胡曉飛
(國網(wǎng)安徽省電力公司,安徽 合肥 230022)
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大規(guī)模大用戶直購電模式下電網(wǎng)安全校核體系及方法研究
胡曉飛
(國網(wǎng)安徽省電力公司,安徽 合肥 230022)
大用戶直購電規(guī)模日趨擴(kuò)大給電網(wǎng)調(diào)度安全運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn),開展大規(guī)模大用戶直購電模式下的電網(wǎng)安全校核是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要手段。以發(fā)電計(jì)劃單元交易電量合同及計(jì)劃電量的總量為基礎(chǔ),構(gòu)建機(jī)組調(diào)峰能力校核、機(jī)組減排約束校核和電網(wǎng)阻塞校核等3個(gè)安全校核指標(biāo)形成安全校核體系,并通過年度安全校核和月度安全校核來實(shí)現(xiàn)安全校核。連續(xù)2年的調(diào)度生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐表明,該安全校核體系和方法確保了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)了大用戶直購電規(guī)模的擴(kuò)大。
大用戶直購電;安全校核;調(diào)峰能力;節(jié)能減排;電網(wǎng)阻塞
為充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用,促進(jìn)電力用戶和發(fā)電企業(yè)開展大用戶直購電,2013年國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于2013年深化經(jīng)濟(jì)體制改革重點(diǎn)工作意見的通知》[1](國發(fā)[2013]20號(hào)),把“推進(jìn)大用戶直購電和售電側(cè)電力體制改革試點(diǎn)”作為推進(jìn)電力體制改革的重要內(nèi)容。之后安徽省電力公司被選為大用戶直供電試點(diǎn)省份[2],并于2014年建成電力交易平臺(tái),具備了開展多買方、多賣方的集中直接交易的條件,同年安徽大用戶直接交易達(dá)到52×108kWh。2015年3月15日,中共中央國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》[3](中發(fā)[2015]9號(hào)),新一輪的電力市場(chǎng)化改革正式啟動(dòng),大用戶直購電的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大,2015年安徽大用戶直購電交易已達(dá)到了178×108kWh。大規(guī)模大用戶直購電的推進(jìn),一方面讓電力用戶分享到改革的紅利,但另一方面也對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來新的挑戰(zhàn),安全校核將作為調(diào)度機(jī)構(gòu)在市場(chǎng)化環(huán)境下保障電網(wǎng)安全的重要手段日顯突出[4-6]。
然而與大用戶直購電規(guī)模的日趨擴(kuò)大相比,目前國內(nèi)沒有市場(chǎng)成員廣泛認(rèn)可的安全校核規(guī)則,因此調(diào)度機(jī)構(gòu)也缺乏相應(yīng)操作依據(jù)。與此同時(shí)隨著交易電量的增加,交易電量在機(jī)組年度發(fā)電量中的比例越來越大,將改變電網(wǎng)潮流分布,引起設(shè)備重載、滿載及新的網(wǎng)絡(luò)斷面產(chǎn)生,造成電網(wǎng)安全裕度下降,迫切需要借鑒日前量化安全校核的經(jīng)驗(yàn)來推動(dòng)中長期安全校核,實(shí)現(xiàn)中長期安全校核由經(jīng)驗(yàn)校核向量化校核轉(zhuǎn)變,從而提高安全校核的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。此外,大用戶直購電模式下的安全校核還要考慮調(diào)度機(jī)構(gòu)承擔(dān)的“三公”調(diào)度、節(jié)能減排等多重職責(zé),需將計(jì)劃體制下的安全校核內(nèi)容擴(kuò)展到“三公”調(diào)度、節(jié)能減排等方面。
針對(duì)國內(nèi)大規(guī)模大用戶直購電的安全校核沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,本文提出利用調(diào)峰能力校核、節(jié)能減排校核和電網(wǎng)阻塞校核構(gòu)成大用戶直購電安全校核體系,并通過年度安全校核和月度安全校核來實(shí)現(xiàn)。
1.1 調(diào)峰能力校核
