一种大区电网间最优交易容量的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统技术经济领域，涉及一种大区电网间最优交易容量的确定方 法。
【背景技术】
[0002] 随着国家电力战略"西电东送"和"北电南送"的实施，大量特高压交、直流输电 线路已经建成或进入了建设日程，国家电网将在原有的相对独立的几个大区电网基础上实 现经特高压网架的互联。特高压线路实现了跨区域、长距离、大功率的电能传输和交易，发 挥了更大范围的电力资源优化配置功能。但是，对几个严重依赖区外电力的大区电网如华 东、华北电网，合理分配区外电力、协调区外电力和区内电力交易以及发挥特高压工程的最 大作用等一系列技术经济问题关系到了各方的利益；另一方面，随着我国减排计划的推进， 《可再生能源电力配额考核办法》的实施，作为主要负荷中心的华中、华东、华北电网要完成 各自的可再生能源电力消费任务，必须通过跨区清洁电能交易实现；因此，大区电网消纳区 外电力方案作为解决方法受到了交易各方的重视。
[0003] 完整的大区电网消纳区外电力方案包括大区电网交易区外电力容量和区外电力 在大区电网各地区的分配方案。因此，大区电网间最优交易容量是最优消纳方案的重要组 成部分。
[0004] 现行的跨区电能交易流程中，大区电网间交易容量由交易双方协商确定，具有随 意性，交易容量确定过程缺乏对特高压运行效率和交易经济性的分析。
[0005] 大区电网间最优交易容量等于网间特高压联络线的最优输电容量，计算中的主要 的限制因素为特高压联络线可用输电容量（ATC)。北美电力系统可靠性委员会定义可用输 电能力（ATC) :ATC为在已成交的输电协议基础上，电网在满足各种故障安全约束条件下剩 余的且将来可作为商业用途的传输容量。
[0006] 目前，可用输电能力的计算方法主要有：直接潮流法、连续潮流法和最优潮流法， 由于直接潮流法难以保证计算的准确性，连续潮流法计算值偏保守，因此通常采用最优潮 流法。最优潮流法主要包括：在考虑各种系统安全性约束条件的前提下，将受电区域节点负 荷及送电区域发电机功率作为控制变量，在使某目标函数达到最优的情况下完成计算。使 用最优潮流法计算得到的可用输电能力即满足某目标函数的最优输电能力。
[0007] 常见的安全性约束条件有系统物理约束、静态安全约束、暂态稳定约束。系统物理 约束包括：潮流约束、发电机组出力约束、节点电压约束、线路容量约束及交易约束，为系统 的正常运行约束。静态安全约束是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行 条件及给定的切除方案，确定切除某些元件是否危及系统的安全，常表现为指定电网的N-I 计算。暂态安全约束是指电力系统遭受如输电线路短路等大扰动时，各同步发电机是否能 保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来运行状态。
[0008] 对不同的电力市场，计算可用输电能力的最优潮流有不同的经济性目标函数；一 般的，对于仅允许发电侧投标的单一买方市场，目标函数为购电成本最小；对于允许负荷侧 投标的市场，目标函数为社会效益最大。因此，针对不同的市场形态，现有经济性分析的目 标函数有购电成本最小和网损费用最低、发电成本和负荷切除量最小等。
[0009] 如文献《计及发电报价的可用输电能力的计算》提出了一种在确保系统安全性约 束的前提下，实现系统的每一运行点按照发电机组的报价经济的分配其有功出力的计算方 法。文献《计及经济性约束的可用输电能力研究》在满足系统物理约束的前提下，负荷增长 引起电力的需求在发电区域按照发电厂商的报价函数经济分配，计及了降损的效益，实现 系统在每一个运行点下，购电成本的最小和网损费用最低，实现了最优输电能力的求取。文 献《基于最优潮流并计及静态电压稳定性约束的区域间可用输电能力计算》基于最优潮流 (OPF)方法，用原对偶内点法计算得到输电线路N-I安全约束下的区域间可用输电能力。
[0010] 上述，基于经济性目标函数，利用最优潮流法计算安全约束下线路可用输电能力 的方法虽然简单明晰，但是存在以下缺点：
[0011] 1)电网在不同的运行水平下有不同的安全裕度要求，上述方法中虽然都计及了安 全约束，但是在不同计算方法中，安全性约束条件设定具有随意性，只顾及安全约束的单一 层面，忽略了对安全问题的综合性考虑。
[0012] 2)不同市场环境下有不同的经济性目标，而在非完全竞争市场，不同的交易方有 不同的利益关切，上述方法中的经济性目标函数只考虑到发电方或全网立场利益，缺少购 电方立场的经济性目标函数；只有基于购电成本或发电成本最小的经济性函数，没有对电 力交易综合经济效益的分析。
[0013] 目前，随着我国减排计划的推进，《可再生能源电力配额考核办法》的实施，电力交 易中的清洁能源消纳成了关注热点，清洁能源消纳纳入电力交易的经济性效益中计算，将 为《可再生能源电力配额考核办法》的执行提供经济基础。
