張輝，慈文斌，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟南250001）

山東電網(wǎng)日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)

張輝，慈文斌，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟南250001）

隨著外電入魯比重的不斷提高，加之風電等新能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴大，給山東電網(wǎng)的電力平衡帶來新的問題。分析影響電力平衡的各種因素，并通過綜合能量管理系統(tǒng)（EMS）、電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）和日前計劃系統(tǒng)信息，構建了主要包含日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、新能源接納能力等指標的日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠為調(diào)度人員提供電力平衡情況的動態(tài)參考，為日內(nèi)電網(wǎng)出力平衡調(diào)度提供重要的決策依據(jù)。

電力系統(tǒng)；電力平衡；旋轉(zhuǎn)備用；動態(tài)評估

0 引言

目前山東電網(wǎng)通過兩路四回500 kV交流聯(lián)絡線與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，并通過±660 kV銀東直流與西北電網(wǎng)聯(lián)系，交直流外電入魯能力達到7 500 MW。同時在電源結(jié)構方面，山東電網(wǎng)電源結(jié)構進一步多元化、清潔化，風電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模不斷擴大，2014年9月山東電網(wǎng)風電、光伏發(fā)電裝機容量達5980MW，占統(tǒng)調(diào)發(fā)電裝機的10.7%。

由于電能不能大量儲存，要求發(fā)電、供電、用電必須同時完成，即發(fā)電和用電間保持實時電力平衡。目前山東電網(wǎng)已形成網(wǎng)內(nèi)火電機組發(fā)電、外電入魯聯(lián)絡線送電、風電等新能源發(fā)電與用電負荷之間的平衡。山東電網(wǎng)日前電力平衡是根據(jù)日用電負荷預測、外電入魯計劃、風電等新能源功率預測來決策網(wǎng)內(nèi)火電機組的啟停計劃，并考慮可能出現(xiàn)的機組跳閘或負荷波動而留有一定的旋轉(zhuǎn)備用和事故備用［1-2］。然而電力平衡由日前計劃進入日內(nèi)實際平衡時，值班調(diào)度員需考慮日內(nèi)實際用電負荷情況、風電等新能源實際出力、外電送電計劃調(diào)整或外電通道跳閘、以及可能出現(xiàn)的機組非計劃停運和機組臨時降出力等因素，以評估當前及未來時段電網(wǎng)備用情況是否充足，并做出是否需要外電支援、臨時開停機或有序用電等調(diào)度決策［3-4］。因此開展日內(nèi)電力平衡評估具有重要意義。

首先分析風電等新能源發(fā)電、外電入魯對日內(nèi)電力平衡的影響，明確了日內(nèi)電力平衡評估的必要性，并綜合能量管理系統(tǒng)（EMS）、調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）、日前電力平衡計劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)構建了包含日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、新能源接納能力等指標的日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)，最后結(jié)合網(wǎng)內(nèi)大容量機組跳閘為例說明日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估的重要性。

1 新能源發(fā)電及外電入魯對日內(nèi)電力平衡評估的影響

旋轉(zhuǎn)備用即指電網(wǎng)發(fā)電出力滿足用電負荷的裕度。在傳統(tǒng)的單一火電結(jié)構的獨立電網(wǎng)中，正旋轉(zhuǎn)備用即為電網(wǎng)開機容量與用電負荷間的差值，全天最小正旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時間即對應著最高用電負荷出現(xiàn)的時間；負旋轉(zhuǎn)備用即為用電負荷與電網(wǎng)機組最低技術出力容量的差值，全天最小負旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時間即對應著最低用電負荷出現(xiàn)的時間［5］。調(diào)度人員對于日內(nèi)電力平衡的掌握僅需了解全天最小旋轉(zhuǎn)備用即可估算全天旋轉(zhuǎn)備用的具體情況，然而隨著新能源發(fā)電規(guī)模的不斷擴大及外電入魯比重的不斷提高，日內(nèi)電力平衡評估顯現(xiàn)了新的問題。