按照華東能監(jiān)局下發(fā)的《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則(試行)》[7]及《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則(試行)》[8]要求,為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組必須提供一次調(diào)頻、基本調(diào)峰、基本無功調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)。大規(guī)模雙邊交易將提升部分發(fā)電機(jī)組發(fā)電量及發(fā)電小時(shí)數(shù),可能導(dǎo)致該部分機(jī)組調(diào)峰能力下降,影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定,因此大規(guī)模雙邊交易電量的增加不能以降低發(fā)電機(jī)組調(diào)峰能力為前提。
調(diào)峰能力包括年度調(diào)峰能力校核和月度調(diào)峰能力校核。年度調(diào)峰能力校核指的是發(fā)電計(jì)劃單元完成年度計(jì)劃電量時(shí),其年度可調(diào)利用率與全網(wǎng)平均可調(diào)利用率偏差絕對(duì)值以小于5%為標(biāo)準(zhǔn),可按式(1)計(jì)算:
×100%≤5%
(1)
式中:λi為發(fā)電計(jì)劃單元年度可調(diào)利用率偏差;Qi、Si分別為第i個(gè)發(fā)電單元年度發(fā)電量和額定容量;ti為第i發(fā)電單元年度檢修時(shí)間;m為發(fā)電單元數(shù)。
通常對(duì)于年度交易電量,需要分配到月度,機(jī)組的月度調(diào)峰能力也需要進(jìn)行安全校核。月度調(diào)峰能力校核包括次月調(diào)峰能力校核和年內(nèi)滾動(dòng)調(diào)峰能力校核,分別如式(2)和式(3)所示:
×100%≤5%
(2)
×100%≤5%
(3)
月度調(diào)峰能力校核和年內(nèi)滾動(dòng)調(diào)峰能力校核標(biāo)準(zhǔn)同樣以月度可調(diào)利用率、年內(nèi)滾動(dòng)可調(diào)利用率與全網(wǎng)平均可調(diào)利用率偏差絕對(duì)值小于5%為依據(jù)。之所以還需要開展年內(nèi)滾動(dòng)調(diào)峰能力安全校核,是因?yàn)橛捎谪?fù)荷的變化及機(jī)組異常等其它情況的出現(xiàn),調(diào)度部門為了滿足“三公”調(diào)度的要求,需要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,滾動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組年度發(fā)電計(jì)劃安排。
1.2 節(jié)能減排校核
電力是國家的能源基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),我國發(fā)電裝機(jī)構(gòu)成中,火電占比高,每年消費(fèi)的煤炭約占全國煤炭消費(fèi)總量的一半,電力工業(yè)已成為我國節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域,為此國務(wù)院辦公廳頒布了《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》(國辦發(fā)[2007]53號(hào))等一系列文件,指導(dǎo)電力企業(yè)開展電力節(jié)能減排工作。表1和表2分別是安徽省調(diào)2016年燃煤機(jī)組平均供電煤耗及SO2、NOx和煙塵排放量。
表1 安徽省內(nèi)燃煤電廠供電煤耗
表2 燃煤電廠污染物排放量
由表1和表2可見,大容量機(jī)組在供電煤耗率、SO2、NOx以及煙塵等煙氣污染物排放等方面的指標(biāo),具有明顯的優(yōu)越性。為落實(shí)國家節(jié)能減排政策,提高整個(gè)社會(huì)效率,促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的節(jié)能減排水平,要求大機(jī)組的年度發(fā)電小時(shí)數(shù)(年度所有合同及計(jì)劃電量)要高于小機(jī)組的年度發(fā)電小時(shí)數(shù),為此構(gòu)建節(jié)能減排指標(biāo),進(jìn)行節(jié)能減排安全校核。節(jié)能減排約束校核指標(biāo)指的是當(dāng)發(fā)電計(jì)劃單元完成年度所有合同及計(jì)劃電量,其發(fā)電利用小時(shí)數(shù)按機(jī)組容量大小呈正序分布,如式(4)所示:
(4)
式中:Q100,i、Q60,j、Q30,k分別表示1 000 MW、600 MW和300 MW級(jí)別發(fā)電機(jī)組年度發(fā)電量,包括交易合同電量和計(jì)劃電量;S100,i、S60,j、S30,k分別表示1 000 MW、600 MW和300 MW級(jí)別發(fā)電機(jī)組容量。
1.3 電網(wǎng)阻塞校核
