电力系统输电运行弹性空间的基本概念与效益评估

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　　摘  要：目前国内外学者对于电力系统线路故障短时增容和联络线调整均有一些研究，但并未全面分析线路故障短时增容和联络线调整所带来的输电运行弹性空间，评估对电网产生的效益，且对于联络线调整建模较为粗略，未考虑外部网络运行约束对联络线传输功率的限制作用。鉴于此，文章重点就电力系统输电运行弹性空间的基本概念與效益评估进行研究，以供参考和借鉴。
　　关键词：电力系统;输电运行;弹性空间;基本概念;效益评估
　　引言
　　由于电网负荷的增长以及新能源渗透率的不断攀升，电网安全运行的可行域逐渐缩小，电网运行逼近极限。电力系统的新变化和新形态为电网经济、安全运行提出了新的挑战，已有众多学者开展了考虑不确定性的电网运行优化方法等关键问题的相关研究，在电网运行安全域内提高电网运行的安全性和经济性。然而若要从根本上解决负荷增长和电网注入不确定性增加情况下的电力系统安全运行难题，需要扩展电网的运行边界，扩大电网运行安全域。
　　1电力系统输电运行弹性空间的基本概念
　　1.1线路故障短时增容弹性模型
　　电网的安全运行不仅需要满足正常状态下的潮流约束，而且需要满足N-1故障状态下线路潮流不越限，N-1安全约束分为预防性控制和校正性控制两种，其区别在于预防性控制要求在线路N-1故障状态下，机组出力无需调整也可保证电网安全运行，而校正性控制允许故障状态下通过机组出力的调整消除越限。若要求电网在所有N-1场景下均不能产生线路潮流越限，就大大缩小了电网的运行安全域。事实上，由于线路过载和电流越限引起的热量积累存在一个时间过程，电网通常能够承受短时间的潮流越限，例如新英格兰电网将线路潮流传输容量分为三档，即故障状态长时间容量（冬季4h、夏季12h容量限值），故障状态短时间容量（故障后15min容量限值），以及故障容量极限（故障后5min容量限值），本文将线路故障状态下短时间传输容量的增加称为线路故障短时增容。目前电网采用的预防性控制方式中，其描述的可行域是线路故障短时增容的输电约束所描述可行域的一个子集，因此线路故障短时增容有效地利用了线路故障时电流热效应积累的时间过程，拓展了输电环节的运行弹性空间。
　　1.2联络线调整弹性模型
　　目前我国电网间联络线功率由上级调度机构制定，下发至各区域调度机构，在一段时间内保持不变，不能根据电网运行状况动态调整。该模式便于实现分省电力电量平衡，但没有充分利用联络线的运行弹性空间扩大电网的运行安全域，实现区域之间电力资源的协调互济。结合电网实际运行工况，本文提出联络线调整弹性模型，其中需要考虑以下三个方面的约束：第一，外网运行等值约束，即为满足互联外网运行约束，联络线传输功率不能越过外网等值的可用容量（互联外网可提供给联络线传输最大功率）;第二，阶梯化约束。出于电网可靠性以及调度便捷考虑，联络线传输功率应满足阶梯化约束;第三，日交换电量约束，即为满足跨区电量交易计划，日交换电量需保持不变。
　　2电力系统输电运行弹性空间的效益评估
　　为了研究输电运行弹性空间对N-1安全经济调度的影响，这里采用以下4种调度策略进行分析。M1：常规N-1安全经济调度方案，不考虑线路故障短时增容和联络线调整弹性;M2：仅考虑线路故障短时增容弹性的N-1安全经济调度方案;M3：仅考虑联络线调整弹性的N-1安全经济调度方案;M4：同时考虑线路故障短时增容和联络线传输容量两方面输电运行弹性空间的N-1安全经济调度方案。
　　2.1输电运行弹性空间分析
　　2.1.1线路故障短时增容弹性分析
　　通过研究分析发现，考虑线路故障短时增容的调度策略M2相较于常规调度策略M1，机组4出力总量有所提高，而机组5出力总量降低。这是由于在常规调度策略M1下，线路3-4，4-6，12-13阻塞严重，限制了机组出力可行域，考虑线路故障短时增容弹性后，发生N-1故障时，短时间内放宽线路的传输容量约束，缓解了线路阻塞对机组出力的限制，扩大了机组出力可行域，最终使得发电成本最低的机组4总出力增大，发电成本最高的机组5总出力降低。
　　2.1.2联络线调整弹性分析
　　在白天07：00到夜晚21：00时段，外网在其运行约束下可提供的传输容量低于热极限传输容量，如果按热极限传输容量约束进行调整，不考虑外网运行约束对联络线传输功率的限制，可能导致安全性问题。本文提出的联络线外网运行等值约束可以精准刻画联络线的“真实”弹性空间，保证了联络线在电网安全的前提下调整。M1和M2不考虑联络线调整，联络线传输功率固定，而考虑联络线调整的调度策略M3和M4，联络线传输功率在可传输容量约束下发生了调整。在夜晚21：00到白天07：00，由于风力充足，风电机组可发电量较多，联络线传输功率下调以接纳更多的风电，而在白天07：00到夜晚21：00时段，风力不足，风电机组可发电量较少，成本较便宜的联络线传输功率上调来满足负荷要求。由此可见，联络线灵活调整有效提高了各机组的调整能力，扩大了电网运行可行域。
　　2.2效益分析
　　通过研究发现，常规调度策略M1的弃风比例为13.9%，而考虑输电运行弹性空间的调度策略M2至M4弃风比例分别为9.2%、11.0%和6.1%。其原因主要体现在以下两个方面，一方面考虑线路故障短时增容弹性后，提升了线路的传输容量，常规机组可以下调出力，从而消纳更多的风电。另一方面考虑联络线调整弹性后，联络线功率可以下调，以提高电网消纳风电的能力。
　　结束语
　　综上所述，随着电网负荷的增长和新能源的不断接入，为保证电网运行的安全性与经济性，本文提出输电运行弹性空间的基本概念，建立线路故障短时增容和联络线调整弹性模型，有效缓解N-1故障时线路的阻塞程度，在保证电网运行安全的前提下，扩大了电网运行可行域。算例对考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度的效益进行评估，仿真表明考虑输电运行弹性后，可以有效降低电网的运行成本，促进风电的消纳。
　　参考文献
　　[1]  金岩峰.电力系统输电运输管理策略[J].中国新技术新产品，2018（18）：138-139.
　　[2]  江龙.电力系统输电线路设计问题探讨[J].居舍，2018（22）：129-130.
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