1.1 新能源發(fā)電

隨著風電等新能源裝機規(guī)模的日益擴大，新能源已成為電網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分，并納入電力平衡。由于風力發(fā)電的間歇性和開放式接納，風力發(fā)電在一定程度上影響了電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用。如圖1所示，電網(wǎng)全天最小旋轉(zhuǎn)備用（06∶45）出現(xiàn)的時刻已不再與電網(wǎng)用電負荷最高的時刻（17∶45）相對應，分析原因為在早峰時段（06∶00—07∶00）風電出力較低，而在晚高峰時段（17∶00—18∶00）風電出力相對較高，造成早峰時段電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用降低。由于風電等新能源發(fā)電的參與，日內(nèi)實際旋轉(zhuǎn)備用的情況和變化趨勢已經(jīng)不能直觀地進行估算。

圖1 風電等新能源出力對日內(nèi)電力平衡的影響

1.2 外電入魯

非聯(lián)網(wǎng)方式下，旋轉(zhuǎn)備用僅需考慮是否能夠應對用電負荷的波動及可能出現(xiàn)的機組非計劃停運或跳閘。在聯(lián)網(wǎng)方式下，外電通道輸送功率往往較高，外電通道故障將嚴重影響電力平衡。例如銀東直流雙極向山東送電4 000 MW期間，若發(fā)生雙極閉鎖，銀東直流山東切負荷穩(wěn)定控制裝置將動作切除山東部分地區(qū)負荷，同時需要調(diào)度員快速調(diào)出旋轉(zhuǎn)備用和事故備用容量，必要時進行事故拉路以確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。因而在日內(nèi)電力平衡中需要實時評估日內(nèi)電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用是否能夠滿足外電通道故障后的電力平衡，以便在外電通道發(fā)生故障后能夠快速恢復頻率，并繼續(xù)執(zhí)行其他外電通道的正常送電計劃。

此外，山東電網(wǎng)并入華北電網(wǎng)后，山東電網(wǎng)與華北主網(wǎng)可充分發(fā)揮聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢進行電力互相支援。調(diào)度員在支援對方或獲得支援前需要盡可能準確地判斷未來時段電網(wǎng)的出力平衡情況，以判斷支援的數(shù)額和時間。例如華北網(wǎng)調(diào)申請山東省調(diào)在未來6 h支援華北主網(wǎng)500 MW，山東電網(wǎng)需要綜合負荷情況、新能源發(fā)電等因素，評估山東電網(wǎng)未來6 h的旋轉(zhuǎn)備用情況是否在支援華北后還能滿足自身調(diào)整需要。因此準確評估日內(nèi)電網(wǎng)出力平衡情況變得非常必要。

2 系統(tǒng)基本構成

2.1 數(shù)據(jù)構成

日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)綜合了能量管理系統(tǒng)（EMS）、日前計劃系統(tǒng)和調(diào)度生產(chǎn)管理系統(tǒng)（OMS）相關數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)備用等信息的計算。系統(tǒng)從EMS中獲取實時運行信息（包括實際用電負荷、風電出力、外網(wǎng)交換功率數(shù)據(jù)和開機信息等），從日前計劃系統(tǒng)中提取日前計劃信息（包括機組計劃可調(diào)出力、新能源及外電計劃出力、機組容量信息等），并從OMS系統(tǒng)中采集電網(wǎng)運行的調(diào)度管理信息（包括機組開停、降出力的開竣工等情況），如圖2。

圖2 山東電網(wǎng)日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)結(jié)構

2.2 旋轉(zhuǎn)備用表達

日前電力平衡是指既定的開機方式下火電機組的開機容量（可調(diào)出力）、日前計劃新能源出力、日前計劃外電電力與日前計劃用電負荷間的平衡。日內(nèi)電力平衡即日內(nèi)實際開機方式下的火電機組的開機容量、實際新能源出力、實際外電電力與實際用電負荷之間的平衡，并考慮日內(nèi)新增（減）降出力情況。因此，將日前計劃正、負旋轉(zhuǎn)備用和日內(nèi)計算正、負旋轉(zhuǎn)備用做如下表達：

