基于日前调度时段组合的联络线功率可行域分析_袁泉.pdf

第 47 卷 第 2 期 电 网 技 术 Vol.47 No.2 2023 年 2 月 Power System Technology Feb.2023 文章编号：1000-3673（2023）02-0636-09 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 学科代码：47040 基于日前调度时段组合的联络线功率可行域分析 袁泉1，孙宇军2，张蔷1，刘春晓1，李豹1，朱正春2，赖晓文2（1中国南方电网电力调度控制中心，广东省 广州市 510663；2北京清能互联科技有限公司，北京市 海淀区 100084）Feasible Region of Tie-line Capacity Based on Combination of Day-ahead Dispatching Time Intervals YUAN Quan1,SUN Yujun2,ZHANG Qiang1,LIU Chunxiao1,LI Bao1,ZHU Zhengchun2,LAI Xiaowen2(1.CSG Power Dispatching Control Center,Guangzhou 510663,Guangdong Province,China;2.Beijing Tsintergy Technology Co.,Ltd.,Haidian District,Beijing 100084,China)ABSTRACT:Evaluating the transfer ability of trans-regional power system channels by the tie-line available transfer capacity(ATC)may result in an unfeasible tie-line plan under the sub-region operation constraints or lead to extra re-dispatch costs.This paper proposes an analysis method of the tie-line power feasible region based on the combination of the distant and the adjacent time intervals,which is adapted to the demand of the day-ahead dispatch scenario.Firstly,based on the polytope projection theory,the impacts of time-coupling relations on the feasible region calculation and countermeasures are analyzed.Then,in accordance with the characteristic of time intervals coupling in the day-ahead dispatch,the strategy of the distant and adjacent time intervals combination is designed and the feasible region models are established.In this way,the impacts of the coupling constraints of both the distant and adjacent time intervals are considered.And the tie-line capacity of each time interval in the day-ahead dispatch is depicted by the combination of the feasible region calculation results of the distant and adjacent time intervals.Finally,based on the 118 nodes system the different calculation results of feasible regions by several methods are compared,and the complementary of the distant and adjacent time intervals combination strategy is analyzed.Based on the 39 nodes system interconnected with the 118 nodes system,the influence of the tie-line capacity feasible region on the sub-region dispatch plans is analyzed,which verifies the efficiency of proposed method.KEY WORDS:tie-line;feasible region;day-ahead dispatch;projection theory;time intervals coupling 摘要：借助联络线可用传输容量(available transfer capability，基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目(ZDKJXM20200050)。Project Supported by Science and Technology Foundation of CSG(ZDKJXM20200050).ATC)来评估跨区电网的通道传输能力，可能导致据此得到的联络线计划与子区域的运行条件不匹配或引起额外的再调度成本。