大用戶直購電對系統(tǒng)風電消納的影響

2018-01-20 22:07:15 《電工技術學報》　點擊量：評論 (0)

西安交通大學電氣工程學院、國家電網(wǎng)公司西北分部的研究人員李言、王秀麗、張文韜、楊廷天、任景，在2017年第23期《電工技術學報》上撰文指

西安交通大學電氣工程學院、國家電網(wǎng)公司西北分部的研究人員李言、王秀麗、張文韜、楊廷天、任景，在2017年第23期《電工技術學報》上撰文指出，大用戶直購電政策的推行，會進一步壓縮電力系統(tǒng)的調(diào)度空間，而當系統(tǒng)中接入大規(guī)模不可調(diào)控的風電機組時，系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。

為了分析大用戶直購電對系統(tǒng)風電消納能力的影響，建立了含大用戶直購電的電力系統(tǒng)風電消納模型。該模型在傳統(tǒng)機組組合模型的基礎上，引入了風電出力約束和可削減的直購電電量合同約束，并對目標函數(shù)進行了相應的調(diào)整。

使用ARIMA模型對風速時間序列進行建模和預測，為機組組合模型提供原始數(shù)據(jù)。將10機系統(tǒng)擴展為40機系統(tǒng)，并引入1 600MW的風電機組，分析了不同直購電電價、直購機組以及直購電規(guī)模下直購電合同對系統(tǒng)消納風電能力的影響。

作為打開售電側市場的重要環(huán)節(jié)，直購電政策的開展和實施意義非凡。大用戶直購電的推行將打破電網(wǎng)企業(yè)單一買方的格局，為建立多買多賣的市場格局奠定基礎。國外的經(jīng)驗表明[1]，隨著直購電運行經(jīng)驗的積累，“大用戶”的門檻會不斷降低，直至所有的用戶都可以直接購電。

實施大用戶直購電要求輸配電價的獨立，有助于建立合理的價格形成機制[2]。直購電政策的推行也促進了市場風險的分攤以及電源側和負荷側的自我平衡[3]。因此，大用戶直購電是我國售電側改革的排頭兵，搞好直購電能發(fā)掘電力市場的潛力，使電力資源得到優(yōu)化配置。

然而，實施大用戶直購電也存在一系列的問題，如電網(wǎng)建設滯后，電價體系不規(guī)范，市場機制不健全，發(fā)電側、用電側和電網(wǎng)三方利益的協(xié)調(diào)等[4]。此外，直購合同的簽訂，會壓縮電力系統(tǒng)的調(diào)度空間，特別是在大規(guī)模的風電接入以后，由于風機出力的隨機波動和不可調(diào)控[5]，使得系統(tǒng)的調(diào)峰問題更加突出[6]。

文獻[7]指出，在包含大規(guī)模風電場的高滲透吞吐型電網(wǎng)中，風電場輸出功率的波動是系統(tǒng)電能質(zhì)量的主要影響因素。由此，急需建立含有大用戶直購電和大規(guī)模風電機組的電力系統(tǒng)機組組合模型，進而分析大用戶直購電對系統(tǒng)風電消納能力的影響。

關于大用戶直購電交易的模型和定價機制，國內(nèi)外已有相關的探討。文獻[8]從直購電的競價算法出發(fā)，給出了3種大用戶直購電的交易方式，并提出了求解直購電模型的快速解法。文獻[9]提出了兩種大用戶直購電交易模式，針對交叉補貼問題提供了思路。

文獻[10]基于發(fā)電企業(yè)的讓利和用電企業(yè)索利價格排序，給出了一種新的集中撮合交易方式，促進了市場的公平競爭。文獻[11]的調(diào)度模型中考慮了電力系統(tǒng)運行的可靠性，從而減少風電波動帶來的不利影響。文獻[12]結合實時電價，分析了不同場景下需求響應對系統(tǒng)消納大規(guī)模風電的作用。

文獻[13]通過引入風電可信度指標，建立了考慮風電隨機性的機組組合模型。文獻[14]針對風電爬坡事件，建立了考慮爬坡事件約束的精確線性化的機組組合模型。文獻[15]從系統(tǒng)發(fā)電成本的角度研究大用戶直購電對經(jīng)濟調(diào)度的影響。文獻[16]考慮了風速相關性，建立了電力系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度模型。

上述文獻對直購電的交易方式和交叉補貼等方面進行了探討，但都沒有關于直購電政策對于系統(tǒng)風電消納能力影響方面的分析。本文在傳統(tǒng)機組組合模型中引入風電出力約束和可削減的直購合同約束，在目標函數(shù)中加入了棄風懲罰項和直購電合同削減懲罰項，建立了含大用戶直購電的電力系統(tǒng)風電消納模型。針對風速時間序列的非平穩(wěn)性，采用ARIMA模型預測風速時間序列。

采用分時電價，運用CPLEX軟件對模型進行求解，得到了系統(tǒng)中各機組各個時段的出力安排情況，棄風量和直購電量安排結果，分析了不同直購電價、直購機組以及直購電量下直購電合同對系統(tǒng)風電消納能力的影響。結合擴展后的標準算例對模型的準確性進行了驗證。

圖8 系統(tǒng)的機組組合方式

結論

隨著我國電力市場化改革的推進，大用戶直購電政策對電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的影響受到電力研究者的關注也不斷增加。本文在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型的基礎上，引入了風電出力約束和可削減的直購電合同約束，并對目標函數(shù)進行相應的調(diào)整，建立了含大用戶直購電的電力系統(tǒng)風電消納模型。

通過CPLEX軟件進行求解，求得了不同直購電價、直購機組以及直購電規(guī)模下系統(tǒng)各機組的出力情況、直購電量的安排情況以及直購電對系統(tǒng)消納風電能力的影響。算例結果表明：

1）在直購電合同約束選用電量約束時，發(fā)電企業(yè)總在直購電實時報價和上網(wǎng)電價的差價最大時使用直購電量。因此，選用合理的直購電價曲線能夠使系統(tǒng)的開機方式趨于合理，從而消納更多風電。

2）由于火電機組的調(diào)峰能力差，在系統(tǒng)中機組主要為火電機組時，直購電為系統(tǒng)帶來的調(diào)峰效益尤為重要。當直購電規(guī)模較小時，大機組簽訂直購電合同可以在負荷最低的時刻擠壓和推遲小機組的出力，降低系統(tǒng)的最小總開機，增大系統(tǒng)的調(diào)峰容量，提高系統(tǒng)消納風電的能力。

3）在直購電規(guī)模較大時，直購電合同約束擠壓了風電的消納空間。為了盡可能地消納風電出力，就要削減一部分直購電合同電量。此外，在總直購電量一定時，簽訂直購合同機組的類數(shù)越多，每臺機組的直購負荷率越低，消納風電的能力越強。