式中：ΔPsra+（t）為日前計劃正旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsra-（t）為日前計劃負旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsri+（t）為日內(nèi)計算正旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPsri-（t）為日內(nèi)計算負旋轉(zhuǎn)備用，MW；ΔPca+（t）為日前計劃火電最高可調(diào)出力總和，MW；ΔPca-（t）為日前計劃火電最低可調(diào)出力總和，MW；Pci+（t）為日內(nèi)實際火電最高可調(diào)出力總和，MW；Pci-（t）為日內(nèi)實際火電最低可調(diào)出力總和，MW；Pwa（t）為日前計劃新能源出力，MW；Pia（t）為日前計劃外電電力，MW；Pla（t）為日前計劃用電負荷，MW；Pwi（t）為日內(nèi)實際風電出力，MW；Pii（t）為日內(nèi)實際外電電力，MW；Pli（t）為日內(nèi)實際用電負荷，MW；Pdi+（t）為日內(nèi)非計劃降低最高出力總和，MW；Pdi-（t）為日內(nèi)非計劃提高最低出力總和，MW。

2.3 動態(tài)評估

調(diào)度員對于日內(nèi)電力平衡的掌握主要是針對于未來時間電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用的評估，而未來的用電負荷、風力發(fā)電情況具有不確定性。評估系統(tǒng)利用滾動發(fā)電計劃系統(tǒng)［6］及新能源調(diào)度支持系統(tǒng)中的日內(nèi)短期負荷預測［7-8］作為Pli（t）、Pwi（t）的預測值參與旋轉(zhuǎn)備用的計算。即若當前時刻為t0，Pli（t0）、Pwi（t0）為當前時刻實際的用電負荷和實際風電出力，而對于未來時刻t0+，Pli（t0+）、Pwi（t0+）即為日內(nèi)短期預測值。評估系統(tǒng)將隨著時間的推移滾動計算電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用情況，以便調(diào)度人員對未來時間的電力平衡情況進行動態(tài)的評估。

3 評估指標定義

以正負旋轉(zhuǎn)備用數(shù)學表達為基礎，評估系統(tǒng)定義了日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用、電力平衡影響偏差、風電接納能力和銀東直流閉鎖事故拉路負荷分配等評估指標，以便調(diào)度人員對日內(nèi)電力平衡有清晰和直觀的了解。

3.1 日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用曲線

日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用曲線（ΔPsri+（t），ΔPsri－（t））用以表述日內(nèi)實際計算正負旋轉(zhuǎn)備用情況，為日內(nèi)電力平衡調(diào)度提供準確信息，如圖3所示。

圖3 日內(nèi)計算旋轉(zhuǎn)備用曲線

3.2 旋轉(zhuǎn)備用影響因素偏差曲線

旋轉(zhuǎn)備用影響因素偏差曲線將當日內(nèi)外電電力、新能源發(fā)電、用電負荷、可調(diào)出力等參數(shù)實際值與計劃值的偏差進行表達，便于調(diào)度員實時了解影響旋轉(zhuǎn)備用的各項因素及其影響程度，如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)備用影響偏差曲線

式中：ΔPwi（t）為新能源出力偏差，MW；ΔPii（t）為外電電力偏差，MW；ΔPli（t）為用電負荷偏差，MW；ΔPci（t）為火電最高可調(diào)出力偏差，MW；ΔΔPsri（t）為計算正旋轉(zhuǎn)備用偏差，MW。

3.4 新能源接納能力曲線

當電網(wǎng)風電等新能源出力較高，火電機組均減到最低技術出力仍不能降至實際用電負荷要求時，新能源發(fā)電將無法全額消納。評估系統(tǒng)將新能源接納能力進行表達，見式（10）。如圖5所示，當新能源出力處于新能源接納能力曲線上方時，電網(wǎng)接納能力不足，將提醒調(diào)度值班人員提前做好相關出力平衡安排。

