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摘要：特高压直流输电具有输电容量大、调节灵活等优点。运行过程中要求传输功率保持一定稳定性，大的功率波动影响其安全稳定运行，因此特高压直流输电通道要求风火联合出力保持稳定。传统直流运行一般采用定功率方式运行，未充分考虑受端电网负荷特性，直流外送风火电源仍具有较大调峰潜力，如何通过直流调度挖掘风火电源的调峰潜力有很大研究意义。
关键词：特高压直流；风火联合外送；调度策略
1特高压直流外送风火联合电力
1.1直流外送风火系统基本构成
特高压风火直流外送系统简化示意图如下图所示。直流系统与送、受端电网连接，通过配套火电平抑风电的波动，风火联合电源按要求在一定时间内维持输送功率不变或功率波动很小，满足直流输电通道对输送功率稳定的要求。
1.2UHVDC特性进行分析
对于送端电网，可将UHVDC外送功率看作负荷，将外送功率分为风电功率和火电功率，除风电外，可以看成送端电网负载了外送的火电功率，由于UHVDC要求在一定的时间内所输送的功率要保持定值，而风电出力又有一定的波动性，因此外送的火电功率随着风电波动而相应的变化，因此于送端电网，外送火电功率是一种波动性相对其他用电负荷较大的特殊负荷，增加了送端电网调峰需求。同理，对于受端电网，将UHVDC输送的功率看作是电源，相对于网内其他电源，该电源具有一定特殊性。第一，发电功率大，UHVDC传输的功率一般都是百万千瓦级别，接入后改变了受端网络潮流。第二，调节性不如其他电源，UHVDC输电系统两端换流站中使用了大量的电力电子器件，频繁的功率变换会影响其安全使用寿命，因此一般都是定功率运行，日调节次数有一定的约束。第三，改变了受端电力系统其它电源机组组合，由于其所输送功率比较大，必将占有其它电源原发电份额，改变原发电计划及机组组合。
2基于特高压直流外送的风火协调调度策略
2.1改善受端电网调峰裕度的直流调度方法
实际投运特高压直流外送通道的运行方式一般为定功率运行，直流运行计划多呈现“直线式”曲线，不改变受端电网调峰过程。本章在保证风电消纳和特高压直流外送交易量前提下，协调优化直流线路运行计划曲线，减小受端电网负荷峰谷差及波动程度，以节省受端电网调峰容量，改善受端电网调峰裕度，促进电网稳定运行。
2.2基于风电消纳及受端电网调峰的直流调度建模
2.2.1风电最大化消纳模型
利用特高压直流输电外送风火联合电力至负荷中心的初始目的就是进行风电的跨区消纳，对于任何的调度模型，如果其求解结果会产生大量的新能源风电弃风那么其就违反了特高压直流输电工程的建设初衷，其所得调度计划是没有任何参考意义的，风电的最大化消纳是必须考虑的前提因素。现提出风电最大化消纳模型F1如下：
2.2.3改善受端电网调峰裕度的特高压直流外送风火调度模型
如前所述，在制定特高压直流外送风火电力调度计划时，首要必须考虑风电的最大化消纳，第二通过精细化直流运行曲线，使其能够在一定限定条件下尽可能的实现跟随受端电网负荷变化趋势，改善受端电网的调峰裕度，二者需要综合考虑，本文基于这种要求提出了改善受端电网调峰裕度的直流调度模型F3，其为前述模型F1和F2的综合。
需要明确的是式中弃风惩罚项因子β数值的确定过程中已考虑模型F1和F2的数量级差问题。
2.3算例仿真求解
本模型求解采用IBM公司开发专业优化求解器CPLEX，其是一款成熟的商业软件，采用最新版本CPLEX12.7进行模型的编译与求解。
3计及电网安全的直流外送风火联合电力调度方法
