一種大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，涉及一種大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家電力戰(zhàn)略"西電東送"和"北電南送"的實(shí)施，大量特高壓交、直流輸電 線路已經(jīng)建成或進(jìn)入了建設(shè)日程，國家電網(wǎng)將在原有的相對獨(dú)立的幾個大區(qū)電網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí) 現(xiàn)經(jīng)特高壓網(wǎng)架的互聯(lián)。特高壓線路實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域、長距離、大功率的電能傳輸和交易，發(fā) 揮了更大范圍的電力資源優(yōu)化配置功能。但是，對幾個嚴(yán)重依賴區(qū)外電力的大區(qū)電網(wǎng)如華 東、華北電網(wǎng)，合理分配區(qū)外電力、協(xié)調(diào)區(qū)外電力和區(qū)內(nèi)電力交易以及發(fā)揮特高壓工程的最 大作用等一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題關(guān)系到了各方的利益；另一方面，隨著我國減排計(jì)劃的推進(jìn)， 《可再生能源電力配額考核辦法》的實(shí)施，作為主要負(fù)荷中心的華中、華東、華北電網(wǎng)要完成 各自的可再生能源電力消費(fèi)任務(wù)，必須通過跨區(qū)清潔電能交易實(shí)現(xiàn)；因此，大區(qū)電網(wǎng)消納區(qū) 外電力方案作為解決方法受到了交易各方的重視。
[0003] 完整的大區(qū)電網(wǎng)消納區(qū)外電力方案包括大區(qū)電網(wǎng)交易區(qū)外電力容量和區(qū)外電力 在大區(qū)電網(wǎng)各地區(qū)的分配方案。因此，大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量是最優(yōu)消納方案的重要組 成部分。
[0004] 現(xiàn)行的跨區(qū)電能交易流程中，大區(qū)電網(wǎng)間交易容量由交易雙方協(xié)商確定，具有隨 意性，交易容量確定過程缺乏對特高壓運(yùn)行效率和交易經(jīng)濟(jì)性的分析。
[0005] 大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量等于網(wǎng)間特高壓聯(lián)絡(luò)線的最優(yōu)輸電容量，計(jì)算中的主要 的限制因素為特高壓聯(lián)絡(luò)線可用輸電容量（ATC)。北美電力系統(tǒng)可靠性委員會定義可用輸 電能力（ATC) :ATC為在已成交的輸電協(xié)議基礎(chǔ)上，電網(wǎng)在滿足各種故障安全約束條件下剩 余的且將來可作為商業(yè)用途的傳輸容量。
[0006] 目前，可用輸電能力的計(jì)算方法主要有：直接潮流法、連續(xù)潮流法和最優(yōu)潮流法， 由于直接潮流法難以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，連續(xù)潮流法計(jì)算值偏保守，因此通常采用最優(yōu)潮 流法。最優(yōu)潮流法主要包括：在考慮各種系統(tǒng)安全性約束條件的前提下，將受電區(qū)域節(jié)點(diǎn)負(fù) 荷及送電區(qū)域發(fā)電機(jī)功率作為控制變量，在使某目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)的情況下完成計(jì)算。使 用最優(yōu)潮流法計(jì)算得到的可用輸電能力即滿足某目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)輸電能力。
[0007] 常見的安全性約束條件有系統(tǒng)物理約束、靜態(tài)安全約束、暫態(tài)穩(wěn)定約束。系統(tǒng)物理 約束包括：潮流約束、發(fā)電機(jī)組出力約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束、線路容量約束及交易約束，為系統(tǒng) 的正常運(yùn)行約束。靜態(tài)安全約束是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行 條件及給定的切除方案，確定切除某些元件是否危及系統(tǒng)的安全，常表現(xiàn)為指定電網(wǎng)的N-I 計(jì)算。暫態(tài)安全約束是指電力系統(tǒng)遭受如輸電線路短路等大擾動時，各同步發(fā)電機(jī)是否能 保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來運(yùn)行狀態(tài)。
[0008] 對不同的電力市場，計(jì)算可用輸電能力的最優(yōu)潮流有不同的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)；一 般的，對于僅允許發(fā)電側(cè)投標(biāo)的單一買方市場，目標(biāo)函數(shù)為購電成本最??；對于允許負(fù)荷側(cè) 投標(biāo)的市場，目標(biāo)函數(shù)為社會效益最大。因此，針對不同的市場形態(tài)，現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)性分析的目 標(biāo)函數(shù)有購電成本最小和網(wǎng)損費(fèi)用最低、發(fā)電成本和負(fù)荷切除量最小等。
