电力市场改革下南方电网调度运行面临的技术挑战与发展方向

近年来,我国电力行业正经历一场深刻的变革。不断深化的市场化改革给电网调度运行带来了新的严峻挑战。南方电网所辖五省区,是我国电力市场改革的最前沿。市场化改革的不断深入,正改变着南方电网调度运行业务。为此,本文介绍了国外主要电力市场在调度运行管理方面的成功经验,深入分析了当前新环境下电网调度运行所面临的变化和多重挑战,在此基础上系统提出了支撑市场化发展的调度运行关键技术体系,最后结合南方电网发展实际,探讨了南方电网市场环境下亟需开展的技术储备。

响应电网频率的电车充电站分层实时调度

针对充电站内大量电动汽车负荷的实时调度问题,提出了一种分层式的实时调度策略,分别以充电站效益、指导功率追踪以及综合考虑效益和追踪三种方案作为上层优化目标,采用粒子群算法进行寻优得到充电站负荷的优化值.基于上层优化的结果,提出基于用户充电需求紧迫程度并计及电网实时频率的充电功率分配方法为电动汽车制定充电方案.最后通过算例验证了该分层实时调度策略的有效性,能够在满足电动汽车充电需求的基础上,满足充电站与电网的经济运行.

基于广义向后差分方法的电力调度自动化AVC闭环控制方法

目前提出的电力调度自动化AVC闭环控制方法控制有效率低,电力调度数据信号接收程度差。利用广义向后差分方法稳定电力调度数据状态,同时标定新的电力调度数值,转变数值获取模式,强化内部电网运行机制调控手段,实现对电力调度系统的数据调整操作。选用广义向后差分方法对电力调度自动化AVC闭环控制信息进行系统处理,判断在不同的运算环境下的电力调度信息控制能力。实验结果表明,基于广义向后差分方法的电力调度自动化AVC闭环控制方法控制有效率高,电力调度数据信号接收程度较好。

基于边缘计算的高渗透率微电网并行分布式优化经济调度

基于边缘计算的框架提出了一种并行分布式优化方法,用于求解含有海量可再生能源的微电网的复杂优化经济调度问题,有效提升问题求解效率。该方法中边缘节点只与邻居节点交换信息,降低通信复杂度,同时,各个节点并行求解,突破“组合爆炸”的束缚,提高求解效率,多次迭代即可得到全局最优解。其次,在含海量可再生能源的微电网中,构建运行成本最小优化调度模型,用提出的方法对大规模优化模型进行求解。仿真结果表明,与标准ADMM相比,在相同精度下,所提方法的迭代次数仅为ADMM的二分之一甚至更少。海量可再生能源输出功率波动时,分布式电源的增量成本趋于一致,表明微电网与上级电网互动调控后,所提方法能够使得微电网稳定运行,同时实现成本最小化。

耦合调峰与通航需求的梯级水电站群短期多目标优化调度的MILP方法

电网调峰任务与河道通航需求间的矛盾是水电航运梯级调度时所面临的突出问题,区间回水的顶托作用增大了该问题的复杂性。建立考虑回水影响的梯级水电站群短期多目标优化调度的混合整数线性规划模型,模型以剩余负荷平均距与下游尾水位平均距最小为目标,在将非线性约束通过函数聚合后,利用六面体栅格化技术与第二类特殊有序集约束方法实现该约束的线性化。利用法线边界交叉方法对模型进行求解。算例结果表明,所提方法可以充分计及回水顶托的影响,兼顾调峰与通航需求,高效求解多目标调度问题并获得较理想的结果。

