考虑电力现货市场的互联电网调度安全校核研究

段秦尉，潮 铸，唐旭辰，黄红伟，李 展

(1.广东电网电力调度控制中心,广东 广州 510080；2.北京清大科越股份有限公司,北京 100084)

0 引言

安全校核是针对电力调度分析以及电力调度与国家政策之间匹配程度的校验过程，主要包括电力系统安全稳定以及电力系统供需平衡和负荷预测等方面。电力系统安全稳定校核从时间尺度上划分为年、月、日、实时校核；从校核目的来分可以划分为检修校核、发电调度校核等；从执行方法划分包括自动校核和手动校核。在考虑现货市场交易背景下，大电网安全校核对于成交量至关重要。为此，本文对考虑现货市场的安全校核调度进行研究。

目前电力现货市场与调度的关系日益紧密，已有诸多文献对二者进行研究。文献[1]研究了现货市场下计及风光联合预测误差的经济调度；文献[2]分析了电力现货市场环境下的发电调控管理；文献[3]设计了适应高水电占比的电力现货市场机制；文献[4]研究了基于聚合节点的级联水电机组报价机制；文献[5]研究了电力现货市场环境下电能量市场解耦结算机制；文献[6]设计了现货市场过渡期的中长期电力市场交易机制。以上文献大多重点研究现货市场内部交易机制，而针对现货市场背景下调度计划、安全校核与市场出清的关系并未重点分析。

为此，本文分析了跨区互联电力市场出清与安全校核的主要流程以及出清模式，分析了安全校核与潮流断面之间的关系。提出了以新能源机组外送交易电力最大、总成本最低以及外送电力成本最低为目标的电力调度多目标优化模型，同时考虑安全校核约束，分析了考虑新能源的大电网多级安全校核流程，主要针对断面安全约束以及出清调度计划约束和新能源交易约束。

1 跨区互联电力现货市场出清与安全校核

现阶段，考虑水电、风电、光伏发电以及传统发电机组在内的多能源综合电力市场条件下，市场参与者能够对发电量进行自由交易。在跨省实时现货市场中，所有市场成员如满足市场运行条件以及安全校核条件均可进行自由报价。

跨省以及跨区域电力现货市场能够确定省间以及区间与中心交易节点的交易量。为确保交易结果符合安全校核范围，省间日前市场需要考虑省内最大可传输容量、最大可接受容量以及联络线功率。在省间交易过程中，考虑到电力系统的物理安全稳定运行约束，需要对负荷阻塞以及负荷削峰填谷等进行约束，可能会导致部分发电量过足省份的交易积极性下降，因此，需要避免省内日前市场出清在这样条件下的校验范围。需要协调省间市场以及省内市场在安全校核方面的出清结果。

安全校核主要完成各个时段电网运行计划和电网运行操作的安全校核。现货系统市场出清应至少满足静态安全校核的要求。静态安全校核功能是在给定的计划方式下，对电网进行静态安全方面的综合分析，包括基态潮流分析、静态安全分析和灵敏度分析等，确保最终生成的市场出清结果满足电网静态安全约束。跨区现货市场结构如图1所示。

图1 跨区现货市场结构

跨省交易需要首先确定市场出清结果，各省机组需要获得出清结果，同时满足省间发送电量，满足该出清结果。当出清结果不能满足时，需要削减相应中标比例较大的机组的发电量。同时在确定出清结果后，中标机组需要按照安全校核进行发电比例调整。调度中心负责控制联络线交换功率，同时需要确定省内以及省间出清交易的边界约束，满足系统安全稳定运行需求。在这种情况下，数据的传输以及报送都需要通过相应的跨省跨区交易系统进行安全校核。

随着电力市场改革以及现货市场的发展，机组的发电计划、负荷预测、机组检修计划以及联络线交换功率都与系统的断面潮流密切相关，断面潮流能够反映在某个时刻系统的运行状况，同时也是决定省间交易出清结果的重要依据。在实时电力市场以及现货电力市场模式下，节点边际电价能够反映电价的节点信息，同时能够反映相关的阻塞信息，这类信息主要依据潮流的断面分布。因此，提高潮流断面的安全校核是保证节点电价合理公平的有效手段。在市场环境下，申报基础的发电量比例越高，系统的安全校核任务更加重要，需要精准控制断面与机组以及机组与备用之间的潮流情况。

在现货市场运行中，潮流断面是分析调度以及市场关系的重要方式。断面额定值由电网运行方式和现货市场出清结果以及潮流计算结果进行匹配，由动态安全校核进行确定。因此，调度与潮流断面结果以及市场出清的关系如图2所示。

图2 安全校核与断面分析

2 考虑安全约束的调度计划多目标优化模型

2.1 目标函数

安全约束调度计划的目标函数为新能源机组外送交易电力最大、总运行成本最低以及外送电力成本最低，表达式为：

(1)

