大规模大用户直购电模式下电网安全校核体系及方法研究

胡晓飞

(国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230022)



大规模大用户直购电模式下电网安全校核体系及方法研究

胡晓飞

(国网安徽省电力公司，安徽 合肥 230022)

大用户直购电规模日趋扩大给电网调度安全运行带来新的挑战，开展大规模大用户直购电模式下的电网安全校核是保证电网安全稳定运行的必要手段。以发电计划单元交易电量合同及计划电量的总量为基础，构建机组调峰能力校核、机组减排约束校核和电网阻塞校核等3个安全校核指标形成安全校核体系，并通过年度安全校核和月度安全校核来实现安全校核。连续2年的调度生产运行实践表明，该安全校核体系和方法确保了电网的安全稳定运行，促进了大用户直购电规模的扩大。

大用户直购电；安全校核；调峰能力；节能减排；电网阻塞

为充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，促进电力用户和发电企业开展大用户直购电，2013年国务院下发《关于2013年深化经济体制改革重点工作意见的通知》[1](国发[2013]20号)，把“推进大用户直购电和售电侧电力体制改革试点”作为推进电力体制改革的重要内容。之后安徽省电力公司被选为大用户直供电试点省份[2]，并于2014年建成电力交易平台，具备了开展多买方、多卖方的集中直接交易的条件，同年安徽大用户直接交易达到52×108kWh。2015年3月15日，中共中央国务院下发《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》[3](中发[2015]9号)，新一轮的电力市场化改革正式启动，大用户直购电的规模进一步扩大，2015年安徽大用户直购电交易已达到了178×108kWh。大规模大用户直购电的推进，一方面让电力用户分享到改革的红利，但另一方面也对电网的安全稳定带来新的挑战，安全校核将作为调度机构在市场化环境下保障电网安全的重要手段日显突出[4-6]。

然而与大用户直购电规模的日趋扩大相比，目前国内没有市场成员广泛认可的安全校核规则，因此调度机构也缺乏相应操作依据。与此同时随着交易电量的增加，交易电量在机组年度发电量中的比例越来越大，将改变电网潮流分布，引起设备重载、满载及新的网络断面产生，造成电网安全裕度下降，迫切需要借鉴日前量化安全校核的经验来推动中长期安全校核，实现中长期安全校核由经验校核向量化校核转变，从而提高安全校核的准确性和规范性。此外，大用户直购电模式下的安全校核还要考虑调度机构承担的“三公”调度、节能减排等多重职责，需将计划体制下的安全校核内容扩展到“三公”调度、节能减排等方面。

针对国内大规模大用户直购电的安全校核没有统一的标准和规范，本文提出利用调峰能力校核、节能减排校核和电网阻塞校核构成大用户直购电安全校核体系，并通过年度安全校核和月度安全校核来实现。

1 安全校核体系

1.1 调峰能力校核

按照华东能监局下发的《华东区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)》[7]及《华东区域并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)》[8]要求，为保证电力系统安全稳定运行，并网发电机组必须提供一次调频、基本调峰、基本无功调节等辅助服务。大规模双边交易将提升部分发电机组发电量及发电小时数，可能导致该部分机组调峰能力下降，影响到电网的安全稳定，因此大规模双边交易电量的增加不能以降低发电机组调峰能力为前提。

调峰能力包括年度调峰能力校核和月度调峰能力校核。年度调峰能力校核指的是发电计划单元完成年度计划电量时，其年度可调利用率与全网平均可调利用率偏差绝对值以小于5%为标准，可按式(1)计算：

×100%≤5%

(1)

式中：λi为发电计划单元年度可调利用率偏差；Qi、Si分别为第i个发电单元年度发电量和额定容量；ti为第i发电单元年度检修时间；m为发电单元数。

通常对于年度交易电量，需要分配到月度，机组的月度调峰能力也需要进行安全校核。月度调峰能力校核包括次月调峰能力校核和年内滚动调峰能力校核，分别如式(2)和式(3)所示：

×100%≤5%

(2)

×100%≤5%

(3)