[0009] 如文獻(xiàn)《計(jì)及發(fā)電報(bào)價(jià)的可用輸電能力的計(jì)算》提出了一種在確保系統(tǒng)安全性約 束的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的每一運(yùn)行點(diǎn)按照發(fā)電機(jī)組的報(bào)價(jià)經(jīng)濟(jì)的分配其有功出力的計(jì)算方 法。文獻(xiàn)《計(jì)及經(jīng)濟(jì)性約束的可用輸電能力研究》在滿足系統(tǒng)物理約束的前提下，負(fù)荷增長 引起電力的需求在發(fā)電區(qū)域按照發(fā)電廠商的報(bào)價(jià)函數(shù)經(jīng)濟(jì)分配，計(jì)及了降損的效益，實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)在每一個運(yùn)行點(diǎn)下，購電成本的最小和網(wǎng)損費(fèi)用最低，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)輸電能力的求取。文 獻(xiàn)《基于最優(yōu)潮流并計(jì)及靜態(tài)電壓穩(wěn)定性約束的區(qū)域間可用輸電能力計(jì)算》基于最優(yōu)潮流 (OPF)方法，用原對偶內(nèi)點(diǎn)法計(jì)算得到輸電線路N-I安全約束下的區(qū)域間可用輸電能力。
[0010] 上述，基于經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)，利用最優(yōu)潮流法計(jì)算安全約束下線路可用輸電能力 的方法雖然簡單明晰，但是存在以下缺點(diǎn)：
[0011] 1)電網(wǎng)在不同的運(yùn)行水平下有不同的安全裕度要求，上述方法中雖然都計(jì)及了安 全約束，但是在不同計(jì)算方法中，安全性約束條件設(shè)定具有隨意性，只顧及安全約束的單一 層面，忽略了對安全問題的綜合性考慮。
[0012] 2)不同市場環(huán)境下有不同的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，而在非完全競爭市場，不同的交易方有 不同的利益關(guān)切，上述方法中的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)只考慮到發(fā)電方或全網(wǎng)立場利益，缺少購 電方立場的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)；只有基于購電成本或發(fā)電成本最小的經(jīng)濟(jì)性函數(shù)，沒有對電 力交易綜合經(jīng)濟(jì)效益的分析。
[0013] 目前，隨著我國減排計(jì)劃的推進(jìn)，《可再生能源電力配額考核辦法》的實(shí)施，電力交 易中的清潔能源消納成了關(guān)注熱點(diǎn)，清潔能源消納納入電力交易的經(jīng)濟(jì)性效益中計(jì)算，將 為《可再生能源電力配額考核辦法》的執(zhí)行提供經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。
[0014] 本專利的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)中引入了碳排放強(qiáng)度和碳排放權(quán)的概念。
[0015] 碳排放強(qiáng)度：指單位發(fā)電量產(chǎn)生的碳排放總量，隨火電發(fā)電機(jī)組的不同而不同，如 常規(guī)燃煤機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組、燃油機(jī)組、碳捕集機(jī)組等。
[0016] 碳排放權(quán)：碳排放權(quán)是對環(huán)境容量資源的限量使用權(quán)，是指政府確定污染物的排 放總量或標(biāo)準(zhǔn)，隨后進(jìn)行排放權(quán)初始分配（界定產(chǎn)權(quán)），由企業(yè)在排放權(quán)交易市場上自由交 易排放權(quán)，即由市場確定排污權(quán)的價(jià)格，并實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有大區(qū)電網(wǎng)間可用輸電能力分析方法的不足，提出一種大 區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方法，考慮了清潔能源和碳排放權(quán)交易對跨區(qū)電力交易的影 響，實(shí)現(xiàn)了對跨區(qū)電力交易容量的安全、經(jīng)濟(jì)綜合計(jì)算，只需更新購電電網(wǎng)及其輸電通道綜 合模型和實(shí)時價(jià)格參數(shù)，就能分析任意時刻大區(qū)電網(wǎng)消納區(qū)外電力的最優(yōu)方案，為交易計(jì) 劃和經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供參考。
[0018] 1、一種大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方法，其特征在于，該方法包含下列步 驟：
[0019] I. 1在大區(qū)電網(wǎng)及電網(wǎng)間特高壓聯(lián)絡(luò)線綜合模型中，以N-I潮流約束、靜態(tài)穩(wěn)定性 潮流約束為約束條件，對特高壓聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行安全校核，得到其最大輸電容量：
[0021] 其中，if"為特高壓聯(lián)絡(luò)線i的最大輸電容量，J表示購電電網(wǎng)內(nèi)的母線集合，pg] 和q,分別表示母線j上的發(fā)電機(jī)有功功率注入和無功補(bǔ)償裝置的無功功率注入；
[0022] 1. 2計(jì)算大區(qū)電網(wǎng)消納區(qū)外電力綜合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)q :
[0023] q=PXvXtXe Xf-PXtX (In2-Iii1)-APXtXm2