大規(guī)模大用戶直購電的推進(jìn),必然造成電網(wǎng)潮流分布的不均,可能造成電網(wǎng)的阻塞、輸變電設(shè)備的重載甚至過載,因此需要開展電網(wǎng)阻塞校核。為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,電網(wǎng)阻塞校核以電網(wǎng)各斷面基態(tài)潮流均不超過穩(wěn)定限額的90%為標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)阻塞校核包括年度阻塞校核和月度阻塞校核。對(duì)于年度電網(wǎng)阻塞校核,由于次年電網(wǎng)輸變電設(shè)備停電檢修、改擴(kuò)建、新建以及8760時(shí)段負(fù)荷預(yù)測(cè)存在一定的不確定性,因此將年度電量轉(zhuǎn)化成年度電力后,進(jìn)行潮流計(jì)算分析及電力安全校核的精確性值得商榷,故對(duì)于年度交易合同電量,僅進(jìn)行電量校核。年度電網(wǎng)阻塞安全校核可采用電網(wǎng)阻塞區(qū)內(nèi)所有火電機(jī)組年度總電量計(jì)劃要低于阻塞區(qū)內(nèi)火電機(jī)組年度最大可發(fā)電量為標(biāo)準(zhǔn),可用式(5)表示:
(5)
式中:PDmax表示阻塞區(qū)內(nèi)平均最大用電負(fù)荷;PL表示阻塞區(qū)通道輸送能力;PC表示清潔能源平均負(fù)荷;fi表示阻塞區(qū)內(nèi)火電機(jī)組平均負(fù)荷率;n表示阻塞區(qū)內(nèi)火電機(jī)組臺(tái)數(shù)。
對(duì)于月度電網(wǎng)阻塞校核,一般來說,次月的輸變電設(shè)備檢修情況及次月的負(fù)荷預(yù)測(cè)已具有較高的精度,因此有必要開展電力安全校核。月度電力安全校核即將機(jī)組的月度計(jì)劃電量和合同電量分解成日發(fā)電負(fù)荷曲線,并結(jié)合次月的發(fā)輸變電檢修計(jì)劃及負(fù)荷預(yù)測(cè)形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行潮流計(jì)算分析和安全校核計(jì)算。月度電力安全校核同樣以電網(wǎng)各斷面基態(tài)潮流均不超過穩(wěn)定限額的90%為標(biāo)準(zhǔn)。
2.1 年度安全校核流程
年度安全校核流程如圖1所示。
圖1 年度安全校核流程
年度安全校核由交易中心提供發(fā)電企業(yè)和大用戶的雙邊交易和集中交易結(jié)果,由調(diào)控中心確定年度發(fā)電設(shè)備檢修計(jì)劃、年度輸變電設(shè)備停電計(jì)劃、跨區(qū)跨省交直流通道輸送能力和電網(wǎng)穩(wěn)定限額,從而最終完成年度電量計(jì)劃安全校核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
對(duì)于調(diào)峰能力校核,若發(fā)電計(jì)劃單元年度可調(diào)利用率偏差超過5%,計(jì)算極限交易電量,即按該機(jī)組可調(diào)利用率偏差與系統(tǒng)其它機(jī)組平均可調(diào)偏差利用率5%計(jì)算出年度極限交易電量,為安全校核結(jié)論提供量化輔助決策信息。
對(duì)于節(jié)能減排校核,若網(wǎng)內(nèi)大小機(jī)組發(fā)電利用小時(shí)數(shù)出現(xiàn)倒掛,以不超過上一等級(jí)容量平均發(fā)電利用小時(shí)數(shù)計(jì)算極限交易電量,為安全校核結(jié)論提供量化輔助決策信息。
對(duì)于電網(wǎng)阻塞校核,若阻塞區(qū)內(nèi)所有火電機(jī)組年度總電量計(jì)劃高于阻塞區(qū)內(nèi)火電機(jī)組年度最大可發(fā)電量,給出極限交易電量。
通過安全校核的年度直接交易結(jié)果的發(fā)電機(jī)組,需要剔除相應(yīng)的發(fā)電容量,不再對(duì)這部分剔除容量分配計(jì)劃電量;交易發(fā)電容量后的剩余發(fā)電容量,按照“三公”調(diào)度原則參與本地區(qū)計(jì)劃電量分配。發(fā)電機(jī)組剔除容量如式(6)所示:
(6)
2.2 月度安全校核流程
月度安全校核流程如圖2所示。
圖2 月度安全校核流程
月度安全校核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同樣由交易中心和調(diào)控中心提供,基本數(shù)據(jù)包括各機(jī)組單元發(fā)電計(jì)劃安排、電力用戶月度總用電量、電力用戶月度典型用電負(fù)荷曲線、次月發(fā)輸變電檢修計(jì)劃、跨區(qū)跨省交直流通道輸送能力和電網(wǎng)穩(wěn)定限額。
月度電網(wǎng)阻塞安全校核需要計(jì)算次月每一日早高峰、晚高峰、低谷以及腰荷4個(gè)典型運(yùn)行方式。進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算分析和N-1靜態(tài)安全分析,以各斷面基態(tài)潮流均不超過穩(wěn)定限額的90%時(shí)為要求;并滿足在N-1元件開斷后,其他元件不超過規(guī)定的過負(fù)荷和電壓偏差要求。
在主要發(fā)輸變電設(shè)備未發(fā)生變化且負(fù)荷特性較平穩(wěn)時(shí),可以選擇某一日代表多日作為典型運(yùn)行方式。
3.1 邏輯架構(gòu)
基于大用戶直購電模式下的安全校核邏輯架構(gòu)如圖3所示。
圖3 安全校核邏輯架構(gòu)流程
圖3為大規(guī)模直購電模式下的中長期發(fā)電計(jì)劃安全校核和量化評(píng)估的功能。數(shù)據(jù)源包括:①發(fā)電廠基數(shù)電量、合同電量;②年度及月度負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù);③年度及月度發(fā)輸變電設(shè)備檢修計(jì)劃;④省際聯(lián)絡(luò)線電量交換計(jì)劃及限額;⑤電網(wǎng)設(shè)備、斷面穩(wěn)定限額。