面向需求响应市场的柔性负荷调度方法研究

为保障新能源的充分消纳和电力系统的安全性及可靠性,需要更多的灵活性资源参与调度,以市场化手段制定负荷聚合商等新型主体的调度运行机制,充分发挥其调节能力,对新型电力系统的建设和发展具有重要意义。从参与主体、准入条件、响应规则和补偿规则4方面分析了目前柔性负荷参与需求响应现状,根据负荷控制场景下的调频及调峰需求,构建柔性负荷优化调度模型。按照目前大部分省市所应用单边报量报价的模式,以“价格优先、容量优先”竞价原则,决定补贴价格及各负荷主体响应量。利用包括独立负荷及负荷聚合商在内的5000个柔性负荷规模系统测试调度优化速度,测试表明模型满足需求响应市场下快速高效调整负荷的需求。

基于数据融合的数字化电网调度指挥和管控平台

为实现电网业务数字变革,提出了基于数据融合的数字化电网调度指挥和管控平台建设。首先分析了电网调度数字化的内在需求和驱动力。提出了基于数据融合的电网调度数字化指挥平台,分析了平台构建目标,提出了平台架构体系,并根据平台特点,说明了解决信息孤岛、提升共享数据服务、模块化应用等功能。以透明调度指挥模式为特色,提出了数字化指挥平台的实施过程。最后利用某地区平台实施效果对比,说明了指挥平台的有效性。

智能配电网层次化保护控制系统

具有交互和自愈特征的智能配电网使配电网的保护控制系统面临新的挑战,对此探讨了智能配电网的层次化保护控制系统,该系统可通过主站层、区域层、终端层之间层次化的协调配合,实现配电网故障时准确的定位、隔离和快速网络重构,提高配电网供电可靠性。研究了负荷开关条件下的故障快速隔离方法,该方法由跳闸判据和故障隔离判据构成,能瞬时切除故障,以最小范围顺序隔离故障区域,满足相应的选择性和灵敏度要求。同时,还分析了配电网区域备用电源自动投入方法,通过与分布式配电终端的配合,实现配电网故障处理后的快速自愈。

基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法

随着中国经济的快速发展,电力需求不断增加,作为中国第一大清洁能源,水电得到大规模集中投产,形成了复杂的大规模水电系统。然而,梯级电站数目增加、众多水力电力约束和时效性的调度需求使得短期水电优化调度面对严重的“维数灾”挑战。因此,提出一种基于分段负荷构建策略的梯级水电短期优化调度方法。首先,从梯级水电站调节性能,所处位置及承担任务等角度,制定出调节电站的选取规则;然后,给出将复杂的原始负荷划分为2个子负荷过程的方法,得到时间降尺度的分段负荷过程和频繁波动的剩余负荷过程;最后,给出调整方法,结合粒子群算法在不同阶段进行遍历寻优,找到目标最优时的负荷划分过程。以中国西南某流域7座梯级水电站为研究对象采用成熟的粒子群算法进行汛枯期典型日的模拟计算,结果表明所提的分段负荷构建策略能够有效降低求解复杂度,合适的分段数目能够在保证解质量的情况下提高求解效率。同时,该方法极大程度地减小了辅助电站的出力波动,这对降低调度难度、减少机组损耗有很大的帮助。因此,所提方法能够给大规模梯级水电短期调度求解困难的解决提供借鉴,具备很好的实用价值。

基于CIM/SVG的电力系统图模数据融合技术

针对调度主站和电网GIS平台图模数据源不统一、图模规范不一致,导致电力系统输变配拓扑无法贯通及图模维护工作量大的问题,提出了一种基于CIM/SVG的电力系统图模数据融合技术。依据图模交互规范梳理图模校验规则,采用CIM解析图模,运用SVG分析中间结构拓扑。开发图模数据融合系统实现数据维护源头统一,支撑输变配一张网的拓扑贯通与集成应用。通过对多个地市局不同电压等级大量变电站样例图模接入,结果表明所提技术的正确性及可行性,有效解决了输变配图模数据融合的问题。