[0024] 其中，P表示總購電容量，V表示購入電能中的清潔電能比例，t表示所選定的考 察時間長度，e表示區(qū)內(nèi)火電機(jī)組的平均碳排放強(qiáng)度，f表示當(dāng)期碳排放權(quán)交易價(jià)格，叫表 示區(qū)內(nèi)火電電價(jià)，m 2表示跨區(qū)購電下網(wǎng)關(guān)口電價(jià)，A P為區(qū)外購電對區(qū)內(nèi)購電在大區(qū)電網(wǎng)內(nèi) 產(chǎn)生的網(wǎng)損差（AP = AP1-AP2,
[0025] AP1為區(qū)外購電方式下的大區(qū)電網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)損，AP2表示不購區(qū)外電時大區(qū)電網(wǎng)內(nèi)的 最小網(wǎng)損）；
[0026] 1. 3按網(wǎng)損最小優(yōu)化系統(tǒng)潮流，得到最優(yōu)潮流中的聯(lián)絡(luò)線輸電容量S ;以特高壓聯(lián) 絡(luò)線最大輸電容量為取值上限，建立輸電容量S的鄰域Q ;設(shè)置取樣間隔A，將Q內(nèi)的所 有取樣點(diǎn)代入綜合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)表達(dá)式中，得到一組取值序列n ;
[0027] 1. 4米用最小二乘法，在橫坐標(biāo)為內(nèi)的所有取樣點(diǎn)，縱坐標(biāo)為取值序列n的直 角坐標(biāo)系中，對特高壓聯(lián)絡(luò)線輸電容量及對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性表達(dá)式取值進(jìn)行曲線擬合，得到特 高壓聯(lián)絡(luò)線輸電容量及對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性表達(dá)式取值之間關(guān)系的擬合曲線n (P)，求得n_(P) 點(diǎn)，n_(P)對應(yīng)的特高壓聯(lián)絡(luò)線輸電容量s'為所求最優(yōu)交易容量。
[0028] 步驟1. 3所述的Q范圍為[(C^1S)U(孓巧_)]，人取10至200之間的一個數(shù)值。
[0029] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0030] 1、建立了更綜合全面的經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)。在購電費(fèi)用和網(wǎng)損最小的單方面經(jīng)濟(jì)最優(yōu) 判斷基礎(chǔ)上，增加了碳排放效益和購電收益最大的綜合性考量目標(biāo)，擺脫了單純考慮發(fā)電 方經(jīng)濟(jì)效益的狹隘，經(jīng)濟(jì)約束更為綜合全面。
[0031] 2、具有較好的延伸性。當(dāng)電網(wǎng)網(wǎng)架、電源負(fù)荷分布情況等運(yùn)行狀態(tài)條件變化時，只 需更新購電電網(wǎng)及其輸電通道綜合模型和實(shí)時價(jià)格參數(shù)，仍能利用運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)快速確定對應(yīng) 的安全約束條件和最優(yōu)消納方案。
[0032] 3、該方法針對兩個互聯(lián)電網(wǎng)，在《可再生能源電力配額考核辦法》實(shí)施期間，對有 清潔能源交易需求的互聯(lián)電網(wǎng)，能分析任意時段電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量。
【附圖說明】
[0033] 圖1為一種大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方法流程示意圖。
[0034] 圖2為中國電科院典型超高壓配網(wǎng)系統(tǒng)模型CEPRI-36V6系統(tǒng)示意圖。
[0035] 圖3為CEPRI-36V6系統(tǒng)算例中特高壓聯(lián)絡(luò)線輸電容量與對應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān) 系擬合曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0037] 實(shí)施例一
[0038] 本發(fā)明提出的一種大區(qū)電網(wǎng)間最優(yōu)交易容量的確定方法流程如圖1所示，包括以 下步驟：
[0039] 1)選擇大區(qū)電網(wǎng)與區(qū)外互聯(lián)通道改變年份為典型年，建立購電電網(wǎng)及其網(wǎng)間聯(lián)絡(luò) 線綜合模型，包括大區(qū)電網(wǎng)和網(wǎng)間特高壓聯(lián)絡(luò)線，其中，售電大區(qū)電網(wǎng)等效為發(fā)電機(jī)；對網(wǎng) 間特高壓聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行安全校核，以N-I潮流約束和靜態(tài)穩(wěn)定性潮流約束為安全約束條件， 利用靜態(tài)穩(wěn)定性靈敏度分析法分析不同的特高壓聯(lián)絡(luò)線潮流下系統(tǒng)各母線運(yùn)行參數(shù)，得到 系統(tǒng)的敏感點(diǎn)，分析特高壓聯(lián)絡(luò)線的輸送功率與敏感點(diǎn)的穩(wěn)定性的相關(guān)關(guān)系，得到安全約 束下特高壓聯(lián)絡(luò)線最大輸電容量；
[0040] 2)分析跨區(qū)電力交易中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將清潔能源消納納入電力交易的經(jīng)濟(jì)性效益 中，建立大區(qū)電網(wǎng)消納區(qū)外電力綜合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)式。具體包括以下步驟：
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