新型電力系統電力電量平衡調度問題的思考
新型電力系統電力電量平衡調度問題的思考
劉映尚，馬騫，王子強，李鵬，劉春曉
【資料圖】
（中國南方電網電力調度控制中心）
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，電力系統的電力電量平衡特性、分析方法和應對策略都將發生重大改變。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劃布局電源、科學安排運行方式的基礎，被認為是構建新型電力系統的前置問題與核心問題。現有研究中，對新能源多出力場景下的分析結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果與調度策略的優化迭代過程尚缺少統籌，需要對新能源多出力場景、各時間尺度下分別構建的模型進行有效的協同求解，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、遞進優化的電力電量平衡分析方法與調度優化策略。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。以某電網的新能源高占比規劃場景為例，對該系統中的電力電量平衡分析與調度策略優化問題進行了年、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度機構開展電力電量平衡工作面臨的新問題與新挑戰，提出了調節資源協同配置、發電機組檢修策略調整、送受電策略調整及配套電力市場機制建設等建議措施。
3 論文重點內容
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電計劃。日電力電量平衡的常見優化目標為限負荷最小、棄電量最小及發電(購電)成本最優。
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、水庫調用計劃等。優化目標可描述為月內各時段供應與消納能力的最大化以及各時段的調節能力均衡。由于檢修、送受電、水電運用等多項策略同時優化的計算量過高，通常進行分步優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
調度機構開展年度以上電力電量平衡主要基于給定的規劃電源方案測算系統的供應與消納指標，并進一步提出電源與電網建設方案的優化調整措施。平衡分析的目標函數可簡化為以最小的電源建設進度調整量為代價，補償全年供應與消納缺口。
5. 多場景分析協同與策略制定
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，并根據可接受程度，計算最小調整代價的調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果。結果顯示，最終檢修計劃已無明顯豐枯期規律，與新能源出力有一定相關性。目標策略下該系統的正、負備用均較緊張，系統調節能力已顯不足。
圖1 某電網多類場景下的盈虧分布情況
圖2 新型電力系統和傳統電力系統檢修安排對比
(2) 周運行方式安排
新能源大幅度波動時，各省間可能出現互補性的電力電量平衡缺口，此時應將省間送受電調整作為優先調整手段，這也是多場景模擬測算中頻繁出現的問題。省間送受電計劃執行情況對比下圖所示。
圖3 省間送受電計劃執行情況對比
(3) 日運行方式安排
新能源日內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，需要運用需求側響應、備用市場邀約等策略，綜合使用調節性資源，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 某極端日短期調度運行安排
7. 應對措施
① 發展季節性儲能
② 建設保證長期發電容量充裕度機制
③ 電力需求側響應的更廣泛應用
④ 建設適合靈活資源的能量與輔助服務市場
⑤ 發電機組檢修策略優化調整
4 結論
本文提出的按時間尺度逐層分解、遞進優化并協同求解的電力電量平衡分析方法與調度優化策略，實現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。
針對調度機構保供應、保消納的目標，結合各時間周期上不同調度策略的可調節范圍，提出了多場景生產模擬測算結果的統籌決策原則，可作為當前展望新能源較高占比場景中電力電量平衡調度問題及超前制定調度對策的基礎。
對規劃場景的全景模擬分析，揭示了新型電力系統調度運行中將面臨的季節性平衡不均、調節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面臨的電力電量平衡問題，提出了配置多種類型調節性資源、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。
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