月度调峰能力校核和年内滚动调峰能力校核标准同样以月度可调利用率、年内滚动可调利用率与全网平均可调利用率偏差绝对值小于5%为依据。之所以还需要开展年内滚动调峰能力安全校核，是因为由于负荷的变化及机组异常等其它情况的出现，调度部门为了满足“三公”调度的要求，需要根据电网实际运行情况，滚动调节机组年度发电计划安排。

1.2 节能减排校核

电力是国家的能源基础产业，我国发电装机构成中，火电占比高，每年消费的煤炭约占全国煤炭消费总量的一半，电力工业已成为我国节能减排的重点领域，为此国务院办公厅颁布了《节能发电调度办法(试行)》(国办发[2007]53号)等一系列文件，指导电力企业开展电力节能减排工作。表1和表2分别是安徽省调2016年燃煤机组平均供电煤耗及SO2、NOx和烟尘排放量。

表1 安徽省内燃煤电厂供电煤耗

表2 燃煤电厂污染物排放量

由表1和表2可见，大容量机组在供电煤耗率、SO2、NOx以及烟尘等烟气污染物排放等方面的指标，具有明显的优越性。为落实国家节能减排政策，提高整个社会效率，促进整个社会的节能减排水平，要求大机组的年度发电小时数(年度所有合同及计划电量)要高于小机组的年度发电小时数，为此构建节能减排指标，进行节能减排安全校核。节能减排约束校核指标指的是当发电计划单元完成年度所有合同及计划电量，其发电利用小时数按机组容量大小呈正序分布，如式(4)所示：

(4)

式中：Q100,i、Q60,j、Q30,k分别表示1 000 MW、600 MW和300 MW级别发电机组年度发电量，包括交易合同电量和计划电量；S100,i、S60,j、S30,k分别表示1 000 MW、600 MW和300 MW级别发电机组容量。

1.3 电网阻塞校核

大规模大用户直购电的推进，必然造成电网潮流分布的不均，可能造成电网的阻塞、输变电设备的重载甚至过载，因此需要开展电网阻塞校核。为确保电网安全稳定运行，电网阻塞校核以电网各断面基态潮流均不超过稳定限额的90%为标准。电网阻塞校核包括年度阻塞校核和月度阻塞校核。对于年度电网阻塞校核，由于次年电网输变电设备停电检修、改扩建、新建以及8760时段负荷预测存在一定的不确定性，因此将年度电量转化成年度电力后，进行潮流计算分析及电力安全校核的精确性值得商榷，故对于年度交易合同电量，仅进行电量校核。年度电网阻塞安全校核可采用电网阻塞区内所有火电机组年度总电量计划要低于阻塞区内火电机组年度最大可发电量为标准，可用式(5)表示：

(5)

式中：PDmax表示阻塞区内平均最大用电负荷；PL表示阻塞区通道输送能力；PC表示清洁能源平均负荷；fi表示阻塞区内火电机组平均负荷率；n表示阻塞区内火电机组台数。

对于月度电网阻塞校核，一般来说，次月的输变电设备检修情况及次月的负荷预测已具有较高的精度，因此有必要开展电力安全校核。月度电力安全校核即将机组的月度计划电量和合同电量分解成日发电负荷曲线，并结合次月的发输变电检修计划及负荷预测形成基础数据，在此基础上进行潮流计算分析和安全校核计算。月度电力安全校核同样以电网各断面基态潮流均不超过稳定限额的90%为标准。

2 年度及月度安全校核流程

2.1 年度安全校核流程

年度安全校核流程如图1所示。

图1 年度安全校核流程

年度安全校核由交易中心提供发电企业和大用户的双边交易和集中交易结果，由调控中心确定年度发电设备检修计划、年度输变电设备停电计划、跨区跨省交直流通道输送能力和电网稳定限额，从而最终完成年度电量计划安全校核的基础数据准备。

对于调峰能力校核，若发电计划单元年度可调利用率偏差超过5%，计算极限交易电量，即按该机组可调利用率偏差与系统其它机组平均可调偏差利用率5%计算出年度极限交易电量，为安全校核结论提供量化辅助决策信息。