3.2 安全校核方法
3.2.1 多線程數(shù)據(jù)共享
靜態(tài)安全分析需要進(jìn)行N-1故障掃描,當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模比較大時(shí),開斷故障集數(shù)量較大,詳細(xì)的開斷潮流分析需耗時(shí)大量時(shí)間。一般來說,只有少量嚴(yán)重故障才會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行安全。本文采用基于直流潮流模型的快速篩選和對(duì)可疑故障的詳細(xì)潮流計(jì)算,并對(duì)這兩個(gè)流程進(jìn)行多線程并行計(jì)算。多線程數(shù)據(jù)共享示意圖如圖4所示。由于開斷故障均是在同一個(gè)基態(tài)斷面下模擬開斷故障,因此可共享數(shù)據(jù)集。如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果集、導(dǎo)納陣、B′和B″因子表、B′逆矩陣、設(shè)備潮流結(jié)果等。線程私有數(shù)據(jù)集則有開斷故障、設(shè)備潮流等??晒蚕頂?shù)據(jù)集在創(chuàng)建多線程之前就由該進(jìn)程創(chuàng)建,被多線程共享,只能讀取,不能修改。對(duì)于線程私有數(shù)據(jù)集,在創(chuàng)建線程時(shí)創(chuàng)建專屬于每個(gè)線程的私有數(shù)據(jù)集副本分配給多線程,使得多線程計(jì)算時(shí)不存在資源沖突的問題。
圖4 多線程數(shù)據(jù)共享示意圖
機(jī)組名稱容量/MW基本電/104kWh直購電/104kWh代發(fā)/104kWh檢修天數(shù)/dA電廠5機(jī)10504191009060046B電廠1-2機(jī)132053220010900094C電廠1-2機(jī)1260471500128000-4000040D電廠5-6機(jī)126052960088400750050E電廠1-2機(jī)132047880017283085F電廠1-2機(jī)13205806005000060G電廠3-4機(jī)1260602300117003500065H電廠1-2機(jī)1320599300130004800029I電廠1-2機(jī)1320560400280001500046J電廠1-2機(jī)128049260014132760K電廠1機(jī)63018140015200026L電廠1-2機(jī)12605851002639197M電廠1-2機(jī)1260509100700252000050N電廠5-6機(jī)6402797004000351-2機(jī)6402760004000-110000O電廠3-4機(jī)6402760004000-480000P電廠1-2機(jī)640230400208600121Q電廠1-2機(jī)64021050010460022001041-2機(jī)66028380035R電廠3-4機(jī)66015260019481574S電廠1-2機(jī)640277500980032T電廠3-4機(jī)64026740037U電廠1-2機(jī)70038500078V電廠1-2機(jī)6602916003000721-2機(jī)640284100100080W電廠3-4機(jī)60026700080X電廠5-6機(jī)700324900100001000056
3.2.2 基于拓?fù)涮卣麝P(guān)聯(lián)性分析的數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)
月度電網(wǎng)阻塞校核的基礎(chǔ)斷面會(huì)隨著負(fù)荷變化、發(fā)電計(jì)劃、檢修計(jì)劃等發(fā)生運(yùn)行方式的變化。盡管負(fù)荷、發(fā)電機(jī)功率變化比較大,但短時(shí)間內(nèi)發(fā)生設(shè)備檢修或投運(yùn)導(dǎo)致拓?fù)浞绞桨l(fā)生變化的概率較小。具有相同電網(wǎng)拓?fù)涮卣鞯臄嗝妫谶M(jìn)行靜態(tài)安全分析過程中許多計(jì)算數(shù)據(jù)是完全相同的,能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的復(fù)用,從而減小計(jì)算量,實(shí)現(xiàn)計(jì)算速度的提高。經(jīng)分析,可以在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?、?jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣、因子表、N-1故障集、直流潮流計(jì)算用B′逆陣相同等方面實(shí)現(xiàn)斷面間計(jì)算數(shù)據(jù)的復(fù)用。通過實(shí)現(xiàn)計(jì)算數(shù)據(jù)的復(fù)用,可以減少計(jì)算量,進(jìn)而提高計(jì)算速度。
