考虑现货交易的日前开机方式调度方法研究

樊国旗，刘桂龙，樊国伟，刘昌东，王鹤群，段青熙，朱子民

（1.国网浙江省电力有限公司金华供电公司，浙江 金华 321001；2.中国海诚工程科技股份有限公司，上海 200031；3.国网新疆电力公司，乌鲁木齐 830011；4.中建八局第二建设有限公司，济南 250001）

0 引言

新能源在促进可持续发展和低碳社会转型中发挥着重要作用[1-2]，但是由于新能源波动性对电力系统调峰带来巨大压力，造成系统因调峰能力不足导致新能源限电的问题[3-4]。通过现货交易可增加系统调峰能力，从而应对新能源波动[5-6]。

柔性负荷和自备电厂均可直接调用，参与现货交易，且成本更低；柔性负荷参与电网调度可实现从“源随荷动”到“源荷互动”转变，促进多元融合高弹性电网建设。文献[7]在含风电系统中加入储能，提高机组组合调节能力；文献[8]结合机组特性和报价，根据现货市场规则对机组组合策略进行优化；文献[9]考虑风电出力置信水平，对中期机组组合进行优化。文献[10]通过制定不同的电力套餐促进负荷主动参与调用，提高电网可靠性和经济性；文献[11]通过控制可中断负荷提高系统削峰填谷能力。

目前调度方法研究中，较少从现货交易方面考虑提高系统调节能力的方法。因此本文提出考虑现货交易下的日前开机方式调度方法；针对系统调节能力不足的问题，通过现货交易提高系统调节能力；针对限负荷成本高问题，通过计划调用柔性负荷和自备电厂减少系统运行成本；进而达到减少机组开机台数、促进新能源消纳的目的。

1 考虑现货交易下日前开机方式及调度研究

电力系统首要目标为保障系统安全，因此开机方式由系统等效负荷Pel，t最大值确定，等效负荷为系统负荷Pl，t减去新能源Pn，t差值。

式中：n 为火电机组开机台数。

1.1 系统调节能力

不同调度方法下的出力范围和系统调节能力如图1 所示。仅靠火电调节的原开机方式安排调度方法，当系统火电开机不变时，系统调节能力不变，其调节能力Pc为系统最大功率和系统最小功率差值。

限负荷开机方式调度方法仍仅靠火电调节，切除尖峰负荷减小等效负荷最大值，从而减少开机台数，系统调节能力不变。

现货交易方法充分挖掘系统中自备电厂、柔性负荷调节能力，通过在等效负荷高峰时段减少柔性负荷、增大自备电厂火电机组出力，避免非计划限负荷，降低系统等效负荷，减少火电机组开机台数；在等效负荷低谷时段减少自备电厂机组出力和增加柔性负荷，减少新能源限电。

图1 不同调度方法下出力范围和系统调节能力

1.2 原开机方式调度方法

原开机方式调度方法是根据系统最大等效负荷来确定开机台数，当等效负荷小于最小技术出力时新能源限电。开机为17 台时的调度结果如图2 所示。

图2 原开机方式下调度结果

1.3 考虑限负荷开机方式调度方法

考虑限负荷机组组合调度方法，切除等效负荷的尖峰负荷，降低最大等效负荷功率，减小开机台数，降低最小技术出力，减小新能源限电。当等效负荷大于最大技术出力时限负荷，当等效负荷小于最小技术出力时新能源限电。限负荷后开机为14 台的调度结果如图3 所示。

1.4 考虑现货交易开机方式调度方法

图3 限负荷方式下调度结果

考虑现货交易机组组合调度方法，柔性负荷在等效负荷高峰时段主动降低功率减少需求，自备电厂增加发电功率增大供给，减少了系统总开机台数，降低了最小技术出力。柔性负荷在等效负荷低谷时段主动增大功率提高需求，自备电厂减少发电功率减少供给，减少了新能源限电。现货交易功率为1 500 MW 时，调度结果如图4 所示。

图4 考虑现货市场方式下调度结果

2 调度模型

2.1 目标函数

调度目标：新能源限电、限负荷和现货调用总成本Cs最小。

式中：Cn，a为新能源限电成本；C1，s为限负荷成本；Cv为自备电厂交易成本；Cf为柔性负荷交易成本。

新能源限电成本：

式中：Pn，a，t为新能源限电功率；cn，a为新能源限电单位成本；T 为新能源限电时间。

限负荷成本：

式中：Pl，s，t为限负荷功率；cl，s为限负荷单位成本；T′为限负荷时间。限负荷针对尖峰部分切除，由于不能确定尖峰负荷组成，因此根据度电GDP计算限负荷成本。

自备电厂交易成本：

式中：Pv，t为自备电厂交易功率；cv为自备电厂交易单位成本；T″为自备电厂交易时间。

柔性负荷交易成本：

式中：Pf，t为柔性负荷交易功率；cf柔性负荷交易单位成本；T3为柔性负荷交易时间。采用基于激励需求非价格需求响应，可进行直接控制，避免新能源限电和非计划限负荷。

