功率灵敏度计算在输电权交易中的应用

石屹巍

(国网辽宁检修公司,沈阳 110003)



功率灵敏度计算在输电权交易中的应用

石屹巍

(国网辽宁检修公司,沈阳 110003)

为了解决以往输电系统输电权交易中需购买的线路传输量存在计算误差较大的问题,阐述了功率传输分布因子(PTDF)计算方法和功率灵敏度计算方法,并提出了利用功率灵敏度代替PTDF进行输电权交易的方法,对比分析了PTDF和功率灵敏度计算方法在输电权交易中的计算精度。通过仿真算例分析结果表明,功率灵敏度比PTDF能够准确地反映发电机负荷节点组之间电能交易对各线路功率增量的影响,而且随系统运行点的变化而变化。由此进而表明本文提出利用功率灵敏度代替PTDF进行输电权交易方法的正确、可行。

电力系统;功率灵敏度;PTDF;输电权交易;计算精度

目前,利用输电权管理电网阻塞是近年来的研究热点[1-5]。在输电权交易中,输电系统运行员会定期发布一组电网易出现阻塞的关键线路和反映各发电机负荷节点组之间电能交易对线路功率增量影响情况的灵敏度矩阵,电力交易者则根据电能交易节点组对关键线路输电容量的使用情况及电能交易量测算输电权购买数量[6-7]。但输电权交易计算大多数采用基于直流潮流的功率传输分布因子(power transfer distribution factor,PTDF)来反映节点组之间电能交易对各线路功率增量的影响,而PTDF只与网络拓扑参数有关,不考虑系统实际运行情况,不能准确实现与实际潮流的匹配,给输电权交易计算带来较大的计算误差[4,6]。本文对比分析了PTDF和功率灵敏度[8]的计算方法,提出了利用功率灵敏度代替PTDF进行输电权交易的方法,解决了以往输电权交易计算误差较大的问题。

1　功率传输分布因子(PTDF)计算方法

PTDF计算以发电转移分布因子(generation shift distribution factor,GSDF)为基础[6],并定义了节点单位注入功率变化引起的支路潮流的变化量,在直流潮流模型下,GSDF的计算公式[9]为

(1)

GSDF的计算以平衡机为参考节点,对于发电机节点g,Ak-g表示发电机g增加单位有功出力,平衡机减少单位有功出力时支路k的有功增量;对于负荷节点h,Ak-h表示h切除单位负荷,平衡机减少单位有功出力时支路k的有功增量。因此,发电机负荷节点组g-h的电能交易对线路k的PTDF值[10]为

(2)

式中:ΔPg-h为发电机负荷节点组g-h之间的电能交易量;ΔPk为线路k的功率增量。

平衡机负荷节点组r-h的电能交易对线路k的PTDF值为

(3)

式中:ΔPr-h为发电机负荷节点组r-h之间的电能交易量;ΔPk为线路k的功率增量。

由式(1)～(3)可以看出,PTDF只与网络拓扑参数有关,与系统实际运行情况无关。

2　功率灵敏度计算方法

功率灵敏度计算方法就是根据广域测量系统提供的实测信息刷新电网拓扑结构和节点电压相量数据,用快速计算功率灵敏度矩阵,得出各发电机负荷节点组之间电能交易对各线路功率增量的影响情况。

电网中支路k的功率变量与节点i注入功率变量之间的功率灵敏度βk-i为

(4)

式中:λk-i为支路k电流相量与节点i注入电流相量之间的电流相关度系数;Uk,B为支路k首端电压模值;φk,B为支路k首端电压相角;Ui,N为第i个节点电压模值;φi,N为第i个节点电压相角。

当任一发电机(包括平衡机)节点g和负荷节点h发生单位电能交易时,在线路k上产生的功率增量为

βk-(g-h)=βk-g-βk-h

(5)

由式(4)～(5)可以看出,用功率灵敏度矩阵结合网络拓扑参数和实际电网运行情况衡量节点组之间传输功率对线路功率增量的影响可以随系统运行点的变化而变化。

3基于PTDF和功率灵敏度计算在输电权交易中应用的仿真算例

本文分别以IEEE14和IEEE39节点系统作为仿真对象,对基于PTDF和功率灵敏度的输电权交易计算准确度进行对比,IEEE14节点系统示意图如图1所示,IEEE39节点系统示意图如图2所示。

图1　IEEE14节点系统示意图

图2　IEEE39节点系统示意图

系统调度员在实际电网中会根据运行情况预测电网容易发生输电阻塞的关键线路[4,6]。本文设IEEE14节点系统中的线路2-3和2-4为易发生输电阻塞的关键线路,IEEE39节点系统中的线路3-4和2-3为易发生输电阻塞的关键线路。

3.1电网正常运行时仿真算例分析

在IEEE14节点系统典型运行方式下,分别计算各发电机负荷组对关键线路的PTDF值和功率灵敏度值,计算结果如表1所示。表1仅列出该系统中发电机节点2、6与负荷节点4、9之间进行电能交易时对线路2-3和2-4的PTDF值和功率灵敏度值。