无人机辅助智能电网故障终端数据采集优化策略

随着光伏等各类清洁能源的广泛使用,在移动边缘计算的支撑下,无人机经常被用于户外电网终端设备,特别是运行偏差故障终端的数据采集。然而,待采集的终端运行出现差错、终端数量大幅度增长以及无人机有限的能量和动态的飞行等问题,导致无人机难以快速获得待检测终端的准确位置。基于此,设计一种基于边缘计算的无人机辅助故障终端数据采集优化策略。通过构建基于随机分布的位置误差模型,研究一种无人机飞行轨迹和待采集终端设备的任务传输联合优化策略。联合利用Bernstein型不等式、凸优化和隐枚举法,构建高效的两阶段优化求解算法。仿真结果表明,所提数据采集策略中无人机可以更加靠近户外的电网故障终端设备,数据采集的时间更长且准确率更高。

区域互联电网电能量与备用辅助服务联合优化模型研究

电能量市场与备用辅助服务市场联合优化能够在满足系统安全运行约束的前提下实现经济效益最优,是国外典型电力现货市场运行的最佳实践。在我国现行的"分层分区"电力调度管理体制下,电网安全与备用容量管理在区域、省级调度中心之间各有权责,存在全系统及各分区的备用需求容量配置、分区间备用的有效调度等问题,不能直接照搬国外的电能量与备用联合出清机制与模型。分析了我国区域互联电网条件下的电能量与备用辅助服务联合优化市场模式,提出了计及多因素的系统及各分区的备用需求容量设置方法,分别构建了单区域、多区域互联两种情形下的联合优化出清数学模型。最后,基于三区域IEEE-RTS96系统进行算例分析,验证了所提分区备用需求容量配置方法及区域电网联合优化出清数学模型可充分考虑区域间运行约束对预留备用容量有效性的影响,从而极大提升系统运行的可靠性。

牛从高压直流接地极入地电流限制功能优化控制

为防止牛从高压直流(HVDC)运行过程中接地极入地电流损坏燃气管道,开展了牛从高压直流接地极入地电流优化控制及运行方式的相关研究,主要包括接地极入地电流限制功能及其逻辑优化改进介绍、交直流系统运行控制方式及其稳定性分析,最后通过实时数字仿真系统(RTDS)的仿真试验和现场试验说明了该控制方法的有效性。研究结果表明:采用单回双极功率控制模式能够减少单极闭锁情况下的直流功率损失;单极闭锁后接地极入地电流限制功能能够在3.3 s时间后快速将接地极入地电流限制到1 200 A以内。优化后的接地极入地电流限制功能能够有效防止牛从高压直流运行过程中接地极入地电流损坏燃气管道,确保燃气管网设备安全。

计及新能源接入的孤网运行全过程动态仿真研究

针对孤网运行稳定控制的突出问题,结合南方某地区电网被动孤网运行失压的真实案例,构建与实际电网一致的全电磁暂态仿真模型,开展孤网运行全过程动态反演,完整再现现场事故各个阶段的动作特性;开展新能源接入对孤网稳定影响研究,分析风电场高电压穿越特性对孤网运行的影响,提出提高风电比例有利于降低区域电网被动进入孤网后频率峰值的运行策略,并开展仿真验证,在此基础上,提出计及新能源接入的孤网运行动态分析的一般方法。

基于动态分区的电网状态估计方法

针对传统固定分区方法无法反映电网运行拓扑结构发生的变化,导致其计算效率不高,提出一种新的动态分区方法,基于电网运行物理拓扑结构,逐一搜索出所有辐射状网络分区、仅存在唯一电气连接线路的分区和仅存在唯一电气连接节点的分区,并在此基础上提出一种基于边界节点状态量灵敏度协调的整体状态估计方法。通过两个算例验证该方法能够快速响应电网拓扑变化,降低某区域中量测数据误差对其他区域状态估计结果的影响,提高了电网状态估计的整体准确率。

