guān)系擴(kuò)展至相鄰省級(jí)電網(wǎng)，完成模型拼接。基于此，完成現(xiàn)貨優(yōu)化出清和安全校核計(jì)算基礎(chǔ)模型搭建。在出清計(jì)算時(shí)，獲取最近時(shí)刻的國(guó)調(diào)QS文件，結(jié)合交換計(jì)劃總功率值計(jì)算各聯(lián)絡(luò)線支線功率計(jì)劃值。以2020年9月21日實(shí)際算例進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證以下3個(gè)方面結(jié)論。

1）電網(wǎng)模型精細(xì)化構(gòu)建。截取11：30時(shí)刻，相鄰省份電網(wǎng)運(yùn)行方式變化導(dǎo)致各聯(lián)絡(luò)線支路傳輸功率占比變化較多，由于傳統(tǒng)方案采用前一天聯(lián)絡(luò)線占比進(jìn)行支路潮流分配，導(dǎo)致各聯(lián)絡(luò)線支路功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較本文方案差，如表1所示。

表1 各聯(lián)絡(luò)線功率分布準(zhǔn)確性對(duì)比Table 1 Comparison of power distribution accuracy for each tie line

此刻，選取特高壓直流近區(qū)500 kV斷面A、水電送出500 kV斷面B、500 kV斷面C以及網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵卡口500 kV斷面D，在表2中比較了斷面實(shí)際潮流值、使用本文方案計(jì)算而得的斷面潮流值、使用傳統(tǒng)方案計(jì)算而得的斷面潮流結(jié)果?？梢钥闯?，由于對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率分布的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，本文所提方案有效提高了現(xiàn)貨優(yōu)化出清和安全校核的準(zhǔn)確性。

表2 安全校核的交直流潮流迭代準(zhǔn)確性對(duì)比Table 2 Comparison of AC-DC power flow iteration accuracy for security check

2）算法流程優(yōu)化。由于受用電負(fù)荷需求及電廠報(bào)價(jià)策略影響，斷面C出清結(jié)果在限額4 100 MW附近。采用本文提出的混合迭代算法流程，使得斷面潮流預(yù)測(cè)結(jié)果更加符合電網(wǎng)實(shí)際，釋放該斷面內(nèi)水電電量29.41 MW·h，減少了斷面C區(qū)域內(nèi)棄水。

3）輔助信息精確化分析。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，11：40時(shí)斷面C出現(xiàn)越限77 MW，需要調(diào)整出力，此時(shí)通過安全校核輔助信息模塊可知另外兩鄰近水電送出斷面?zhèn)溆帽容^充足，因此通過將2個(gè)斷面內(nèi)機(jī)組增加80 MW以及斷面C內(nèi)機(jī)組減少80 MW來消除越限情況。斷面的功率變化情況證明本文提供的區(qū)域割集斷面靈敏度和備用分析結(jié)果與實(shí)際符合。

6 結(jié)語

安全校核要全面分析電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)下的電網(wǎng)運(yùn)行安全水平，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的一道重要防線，也是保障市場(chǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。本文提出了適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的省級(jí)電網(wǎng)安全校核實(shí)現(xiàn)方案，通過對(duì)低電壓等級(jí)機(jī)組并網(wǎng)、聯(lián)絡(luò)線支路潮流計(jì)算、設(shè)備未來態(tài)工況分析來提高電網(wǎng)模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)，為了使市場(chǎng)出清能夠有效考慮電網(wǎng)的安全約束，整合了考慮靜、動(dòng)態(tài)的斷面限額計(jì)算、安全校核與市場(chǎng)出清計(jì)算流程，提高了現(xiàn)貨出清和安全校核的準(zhǔn)確性。此外，建立了設(shè)備與斷面以及斷面之間的關(guān)系，提出了對(duì)于區(qū)域割集斷面相關(guān)輔助信息的準(zhǔn)確算法。本文提出的安全校核方案在某省級(jí)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)取得了很好的應(yīng)用效果，可為國(guó)內(nèi)省級(jí)電力市場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供參考。

目前，兩級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的背景下，跨省區(qū)現(xiàn)貨交易頻繁，交易電量不斷提高，需要進(jìn)一步研究如何有效銜接兩級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)出清和安全校核算法和流程。