日內現(xiàn)貨交易環(huán)境中智能發(fā)電調度系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

袁貴川1，李 榮1，李金龍1，何 川1，胡與非1，付鳳翔，劉 俊，高 也

(1.國網四川省電力公司，四川 成都 610041；2.國網信通產業(yè)集團四川中電啟明星信息技術有限公司，四川 成都 610094)

0 引 言

四川省內水電數(shù)量多[1-2]、裝機容量差別大，集中打捆送出和分散接入并網方式并存且約束復雜[3-4]，現(xiàn)貨交易調令計算及實時執(zhí)行難度大[5-11]。為此四川省電力公司開發(fā)了集成現(xiàn)貨交易執(zhí)行功能的智能發(fā)電調度系統(tǒng)。該系統(tǒng)讀取水電廠日內現(xiàn)貨交易出清結果，與調度員根據電網約束等調整后的發(fā)電計劃整合形成日內滾動計劃數(shù)值。系統(tǒng)根據當前發(fā)電調令自動生成新發(fā)電調令和日內滾動計劃，并與超短期負荷預測形成的滾動計劃區(qū)分自動過濾后，群發(fā)至各水電廠實時執(zhí)行。該系統(tǒng)已平穩(wěn)運行約1年，實現(xiàn)了日內現(xiàn)貨交易在發(fā)電側的實時執(zhí)行，增加富裕水電外送電量，促進水電消納，實現(xiàn)了發(fā)電調度自動化和現(xiàn)貨交易電量執(zhí)行的智能化。

1 日內交易模塊架構

1.1 智能發(fā)電調度系統(tǒng)

四川電網已有的智能發(fā)電調度系統(tǒng)，讀取日前發(fā)電計劃并自動下發(fā)至各個電廠。電廠可根據來水變化、設備非計劃停運情況、煤質等自身情況于當日申請調整發(fā)電計劃，經調度員批準后執(zhí)行。調度員也可根據電網約束、聯(lián)絡線變化和用電負荷變化等主動調整，形成日內發(fā)電計劃下發(fā)至各個電廠執(zhí)行。該系統(tǒng)同時讀取超短期負荷預測形成的日內滾動計劃，由AGC之外承擔偏差的電廠執(zhí)行，滾動平衡日內負荷或聯(lián)絡線偏差。

根據以上需求，日內發(fā)電調令分為4類[12]：1)執(zhí)行日前發(fā)電計劃，即按照日前發(fā)電計劃發(fā)電；2)設置上網出力，即調度員將發(fā)電計劃調整為固定值；3)調頻，根據需求發(fā)電，不產生考核電量；4)執(zhí)行日內滾動計劃，根據超短期負荷預測結果滾動計算發(fā)電計劃。

1.2 日內交易執(zhí)行流程

在規(guī)定的時間內，省調發(fā)布日內現(xiàn)貨交易信息，有參與日內交易意向的電廠通過交易平臺申報交易意愿。調度員進行有效性校核和安全性校核。有效性校核是防止發(fā)電廠申報出力超過自身發(fā)電能力上限，又分為電量校核與電力校核：

Pi0+Piw≤Pmax

(1)

(2)

式中：Pi0為電廠i的原發(fā)電計劃；Piw為意向電力；Pmax為最大發(fā)電能力；Qmax為最大電量能力。

安全性校核為考慮電網各斷面安全約束的穩(wěn)定限額，通過調整斷面內電廠申報出力值，使斷面內電廠日內交易后斷面功率仍不超過穩(wěn)定限額內：

(3)

省調將日內交易意向電力匯總后提交至國調，國調撮合交易后下發(fā)日內交易總量。省調將本省送出日內交易總量分配至相關電廠，并通過智能發(fā)電調度系統(tǒng)下發(fā)調令執(zhí)行。智能發(fā)電調度系統(tǒng)的目標為在現(xiàn)有發(fā)電調令基礎上，自動生成日內滾動發(fā)電計劃，該計劃自動納入交易出清結果(與通過超短期負荷預測生成的日內滾動計劃不同)，根據該計劃生成可執(zhí)行的發(fā)電調令并及時下發(fā)，確保交易結果實時執(zhí)行。根據需求，日內交易的日內滾動計劃和調令形成分為交易開始和結束兩個時間節(jié)點。交易實時性要求出清15 min內將新的調令下發(fā)，結束后15 min內也下發(fā)新調令，流程如圖1。