计及风速相关性的风电功率预测方法研究

风电功率的准确预测对于风电场的运行控制及电力系统的安全稳定具有重要的意义,但风电功率具有典型的随机波动特性,风电功率预测存在较大的难度。针对风电功率预测准确率不理想的现状,提出一种计及风速相关性的风电功率预测模型,利用风速时空相关特性建立风电场间的功率相关性模型,由集合经验模态法和游程法求得不同变化趋势的模态分量,利用自回归条件异方差模型获得预测功率。通过风电功率预测实例的对比分析,表明考虑风速相关性可使预测误差降低35.67%,而自回归条件异方差模型可使预测误差进一步降低5.26个百分点,因此所提出的风电功率预测模型具有很好的的优越性。

交直流混联区域电网现货市场出清模型研究

不同于省级电网全交流线路的架构,区域电网通常为交直流混联,区域电网现货市场出清模型需考虑由此带来的特殊问题。为此,首先分析了交直流混联电网与纯交流电网在设计电力现货市场时的不同点,并提出对应的交直流联络线功率优化机制、框架协议执行电量处理机制、联络线网损处理机制、联络线输配电价处理机制。在此基础上,结合省级电力现货市场出清模型,重点构建了包括安全约束的机组组合、安全约束的经济调度、节点电价定价模型在内的考虑交直流混联的区域电网现货市场出清模型。通过区域电网联合出清,电力资源实现最优配置,相比单省市场,能够大幅提升社会经济效益。最后,通过算例验证了所提模型的正确性和有效性。

峰谷时段模糊识别的一库多级式梯级水电站群短期调度方法

“一库多级”式梯级水电站群短期调峰调度面临求解困难、计划安排时效性不强、易弃水等突出问题,考虑梯级上下游水力电力联系、下游水位波动等约束,兼顾蓄能及调峰需求,提出了峰谷时段模糊识别的“一库多级”式梯级水电站群短期调度方法:首先采用模糊隶属度函数对电网负荷峰谷时段进行描述;接着根据电站峰平谷比例求出电站典型调峰出力过程,在此为基础上,以期末蓄能最大为目标函数,借助粒子群算法计算梯级总电量给定条件下各电站的负荷分配过程;最后采用启发式弃水策略,对出力进行修正,最大限度减少弃水。以天生桥“一库两级”调度为例,针对汛枯期不同场景进行调节计算,平均用时1.35 s,计划过程达到较高蓄能同时兼顾调峰效果,实现零弃水,为解决实际工程调度问题提供了切实可行的新思路。

昆柳龙多端直流稳定控制策略设计及系统构建

±800 kV昆柳龙多端直流工程共由昆北、柳州、龙门三座换流站组成,昆北站为LCC型直流送端换流站,柳州、龙门站为MMC-VSC型直流换流站,通常作为受端运行。昆柳龙直流工程中采用的8000 MW大容量输电设计,工程投产后对送受端电网的稳定特性影响显著。同时,三端直流故障后灵活的极间、站间功率转带功能也将增加稳定控制策略的复杂性。梳理了多端直流线路故障再启动、在线退站以及稳定控制措施的动作时序,分析了直流故障及恢复期间不平衡功率下系统稳定性的变化,提出了各端换流站在不同交直流故障下的稳定控制措施。最后,以南方电网年方式数据为基础,设置了不同类型故障算例进行仿真分析,提出并验证了昆柳龙多端直流稳定控制策略正确性和有效性,为多端直流稳定控制系统构建提供了技术依据和设计参考。

南方区域统一调频辅助服务市场建设路径与机制设计

为进一步深化南方区域电力辅助服务市场化改革,打破省间壁垒,使调频资源在更大范围进行优化配置,有必要加快南方区域统一调频辅助服务市场的规划建设。为此首先阐述南方区域统一调频辅助服务市场的建设路径和目标,分析市场设计中需要面临的关键问题,并对统一调频辅助服务市场组织实施全过程进行设计,最后提出统一调频辅助服务市场下一阶段发展的政策建议。通过算例和试运行结果可以看出,统一调频辅助服务市场运行平稳有序,市场规则的适用性和参数设定的合理性满足预期目标,为下一步转入结算试运行打下良好基础。