安徽2015年實(shí)現(xiàn)了72筆雙邊交易和24筆集中交易的大用戶直購電安全校核,總交易電量達(dá)到了178.4×108kWh,其中雙邊交易電量161.3×108kWh,集中交易總電量26.16×108kWh,表3給出了發(fā)電企業(yè)與電力雙用戶初步達(dá)成的雙邊交易情況。
分別進(jìn)行調(diào)峰能力校核、節(jié)能減排校核以及電網(wǎng)阻塞校核,結(jié)果如表4所示。
表4 安全校核結(jié)果
本文提出的針對(duì)大規(guī)模大用戶直購電的中長期安全校核體系及方法已在安徽電網(wǎng)實(shí)際生產(chǎn)中成功應(yīng)用,確保了安徽電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,促進(jìn)了大用戶直購電工作的開展。安徽公司作為國家電網(wǎng)公司3個(gè)大用戶直購電試點(diǎn)省份,開發(fā)的安全校核技術(shù)支持系統(tǒng)為大規(guī)模大用戶直購電模式下的安全校核提供了有力的技術(shù)支持,具有很強(qiáng)的通用性及推廣性。下一步將針對(duì)大規(guī)模直購電交易電量分解到日發(fā)電計(jì)劃仍然比較粗放的為問題,研究大規(guī)模交易電量優(yōu)化分解到日發(fā)電計(jì)劃安排技術(shù),建立考慮大規(guī)模直購電交易電模式下的日計(jì)劃發(fā)電編制規(guī)則,使中長期安全校核更加精細(xì)化,以便適應(yīng)中長期電力市場(chǎng)發(fā)展的需要。
[1] 國務(wù)院. 關(guān)于2013年深化經(jīng)濟(jì)體制改革重點(diǎn)工作意見的通知(國發(fā)[2013]20號(hào))[A].2013.
[2] 安徽省能源局,安徽省物價(jià)局,華東監(jiān)管局. 關(guān)于印發(fā)安徽省電力用戶與發(fā)電企業(yè)直接交易規(guī)則的通知(皖能源電力〔20144〕188號(hào))[A].2014.
[3] 中共中央、國務(wù)院. 關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號(hào))[A].2015.
[4] 張粒子,陳之栩,舒 雋,等.東北區(qū)域市場(chǎng)中長期交易安全校核改進(jìn)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2007,31(8):95-99.
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Reach on Power Network Security Correction Index System and Method for Massive Large User Direct Purchaser of Ecectricity
HU Xiaofei
(State Grid Anhui Electric Power Co.,Ltd.,Hefei,Anhui 230022, China)
Power system security and stability have been challenged by development of massive large user direct purchaser of ecectricity. Power network security correction is useful to ensure power system security and stability. Basic on total quantity of electrical trade power and electrical plan power, security correction index system has been established. It cludes peak load capability security correction, energy-saving and emission-reduction security correction, power network congestion security correction. It can be actualized through yearly security correction and monthly security correction. The effection of security correction index system and method has been testified by two years power system opration. It is helpful to promote the scale promotion of large user direct purchaser of ecectricity.
large user direct purchaser of ecectricity; security correction; peak laod capability; energy-saving and emission-reduction; power network congestion
TM73
A
1004-7913(2017)06-0025-05
胡曉飛(1961),男,高級(jí)工程師,從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行管理工作。
2017-02-29)