对于节能减排校核，若网内大小机组发电利用小时数出现倒挂，以不超过上一等级容量平均发电利用小时数计算极限交易电量，为安全校核结论提供量化辅助决策信息。

对于电网阻塞校核，若阻塞区内所有火电机组年度总电量计划高于阻塞区内火电机组年度最大可发电量，给出极限交易电量。

通过安全校核的年度直接交易结果的发电机组，需要剔除相应的发电容量，不再对这部分剔除容量分配计划电量；交易发电容量后的剩余发电容量，按照“三公”调度原则参与本地区计划电量分配。发电机组剔除容量如式(6)所示：

(6)

2.2 月度安全校核流程

月度安全校核流程如图2所示。

图2 月度安全校核流程

月度安全校核基础数据同样由交易中心和调控中心提供，基本数据包括各机组单元发电计划安排、电力用户月度总用电量、电力用户月度典型用电负荷曲线、次月发输变电检修计划、跨区跨省交直流通道输送能力和电网稳定限额。

月度电网阻塞安全校核需要计算次月每一日早高峰、晚高峰、低谷以及腰荷4个典型运行方式。进行全网潮流计算分析和N-1静态安全分析，以各断面基态潮流均不超过稳定限额的90%时为要求；并满足在N-1元件开断后，其他元件不超过规定的过负荷和电压偏差要求。

在主要发输变电设备未发生变化且负荷特性较平稳时，可以选择某一日代表多日作为典型运行方式。

3 安全校核逻辑架构及计算方法

3.1 逻辑架构

基于大用户直购电模式下的安全校核逻辑架构如图3所示。

图3 安全校核逻辑架构流程

图3为大规模直购电模式下的中长期发电计划安全校核和量化评估的功能。数据源包括：①发电厂基数电量、合同电量；②年度及月度负荷预测数据；③年度及月度发输变电设备检修计划；④省际联络线电量交换计划及限额；⑤电网设备、断面稳定限额。

3.2 安全校核方法

3.2.1 多线程数据共享

静态安全分析需要进行N-1故障扫描，当电网规模比较大时，开断故障集数量较大，详细的开断潮流分析需耗时大量时间。一般来说，只有少量严重故障才会影响电网的运行安全。本文采用基于直流潮流模型的快速筛选和对可疑故障的详细潮流计算，并对这两个流程进行多线程并行计算。多线程数据共享示意图如图4所示。由于开断故障均是在同一个基态断面下模拟开断故障，因此可共享数据集。如网络拓扑结果集、导纳阵、B′和B″因子表、B′逆矩阵、设备潮流结果等。线程私有数据集则有开断故障、设备潮流等。可共享数据集在创建多线程之前就由该进程创建，被多线程共享，只能读取，不能修改。对于线程私有数据集，在创建线程时创建专属于每个线程的私有数据集副本分配给多线程，使得多线程计算时不存在资源冲突的问题。

图4 多线程数据共享示意图

机组名称容量/MW基本电/104kWh直购电/104kWh代发/104kWh检修天数/dA电厂5机10504191009060046B电厂1-2机132053220010900094C电厂1-2机1260471500128000-4000040D电厂5-6机126052960088400750050E电厂1-2机132047880017283085F电厂1-2机13205806005000060G电厂3-4机1260602300117003500065H电厂1-2机1320599300130004800029I电厂1-2机1320560400280001500046J电厂1-2机128049260014132760K电厂1机63018140015200026L电厂1-2机12605851002639197M电厂1-2机1260509100700252000050N电厂5-6机6402797004000351-2机6402760004000-110000O电厂3-4机6402760004000-480000P电厂1-2机640230400208600121Q电厂1-2机64021050010460022001041-2机66028380035R电厂3-4机66015260019481574S电厂1-2机640277500980032T电厂3-4机64026740037U电厂1-2机70038500078V电厂1-2机6602916003000721-2机640284100100080W电厂3-4机60026700080X电厂5-6机700324900100001000056