2.2 约束条件

系统功率平衡约束：

火电机组出力Pf，i，t约束：

3 算例分析

3.1 地区情况

某地区负荷、新能源、自备负荷、公用负荷和公用等效负荷典型日曲线如图5 所示，公用负荷为负荷减去自备负荷，公用等效负荷为公用负荷减去新能源；公用火电机组深度调峰负荷率40%～50%调用成本为200 元/MWh，负荷率30%～40%调用成本为400 元/MWh，柔性负荷调用成本为152.5 元/MWh，自备电厂的调用成本为50元/MWh，新能源限电成本为500 元/MWh，限负荷成本为5 700 元/MWh[12-13]。

图5 负荷和新能源曲线

为简化运算，火电机组容量均为600 MW，火电机组参数如表1 所示，柔性负荷最大调用功率为2 000 MW，调用时间不受限制。

表1 火电机组参数

3.2 开机方式安排方法及调度成本分析

自备负荷和非自备等效负荷最大功率和原调度方法开机台数如表2 所示，自备电厂开机和自备负荷功率有关，因此自备电厂开机台数不变。

表2 最大功率和开机台数

原开机方式调度方法根据最大公用等效负荷确定开机台数，最大公用等效负荷9 796 MW，开机台数为17 台，火电机组功率及新能源限电如图6 所示。

由图6 可知，公用等效负荷小于火电最小技术出力时新能源限电，限电量为15 455.7 MW，限电率为6.2%，限电惩罚成本为772.8 万元。

图6 原开机方式调度方法

限负荷开机方式调度方法切除尖峰负荷，从而减少最大公用等效负荷，进而减小开机台数。以开15 机切2 机为例，新能源限电和限负荷如图7 所示。

图7 限负荷开机方式调度方法

限负荷为连续变化过程，但对应开机台数为离散变化过程，因此通过开机台数反应新能源限电量、限负荷量及限负荷和新能源限电总成本关系，其关系如图8 所示。

图8 限负荷和新能源限电量、限负荷量及总成本

由图8 可知，开机台数为16 台时，系统总成本最小，为682.6 万元，相比原开机方式调度方法减少成本90.2 万元；开机台数由16 台减为13 台过程中，新能源限电率分别为5.3%，4.3%，3.5%和2.8%。

考虑现货交易开机方式调度方法通过柔性负荷、自备电厂和火电机组深度调峰提高系统调节能力，从而减少最大公用等效负荷并增大最小公用等效负荷。以开台数为14 台为例，考虑自备电厂调用后可达到最大最小功率，以及需调用柔性负荷功率如图9 所示。

图9 考虑现货交易开机方式调度方法

考虑现货交易开机方式调度方法如表3 所示。

由表3 可知，总调用成本随开机台数减少过程中，呈现先下降后上升趋势；开机台数为14台时总成本最小，为58.4 万元；开机台数为12台时，达到开机台数减少极限，此时总成本为103.1 万元；开机11 台时，调用柔性负荷功率需2 039.4 MW，超过该地区柔性负荷最大调用功率。

因此开机14 台时总调用成本最小，开机12台时为最小开机台数。

原开机方式调度方法火电机组开机台数不变，因此不加入比较，限负荷开机方式调度方法和考虑现货交易开机方式调度方法，不同开机台数时成本对比如图10 所示。

图10 开机方式和成本对比

对比原开机方式调度方法、限负荷开机方式调度方法和考虑现货交易开机方式调度方法，限负荷开机方式调度方法开机台数为16 台成本最小，相比考虑现货交易最少费用多624.2 万元，相比考虑现货交易开机方式调度方法同样开机台数为16 台费用多617 万元。考虑现货交易开机方式调度方法最小成本更低，而且相同开机台数下成本仍然更低，能够促进电网精益化管理。

此外考虑现货交易开机方式调度方法最少开机为12 台，相比其他2 种方式开机台数更少；以此开机方式调度方法对电力规划建设进行指导，可以减少投资成本，提升社会综合效能。

4 结论

原有的仅依靠火电调节的调度方法会产生较大新能源限电，限负荷开机方式调度方法会降低总成本，但随着限负荷量增大总成本会超过原调度方法；考虑现货交易开机方式调度方法可有效降低调用自备电厂和柔性负荷总成本，促进新能源消纳。

表3 考虑现货交易开机方式调度方法成本及调用电量

本文通过现货交易下自备电厂、柔性负荷和深度调峰对多元融合高弹电网进行探讨研究，具有一定实用价值。