提出了一种基于广域和邻域时段组合的联络线功率可行域分析方法，可以更好地适应日前调度的场景需求。首先，借助多面体投影理论分析了时段耦合关系对可行域计算的影响，并提出应对思路。然后，针对日前调度跨时段耦合的特点，设计了广域和邻域时段组合的策略并构造可行域模型，兼顾时段跨度较大的耦合约束以及相邻时段的耦合约束的影响，将广域和邻域时段可行域的计算结果合成得到日前调度各时段的联络线功率可行域。最后，基于 118 节点系统比对了不同方法计算可行域结果的差异，并分析了广域、邻域组合策略的互补作用；以与 118 节点系统互联的 39 节点系统为例，分析了联络线功率可行域对子区域调度计划的影响，由此验证了所提方法的有效性。关键词：联络线；可行域；日前调度；投影理论；时段耦合 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2022.0009 0 引言 新型电力系统的形态演化和全国统一电力市场体系建设的背景下，电能资源在跨省区范围内优化配置的趋势将逐步凸显1-2。考虑到不同省区的电源结构和规则体系等客观条件的差异，电网运行管理和电力市场建设的实践中，主要遵循国分省多级协调的运作模式3-4。通过跨区、跨省联络线实现余缺互济的前提下，再以省为实体开展内部的平衡与安全运行管理。联络线计划的编制、校核是影响多级协调的调度和交易组织工作的关键环节，因此合理评估跨省区通道的传输能力具有必要性5。已有研究中，最为常见的是借助可用输电容量(available transfer capability，ATC)6-7或者通过外部电网等值8-9的方式来衡量联络线的传输能力，作为互联电网的计划编制、市场出清的依据。基于 ATC第 47 卷 第 2 期 电 网 技 术 637 的方法中，通常是将每个省区等价处理为一个网络节点7，仅考虑区域的平衡和联络线的安全约束来开展调度和市场出清，由于联络线计划编制未考虑到省网运行约束的影响，可能导致据此展开的省内日前调度计划问题无解。基于外部电网等值的方法，主要是通过消去外部网络，在保证等值前后的总传输容量相等的前提下，求解等值支路的传输限值9。为提高日前跨区送受电计划的可执行程度，欧洲统一市场中，价区之间的耦合也从基于 ATC的模式逐步转向基于潮流耦合(flow-based，FB)的模式10-12，将最有可能受到跨区交易影响的区内关键线路也一并考虑在内。类似地，文献13构建的日前省间市场出清模型，也将关键安全约束的范围扩展到全部省间断面和部分省内断面。尽管如此，无论是传统的 ATC 测算方法、外部网络等值方法以及基于 FB 的方法，联络线传输容量的估算都难以细致的考虑子区域内运行约束的影响。为此，部分学者提出了利用多参数规划理论14-15、投影理论16-17等方法来计算联络线的可行域。文献15以联络线功率为作为规划参数，通过测算满足平衡、机组出力和支路传输极限等约束下的联络线功率可行范围，较为准确的刻画出联络线功率可行域；文献16利用子区域调度优化的可行域是凸多面体的特征，将完整的调度可行域从高维空间投影至仅含联络线的低维空间中，通过顶点搜索法计算得到联络线可行域。此外，文献18和文献19分别提出了将可行域方法用于省间可交易电量以及中长期双边交易电量校核的思路，进一步拓展了可行域方法的应用场景。但是，上述文献提及的方法直接应用在连续调度时段数量较多的场景时，会导致计算量的急剧增加甚至难以执行。部分文献提出的基于时段聚类等方式20-21来重构可行域的方案，还不够全面考虑日前调度时段耦合的特点，存在进一步完善的空间。基于上述背景，本文提出了一种基于日前调度时段组合的联络线功率可行域计算方法。首先，基于投影理论分析联络线可行域的计算逻辑以及时段耦合因素的影响；然后，设计了跨时段的广域搜索和邻域搜索相结合的策略，通过不同时段组合子问题的可行域求解，合成日前各计划时段的联络线交换功率的可行范围，为日前调度计划优化提供更清晰的边界条件。最后，基于 IEEE 118 节点系统和IEEE 39 节点系统的算例，比对了不同方法的联络线交换功率可行域计算结果，及其对子区域调度计划的影响，验证所提方法的有效性。1 日前调度场景下的联络线可行域原理分析 1.1 日前调度场景下的联络线可行域释义 对于互联电网的子区域而言，日前计划各时段的机组出力序列矩阵表示为 HHGGGH1,11,21,2,12,22,G,1,2,NNNNNNpppppppppP (1)式中：第 i 行第 t 列的元素表示机组 i 在 t 时段的出力；GN表示子区域内部的机组数目；HN表示日前调度时段数目。子区域的电力电量平衡约束为 GTLDTTTGTLDNNNePePeP(2)式中：TLP表示子区域的联络线节点受入功率的序列矩阵，第 l 行第 t 列的元素表示联络线 l 在 t 时段的受入功率；DP表示子区域的节点负荷序列矩阵，第 d 行第 t 列的元素表示母线节点 d 在 t 时段的负荷需求；TLN和DN分别表示子区域的联络线节点数目和母线节点数目；GNe、TLNe和DNe分别表示与GP、TLP和DP维度对应且元素为 1 的列向量。机组最大最小出力约束为 TTGminHGGmaxHPePPe(3)式中：GminP和GmaxP分别表示子区域内机组最小和最大出力范围的列向量；He表示维数是HN且元素全为 1 的列向量。机组的爬坡约束为 UPGG1GHDNG+1GGH,=2,=1,1tttttNtN P eP ePP eP eP(4)式中：UPGP和DNGP分别表示由子区域内的机组上爬坡、下爬坡能力组成的列向量；te表示维数是HN且第 t 个元素为 1 的单位列向量；对应的，单位列向量1te和+1te的维数是HN，分别在第 t1 和t+1 个元素取 1。子区域内的电网安全约束为 TTLmaxHgGTLTLDLmaxHPeG PGPGPPe(5)式中：G表示子区域的潮流转移分布因子矩阵；gG和TLG分别表示发电节点所在的列和联络线节点所在的列对应的潮流转移分布因子矩阵