3.2.2 基于拓扑特征关联性分析的数据复用技术

月度电网阻塞校核的基础断面会随着负荷变化、发电计划、检修计划等发生运行方式的变化。尽管负荷、发电机功率变化比较大，但短时间内发生设备检修或投运导致拓扑方式发生变化的概率较小。具有相同电网拓扑特征的断面，在进行静态安全分析过程中许多计算数据是完全相同的，能够实现计算数据的复用，从而减小计算量，实现计算速度的提高。经分析，可以在网络拓扑信息、节点导纳阵、因子表、N-1故障集、直流潮流计算用B′逆阵相同等方面实现断面间计算数据的复用。通过实现计算数据的复用，可以减少计算量，进而提高计算速度。

4 算例

安徽2015年实现了72笔双边交易和24笔集中交易的大用户直购电安全校核，总交易电量达到了178.4×108kWh，其中双边交易电量161.3×108kWh，集中交易总电量26.16×108kWh，表3给出了发电企业与电力双用户初步达成的双边交易情况。

分别进行调峰能力校核、节能减排校核以及电网阻塞校核，结果如表4所示。

表4 安全校核结果

5 结束语

本文提出的针对大规模大用户直购电的中长期安全校核体系及方法已在安徽电网实际生产中成功应用，确保了安徽电网的安全稳定运行，促进了大用户直购电工作的开展。安徽公司作为国家电网公司3个大用户直购电试点省份，开发的安全校核技术支持系统为大规模大用户直购电模式下的安全校核提供了有力的技术支持，具有很强的通用性及推广性。下一步将针对大规模直购电交易电量分解到日发电计划仍然比较粗放的为问题，研究大规模交易电量优化分解到日发电计划安排技术，建立考虑大规模直购电交易电模式下的日计划发电编制规则，使中长期安全校核更加精细化，以便适应中长期电力市场发展的需要。

[1] 国务院. 关于2013年深化经济体制改革重点工作意见的通知(国发[2013]20号)[A].2013.

[2] 安徽省能源局，安徽省物价局，华东监管局. 关于印发安徽省电力用户与发电企业直接交易规则的通知(皖能源电力〔20144〕188号)[A].2014.

[3] 中共中央、国务院. 关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发[2015]9号)[A].2015.

[4] 张粒子，陈之栩，舒 隽，等．东北区域市场中长期交易安全校核改进方法[J]．电力系统自动化，2007，31(8)：95-99．

[5] 吕 颖，鲁广明，杨军峰，等.智能电网调度控制系统的安全校核服务及实用化关键技术[J].电力系统自动化，2015，39(1)：172-179.

[6] 周海锋，徐 伟，鲍颜红，等. 基于相似日选择的调度计划安全校核潮流数据生成[J].电力系统保护与控制，2015，43(18)：87-93.

[7] 华东能监局. 华东区域发电厂并网运行管理实施细则(试行)[S].2013.

[8] 华东能监局. 华东区域并网发电厂辅助服务管理实施细则(试行)[S].2013.

Reach on Power Network Security Correction Index System and Method for Massive Large User Direct Purchaser of Ecectricity

HU Xiaofei

(State Grid Anhui Electric Power Co.,Ltd.，Hefei，Anhui 230022, China)

Power system security and stability have been challenged by development of massive large user direct purchaser of ecectricity. Power network security correction is useful to ensure power system security and stability. Basic on total quantity of electrical trade power and electrical plan power, security correction index system has been established. It cludes peak load capability security correction, energy-saving and emission-reduction security correction, power network congestion security correction. It can be actualized through yearly security correction and monthly security correction. The effection of security correction index system and method has been testified by two years power system opration. It is helpful to promote the scale promotion of large user direct purchaser of ecectricity.

large user direct purchaser of ecectricity; security correction; peak laod capability; energy-saving and emission-reduction; power network congestion

TM73

A

1004-7913(2017)06-0025-05

胡晓飞(1961)，男，高级工程师，从事电力系统调度运行管理工作。

2017-02-29)