表1　IEEE14节点系统PTDF值和功率灵敏度值

在IEEE39节点系统典型运行方式下,分别计算各发电机负荷组对关键线路的PTDF值和功率灵敏度值,计算结果如表2所示。表2仅列出发电机节点30、37、38与负荷节点4、15、27之间进行电能交易时对线路3-4和2-3的PTDF值和功率灵敏度值。

表2　IEEE39 节点系统PTDF值和功率灵敏度值

由表1和表2的数据对比可以看出,当估算某发电机负荷节点组电能交易在某线路上产生的功率增量时,利用PTDF和功率灵敏度得到的计算结果存在差异。这是因为基于直流潮流模型的PTDF只考虑了网络拓扑参数,没有考虑系统实际运行情况,而功率灵敏度计算则弥补了这一点。当某发电机负荷节点组进行单位电能交易时,利用PTDF得到的线路功率增量比利用功率灵敏度计算得到的功率增量要小,这说明基于PTDF的计算结果会低估发电机负荷节点组的电能交易对线路功率增加的影响,易使线路功率面临越限风险,对电网安全稳定运行造成潜在威胁。

如果PTDF和功率灵敏度的计算结果不同,交易商需要购买的输电权就不同。以IEEE14节点系统为例,设交易商计划从发电机节点2到负荷节点9的电能交易量为200 MW,为规避线路2-4的阻塞风险,如果利用PTDF计算,该交易商就需要购买线路2-4的输电权为67.28 MW;如果利用功率灵敏度计算,该交易商就需要购买该线路的输电权为68.22 MW。考虑到68.22 MW>67.28 MW,基于功率灵敏度的计算结果能更加准确地保证交易商规避线路2-4的阻塞风险。

3.2系统运行点变化时仿真算例分析

为验证功率灵敏度能随系统运行点的变化而变化,分别将IEEE14节点系统和IEEE39节点系统的电网发电及负荷水平降低30%,计算此时各发电机负荷组对关键线路的PTDF值和功率灵敏度值,IEEE14节点系统运行情况变化时计算结果如表3所示,IEEE39节点系统运行情况变化时计算结果如表4所示。

表3　IEEE14节点系统运行情况变化时计算结果

表4　IEEE39节点系统运行情况变化时计算结果

对比表1和表3数据、表2和表4数据,可以看出,当电网发电及负荷水平降低30%估算某发电机负荷节点组电能交易在某线路上产生的功率增量时,功率灵敏度发生改变,而PTDF不变,由此表明,基于功率灵敏度的计算结果能够随系统运行点的变化而变化,能准确地反映电能交易对线路功率的影响,而PTDF仅由网络拓扑参数决定,计算结果较为粗糙,不能随系统运行点的变化而变化。

针对基于功率灵敏度的计算结果,当电网发电及负荷水平降低30%时,发电机负荷节点组电能交易对线路功率增量的影响会发生变化,交易商需要购买不同的输电权。以IEEE39节点系统为例,交易商计划从节点38到节点15的电能交易量为300 MW,为规避线路3-4的阻塞风险,当电网发电及负荷水平未降低时,根据功率灵敏度计算需要购买线路3-4的输电权为72.3 MW;当电网发电及负荷水平降低30%时,需要购买线路3-4的输电权为73.74 MW。而基于PTDF计算的输电权交易量不变,保持在68.67 MW。因此,功率灵敏度能够精确反映系统运行点变化对输电权购买量的影响,提高了输电权交易的计算精度。

4　结　论

1) 功率灵敏度能够准确地反映发电机负荷节点组之间电能交易对各线路功率增量的影响,且计算精度比基于PTDF的高。

2) 功率灵敏度随系统运行点的变化而变化。其计算结果能够精确反映系统运行点变化对输电权购买量的影响。

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(责任编辑侯世春)

Application of power sensitivity calculation in transmission rights trade

SHI Yiwei

(State Grid Liaoning Overhaul Company, Shenyang 110003, China)

To solve the calculation difference of the transmission quantity to be purchased in the previous transmission rights trade, this paper expounded the two calculation methods, PTDF and power sensitivity, proposed to make transmission rights trade by power sensitivity instead of PTDF, and compared and analyzed the calculation accuracy of the two methods. The result of simulation example shows that power sensitivity, changing with the change of system operating points, compared with PTDF, is able to accurately reflect the influence of the power trade between generator load node groups on the increment of line power. It is proved that, therefore, the method proposed in the thesis, which is to replace PTDF by power sensitivity, is correct and feasible.

power system; power sensitivity; PTDF; transmission rights trade; calculation accuracy

2015-12-09;

2016-01-10。

石屹巍(1984—),男,助理工程师,研究方向为电力系统保护和电力市场经济。

TM744

A

2095-6843(2016)03-0226-04