实际工程中，大规模风电与火电联合外送时一般都与送端电网存在电气联系，送端电网对直流外送风火系统进行支撑。送端电网可以将直流外送功率看作是负荷，风电作为波动性电源并不能像网内其他电源一样进行灵活调节，而且占用调峰容量，在不计经济性时甚至会出现频繁的火电机组开停机为风电调峰，显然不利于电网的运行。前述方法中，对于风电外送配套火电容量的确定是从爬坡量角度，计算匹配具有一定调节能力的火电容量，等同于送端电网为直流外送风火联合电力分配固定的调峰容量，仿真中如同风火孤岛外送模式，不能充分考虑送端调峰能力问题。本章不再限定配套火电容量，将风火联合外送电力处理为特殊负荷，计及送端网络安全问题，提出基于受端电网调峰与送端风电消纳的直流调度方法。对于受端电网，直流接入会影响网内其他电源机组组合，因此直流接入需考虑受端电网对直流的安全接纳能力，制定直流计划过程中以受端安全接纳直流限值作为参考约束条件。本阶将从以上两个方面，综合考虑送、受端电网网络完全，建立模型，求解直流调度计划。
3.1计及电网安全的直流调度模型
3.1.1建立模型
风火联合外送中配套火电是从风电与火电爬坡量匹配的角度进行计算，以具体火电机组装机容量的形式给出，送端电网为风火打捆外送系统匹配具有需求爬坡能力的火电容量，该做法简单明了，便于理解、分析计算直流外送风火打捆电力的调度，风电就地消纳值按照一定装机比例计算。其未充分考虑送端调峰能力问题，本节不再限定配套火电容量，送端电网在满足网络安全的前提下为直流外送风火进行调峰；风电通过直流输电通道由送、受端网络共同消纳，将风火联合外送电力处理为送端电网特殊负荷。依然以协调风电最大化消纳与受端调峰为目标构建调度模型。
3.1.2模型求解约束
模型求解约束主要分为三个部分，分别为系统功率平衡约束、网络安全约束以及直流运行约束，如下：1）系统功率平衡约束；2）风电功率约束；3）系统旋转备用约束；4）直流输送功率上下限约束。
3.1.3算例结果分析
结合夏季和冬季的直流输电计划曲线可以清晰看出，直流调度计划曲线可以在一定程度上跟踪受端电网负荷变化趋势，并且在受端电网可接纳直流安全范围之内，其等效负荷峰谷差和均方差下降幅度分
别为夏季（39.1%、44.3%）和冬季（32.3%、39.5%），数据说明该调度模型的有效性，能够充分考虑受端电网调峰问题，在电量交易合同发生的情况下，发挥直流输电可方便、迅速调节的优点，减小受端电网等效剩余负荷波动状况，改善其调峰裕度。
4结束语
本文针对我国“三北”地区相继建成多个规模化新能源风电基地，因不能完全就地消纳，通过特高压直流通道外送风火联合电力进行跨区消纳的大背景，提出协调风电消纳与受端电网调峰的直流调度策略。通过分析风电场出力波动特性，提出基于风电爬坡量累积曲线的配套火电容量确定方法；建立改善受端电网调峰裕度的直流外送风火联合电力调度模型；针对固定配套火电容量并不能充分考虑送端电网调峰能力的问题，扩大分析场景，不限定送端配套火电容量，建立计及送、受端电网网络安全的风火协调调度模型。通过算例仿真，得到以下结论：综合风电最大化消纳模型和基于受端电网调峰要求的直流调度模型，建立改善受端电网调峰裕度的直流调度模型可协调受端调峰需求与送端风电消纳。在满足特高压直流运行约束和定协议电量约束条件下，通过精细化直流调度曲线，减小受端电网等效剩余负荷波动，改善受端电网调峰裕度。
参考文献：
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论文作者:赵宇亭1,李平伟1,寇大鹏1,齐建伟1,孟旭1,郭
论文发表刊物:《河南电力》2018年12期
论文发表时间:2018/12/3
标签：电网论文; 火电论文; 风电论文; 功率论文; 模型论文; 负荷论文; 特高压论文; 《河南电力》2018年12期论文;