圖5 風電接納能力曲線圖

3.5 銀東直流雙極閉鎖事故拉路數(shù)額及分配

銀東直流若發(fā)生雙極閉鎖將嚴重影響山東電網(wǎng)電力平衡。評估系統(tǒng)給出銀東直流安全自動裝置動作和拒動兩種方式下的事故拉路方案，見式（11）~（12），該評估指標在銀東直流發(fā)生閉鎖后將為調(diào)度人員提供快速的出力平衡方案。各地市事故拉路負荷分配按地區(qū)用電負荷比例分攤，事故拉路負荷分配如圖6所示。

式中：Pcuts（t）為銀東直流雙極閉鎖安全自動裝置動作后事故拉路負荷，MW；Pcutb（t）為銀東直流雙極閉鎖安全自動裝置拒動時事故拉路負荷，MW；Piy（t）為銀東直流落地功率，MW；Pic（t）為銀東直流安全自動裝置實際切負荷數(shù)，MW；Pix（t）為事故備用容量，MW。

圖6 銀東直流閉鎖事故拉路負荷分配

4 系統(tǒng)應用

某日10∶01，山東電網(wǎng)某廠1臺1000MW機組跳閘，由于機組跳閘，該時刻造成電網(wǎng)正旋轉(zhuǎn)備用迅速降低，如圖7所示。

圖7 電網(wǎng)日內(nèi)計算正旋轉(zhuǎn)備用曲線

因用電負荷的高峰在當日17∶00左右，是否需要申請外電臨時支援或臨時開機以滿足未來用電負荷的要求需要綜合考慮當日實際電力平衡情況。圖7顯示該時刻山東日內(nèi)計算正旋轉(zhuǎn)備用情況，通過動態(tài)評估曲線可以看出在11∶15，山東電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用將達到全天最低（415 MW），旋轉(zhuǎn)備用較為緊張。然而如評估曲線所示，較低旋轉(zhuǎn)備用出現(xiàn)的時間較短，且午后及負荷晚高峰期間電網(wǎng)備用相對充足，因此調(diào)度員僅需做出在10∶00—12∶00期間開啟泰山蓄能電站機組發(fā)電以緩解旋轉(zhuǎn)備用緊張局面的安排，避免了不必要的外電支援和臨時開機。

5 結(jié)語

日內(nèi)電力平衡動態(tài)評估系統(tǒng)的開發(fā)，減少了調(diào)度員在進行調(diào)度時需綜合考慮各方面影響因素的時間，為電網(wǎng)調(diào)度帶來更直觀和準確的決策支持信息。評估系統(tǒng)設計以調(diào)度員面對的多種系統(tǒng)（EMS、OMS等）的數(shù)據(jù)進行綜合應用，實現(xiàn)各類調(diào)度應用信息的交互共享，體現(xiàn)了智能化調(diào)度的要求，也將是未來調(diào)度業(yè)務的發(fā)展趨勢。

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Dynamic Assessment for Intraday Power Balance of Shandong Power Grid

ZHANG Hui，CI Wenbin，LEI Ming，LIAO Dapeng，LIU Jun
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

The proportion of electric power imported into Shandong grid is on a rising scale and renewable energy power generation such as wind power is keeping on expanding.Thus，the power balance of Shandong grid is faced with new problems. Various factors influencing power balance are analyzed.Intraday power balance dynamic assessment system is proposed through EMS（Comprehensive Energy Management System）and OMS（power grid dispatching production management system）and day-ahead planning system information.Indicators of this assessment system main include real-time calculation of spinning reserve，impact bias of power balance，renewable energy integration capacity.This system can provide a dynamic reference about power balance for dispatchers，and provide an important decision-making basis for intraday power balance scheduling.

power system；power balance；spinning reserve；dynamic assessment

TM734

B

1007－9904（2015）02－0027－05

2014-11-06

張輝（1984），男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運行與分析工作。