圖1 日內交易的執(zhí)行流程

1.3 日內交易數(shù)據交互

日內交易分為固定交易段和非固定交易段。固定交易段分為5個時間段(0：15-08：00、08：15-12：00、12：15-16：00、16：15-20：00、20:15-24：00)，非固定交易段為減少根據“三棄”(棄風、棄光、棄水)情況而臨時增加的交易段。

令日內交易開始執(zhí)行時刻為T，在T-15 min前，交易平臺將出清結果以規(guī)范化的文件格式發(fā)送至公用數(shù)據服務器，內容包含水電廠名稱、時刻、最大發(fā)電能力、出清電力，如圖2所示。

圖2 日內現(xiàn)貨交易數(shù)據交互文件格式

采用Kettle6 ETL工具自動解析并存儲數(shù)據文件，步驟如下：1)判斷公用數(shù)據服務器指定目錄中是否存在交互文件；2)獲取系統(tǒng)日期；3)清空存放當次交易數(shù)據交互文件明細的臨時數(shù)據表；4)通過ETL工具讀取交互文件每行數(shù)據并存入臨時表；5)臨時表過濾計算，通過最大發(fā)電能力、當前計劃以及出清電力過濾數(shù)據并將需執(zhí)行的出清電力數(shù)據存入正式表，若同一交易段有多筆交易將出清結果疊加；6)發(fā)電調令生成。流程如圖3所示。

1.4 出清策略自動下發(fā)

為避免日內現(xiàn)貨交易生成過多的調令增加調度員工作量，將日內滾動計劃疊加于上一條發(fā)電調令對應的計劃之上，生成新的發(fā)電計劃和發(fā)電調令并列表展示，由調度員確認后下發(fā)，新調令生成規(guī)則為：

1)上一交易段已參與交易、目前正執(zhí)行上一交易段出清結果，調令為“執(zhí)行日內滾動計劃”的電廠，繼續(xù)執(zhí)行該條調令，但跟蹤本時段新下發(fā)的日內滾動計劃值(該計劃值為原有發(fā)電計劃疊加出清電力)。

圖3 日內現(xiàn)貨交易接口交互ETL

2)上一交易段已參與交易、但因電網異?；蚬收系燃s束，未執(zhí)行“日內滾動計劃”調令的電廠，表示由調度員根據電網實際情況調整了發(fā)電計劃，則繼續(xù)執(zhí)行調度員調令，但生成本時段的日內滾動計劃(該計劃值為調度員調整后的計劃疊加出清電力)。

3)上一交易段未參與交易，目前執(zhí)行“日前發(fā)電計劃”的電廠，其日內滾動計劃值為日前發(fā)電計劃值疊加交易出清電力值，調令類型為“執(zhí)行日內滾動計劃”；調令時間為本交易段開始執(zhí)行時間，調度側默認勾選下發(fā)。

4)上一交易時段未參與交易，目前執(zhí)行“設置上網出力”的電廠，其日內滾動計劃值為上一條調令值疊加交易出清電力值，調令類型為“執(zhí)行日內滾動計劃”；調令時間為本交易段開始執(zhí)行時間，調度側默認勾選下發(fā)。

5)上一交易時段未參與交易，目前執(zhí)行“調頻”的電廠，調令不做調整。

交易生成的“日內滾動計劃”調令均自動備注為“日內交易”，區(qū)分已有的超短期負荷預測生成的日內滾動計劃類型，以便統(tǒng)計和結算。每條發(fā)電調令均有選擇、取消和修改選項，并提供全選、全部取消和批量修改功能，調度員可根據安全校核結果進行修改。同時具備一鍵下發(fā)至全部電廠的功能。交易出清界面如圖4所示。

1.5 下一階段調令策略

本時段交易結束即下一階段交易開始，交易出清電廠有所變化，生成調令不同。系統(tǒng)讀取當前發(fā)電調令和下一時段的出清結果綜合判斷，自動生成交易結束的發(fā)電調令：

1)目前“執(zhí)行日內滾動計劃”，如果下一交易時段不再參與交易，則新調令保持為該電廠的上一條調令，若上一條調令為“執(zhí)行日內滾動計劃”，則調令調整回“執(zhí)行日前發(fā)電計劃”，開始時間為本交易段結束時間。

2)目前未“執(zhí)行日內滾動計劃”，如果下一交易時段不再參與交易，則調令保持不變。

圖4 內現(xiàn)貨交易出清界面

1.6 數(shù)據過濾

為避免日內交易出清電力總量較小，而分配電廠較多導致大部分電廠分得的出清電力過小以致無法執(zhí)行的情況，根據多次實測結果，采取了按最大發(fā)電能力自動過濾數(shù)據的策略，確保下發(fā)調令能在實際生產中有效執(zhí)行。交易電量過小的電廠，本時段不下發(fā)調整計劃調令，其交易電量納入次日日前發(fā)電計劃，或將多次日內交易結果累加至可執(zhí)行電量，再進行滾動平衡。