(2)

(3)

Ui,t为机组i在t时刻的运行状态；Pi,t为机组i在t时刻的有功出力；CSi为机组i的启停费用；ai、bi和ci为机组i的煤耗量特性常数；COi，t为机组申报价格；ΔPi,t为机组进行省间现货交易的申报出力。

2.2 约束条件

a.功率平衡约束。

要求系统各个时段发电和用电之间保持功率平衡，即

(4)

Dt为t时段的系统负荷需求。

b.机组出力约束。

(5)

c.机组爬坡约束。

机组在运行开启过程需要满足爬坡约束，即

RDi≤Pi,t-Pi,t-1≤RUi

(6)

RDi为下爬坡约束；RUi为上爬坡约束。

d.线路潮流安全约束。

(7)

e.断面潮流安全约束。

(8)

3 考虑含新能源的大电网多级安全校核

3.1 多级安全校核

电网调度与机组检修和计划停电等内容密切相关，多层级调度安全校核需要从长期工作安全入手，并且根据安全评估的年度和月度进行扩展，向短期实时和日内电力调度进行扩展，形成年度、月度、日前、日内及实时全系列多层级滚动的安全调度优化方案，使得电网调度能够在各种时间尺度内进行安全评估和综合预警，实现电力的安全稳定运行。多级校核结构如图3所示。

图3 多级安全校核时序

多级安全校核是针对电力系统潮流断面调度的多级滚动校核模式，能够根据不同时间尺度和计划运行维度进行安全分析。通过对年度、月度、日前、日内及实时等维度进行全方面优化得到最终确定的安全校核，有效提升电力系统调度的安全性和稳定性，同时针对新能源并网以及新能源发电具有较强的指导意义，且针对机组备用以及相关检修计划，可以通过多级校核进行流程确定。

3.2 断面安全校核

断面安全校核主要是针对大电网、跨区域互联线路之间的安全校核，同时针对区域内主要线路以及主要设备断面也可进行安全校核。安全校核是通过递归算法将多级优化问题转化为小规模子问题进行求解，同时需要针对求解断面进行多次搜索优化，主要流程如图4所示。

图4 断面安全校核流程

3.3 互联电网出清调度计划校核

考虑到大电网互联，需要扩展电能计划安全校核的广度和深度，增强日计划安全控制能力，在统一调度分级管理的模式下，利用分层分级校核方式，指导省网之间联络线路交换功率以及电网不同区域之间的机组计划和功率潮流转移。流程如图5所示。

图5 互联电网出清计划校核流程

3.4 新能源交易校核

调度指定新能源参与的交易区及设定交易总电力后，系统将自动进行交易电力的分配。在交易电力分配的过程中兼顾断面安全及全网调峰校核，交易分配流程如图6所示。

图6 新能源安全校核

4 案例分析

4.1 案例说明

选择联络系统作为仿真分析模型，验证本文提出的校核有效性。系统如图7所示，每区域含有3台机组。

图7 系统示意图

机组出力参考值如表1所示。

表1 机组初始功率

利用现货交易出清结果作为校核条件，其中典型日负荷曲线如图8所示。

图8 系统负荷需求

4.2 结果分析

利用本文的模型进行仿真，得到典型日跨区交易电量曲线如图9所示。

图9 交易曲线

通过线路潮流安全约束和断面潮流安全约束校核后，联络线交换功率如表2所示。

表2 发断面校核结果

各机组在申报时段1～4时内的申报数据如表3所示。

表3 机组申报数据

从上述结果来看，将大电网断面控制纳入安全校核后，断面潮流的越限情况明显降低，有利于维持系统间动态平衡。同时，交易电量曲线在夜间价格较低时增长较大，说明了利用节点价格的现货交易能够更好地反映日内的交易动态，有助于机组出力之间的平衡分配。

从交易的申报数据来看，交易机组A1的出力限值上限最大，其申报容量与机组A2的申报容量相同，而A2机组申报价格更低，则安全校核时优先匹配A2机组。B区域机组作为受让方申报电量较低，需要通过安全校核与A区域机组匹配。

从校核结果看，添加线路和断面功率校核有助于平衡区域间机组出力、联络线交换功率，能够提升系统稳定性。

5 结束语

本文提出了考虑电力现货市场交易的大电网安全校核模型。通过仿真分析说明了区域互联电力系统在进行现货交易时和断面的潮流情况。从结果分析来看，将大电网断面控制进行安全校核后，潮流越限概率有所降低，能够有效提升系统的稳定性。另外，机组在日内进行交易申报，能够有效撮合相应机组的发电出力匹配情况，进一步优化在传统调度机组上联络线功率偏差和控制问题。