令出清電力為Pcq，最大發(fā)電能力為Pnl，滿足以下條件中的任何一個，將結果自動過濾：

Pnl≤10 MW,且Pcq≤1 MW

(4)

10 MW

(5)

50 MW

(6)

300 MW

(7)

2 高級應用

2.1 最大發(fā)電能力校核

為防止交易前后通過主動調整發(fā)電計劃的方式搶占交易電量，系統(tǒng)增加了最大發(fā)電能力校核功能。令日內滾動計劃為Pgd,當前計劃為Pdq，校核方法為

Pgd=max(Pdq+Pcq,Pnl)

(8)

2.2 數(shù)據傳輸校核

由于日內交易執(zhí)行的實時性要求，一旦數(shù)據傳輸延遲或通道短時故障造成數(shù)據缺失，電廠側接收的發(fā)電計劃將無法反應交易結果，造成交易執(zhí)行偏差和考核電量，考慮如下兩種數(shù)據傳輸校核算法。

調令缺失：電廠側智能發(fā)電調度系統(tǒng)客戶端接收調令后，傳送回執(zhí)消息至調度主站服務器，服務器將接收時間和調令內容錄入數(shù)據庫。若未收到回執(zhí)，判定為通道異常重新下發(fā)調令。

日內滾動計劃未更新：服務端后臺程序定時抽取電廠側未來30 min的日內滾動計劃曲線進行校驗，若數(shù)據與主站曲線不匹配或者數(shù)據有缺失，觸發(fā)重新計算機制并更新電廠側日內滾動計劃數(shù)據。

2.3 交易統(tǒng)計

系統(tǒng)提供交易筆數(shù)、錄入時間、交易時段、調令下發(fā)情況以及已發(fā)調令統(tǒng)計功能，方便統(tǒng)籌掌握交易執(zhí)行情況，為調度員根據執(zhí)行結果修改發(fā)電調令提供輔助決策，統(tǒng)計界面如圖5所示。

3 應用分析

該系統(tǒng)已在2017年5月部署于四川省調，平穩(wěn)運行至今。截止目前，累計處理日內現(xiàn)貨交易結果127筆，下發(fā)交易出清調令73次，下發(fā)日內滾動計劃調令594次，發(fā)電側執(zhí)行日內滾動計劃調令時長累計約7250 h，增加清潔能源外送電量約230 GWh。

圖5 交易統(tǒng)計界面

全省發(fā)電量同比增加2 871.2 GWh，其中日內現(xiàn)貨交易占比20.77%。由于日內交易首年開展，2017年10月21日至11月21日期間，申報棄水的電廠由去年的1958次下降為1296次，同比下降33.8%。運行實踐表明該系統(tǒng)有效減少了棄水。

4 結 語

介紹了四川省調日內現(xiàn)貨交易生成日內滾動計劃的流程、安全校驗的原理以及發(fā)電調令生成策略。日內現(xiàn)貨交易的實時執(zhí)行，實現(xiàn)了清潔能源的增量外送，提高了外送通道利用率和電網經濟性，有效促進清潔能源消納，改善了電能結構。隨著電力體制改革以及調度工作相關要求的提升，未來將從3個方面開展系統(tǒng)性能的提升工作：1)電力調度精益化要求的提升對調度員關于水情的掌握提出了更高的要求，后續(xù)將在智能發(fā)電調度系統(tǒng)中集成水情模塊，根據電廠下泄流量要求、水位情況以及來水情況綜合分析，得出電廠最佳出力以及上下游匹配方式以指導精益化調度工作。2)考慮到日內現(xiàn)貨交易的經濟屬性，后續(xù)將開發(fā)基于該系統(tǒng)歷史數(shù)據的數(shù)據分析功能。通過整合日內現(xiàn)貨交易成交量、價格、時間段、季節(jié)等因素，分析其相互耦合關系，實時判斷影響當前日內現(xiàn)貨交易成交的關鍵因素，在申報跨省跨區(qū)交易中提供指導。3)隨著電力市場改革的不斷推進，省內電廠日內現(xiàn)貨交易將會提上日程，根據這一需求進一步完善系統(tǒng)功能，為省內日內現(xiàn)貨交易做好系統(tǒng)保障。