[0014] 本专利的经济性目标函数中引入了碳排放强度和碳排放权的概念。
[0015] 碳排放强度：指单位发电量产生的碳排放总量，随火电发电机组的不同而不同，如 常规燃煤机组、燃气机组、燃油机组、碳捕集机组等。
[0016] 碳排放权：碳排放权是对环境容量资源的限量使用权，是指政府确定污染物的排 放总量或标准，随后进行排放权初始分配（界定产权），由企业在排放权交易市场上自由交 易排放权，即由市场确定排污权的价格，并实现资源优化配置。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是针对现有大区电网间可用输电能力分析方法的不足，提出一种大 区电网间最优交易容量的确定方法，考虑了清洁能源和碳排放权交易对跨区电力交易的影 响，实现了对跨区电力交易容量的安全、经济综合计算，只需更新购电电网及其输电通道综 合模型和实时价格参数，就能分析任意时刻大区电网消纳区外电力的最优方案，为交易计 划和经济调度提供参考。
[0018] 1、一种大区电网间最优交易容量的确定方法，其特征在于，该方法包含下列步 骤：
[0019] I. 1在大区电网及电网间特高压联络线综合模型中，以N-I潮流约束、静态稳定性 潮流约束为约束条件，对特高压联络线进行安全校核，得到其最大输电容量：
[0021] 其中，if"为特高压联络线i的最大输电容量，J表示购电电网内的母线集合，pg] 和q,分别表示母线j上的发电机有功功率注入和无功补偿装置的无功功率注入；
[0022] 1. 2计算大区电网消纳区外电力综合经济性指标q :
[0023] q=PXvXtXe Xf-PXtX (In2-Iii1)-APXtXm2
[0024] 其中，P表示总购电容量，V表示购入电能中的清洁电能比例，t表示所选定的考 察时间长度，e表示区内火电机组的平均碳排放强度，f表示当期碳排放权交易价格，叫表 示区内火电电价，m 2表示跨区购电下网关口电价，A P为区外购电对区内购电在大区电网内 产生的网损差（AP = AP1-AP2,
[0025] AP1为区外购电方式下的大区电网内网损，AP2表示不购区外电时大区电网内的 最小网损）；
[0026] 1. 3按网损最小优化系统潮流，得到最优潮流中的联络线输电容量S ;以特高压联 络线最大输电容量为取值上限，建立输电容量S的邻域Q ;设置取样间隔A，将Q内的所 有取样点代入综合经济性指标表达式中，得到一组取值序列n ;
[0027] 1. 4米用最小二乘法，在横坐标为内的所有取样点，纵坐标为取值序列n的直 角坐标系中，对特高压联络线输电容量及对应的经济性表达式取值进行曲线拟合，得到特 高压联络线输电容量及对应的经济性表达式取值之间关系的拟合曲线n (P)，求得n_(P) 点，n_(P)对应的特高压联络线输电容量s'为所求最优交易容量。
[0028] 步骤1. 3所述的Q范围为[(C^1S)U(孓巧_)]，人取10至200之间的一个数值。
[0029] 本发明具有以下优点：
[0030] 1、建立了更综合全面的经济评价指标。在购电费用和网损最小的单方面经济最优 判断基础上，增加了碳排放效益和购电收益最大的综合性考量目标，摆脱了单纯考虑发电 方经济效益的狭隘，经济约束更为综合全面。
[0031] 2、具有较好的延伸性。当电网网架、电源负荷分布情况等运行状态条件变化时，只 需更新购电电网及其输电通道综合模型和实时价格参数，仍能利用运行经验快速确定对应 的安全约束条件和最优消纳方案。
[0032] 3、该方法针对两个互联电网，在《可再生能源电力配额考核办法》实施期间，对有 清洁能源交易需求的互联电网，能分析任意时段电网间最优交易容量。
【附图说明】
[0033] 图1为一种大区电网间最优交易容量的确定方法流程示意图。
[0034] 图2为中国电科院典型超高压配网系统模型CEPRI-36V6系统示意图。
[0035] 图3为CEPRI-36V6系统算例中特高压联络线输电容量与对应综合经济指标的关 系拟合曲线示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0037] 实施例一
[0038] 本发明提出的一种大区电网间最优交易容量的确定方法流程如图1所示，包括以 下步骤：
[0039] 1)选择大区电网与区外互联通道改变年份为典型年，建立购电电网及其网间联络 线综合模型，包括大区电网和网间特高压联络线，其中，售电大区电网等效为发电机；对网 间特高压联络线进行安全校核，以N-I潮流约束和静态稳定性潮流约束为安全约束条件， 利用静态稳定性灵敏度分析法分析不同的特高压联络线潮流下系统各母线运行参数，得到 系统的敏感点，分析特高压联络线的输送功率与敏感点的稳定性的相关关系，得到安全约 束下特高压联络线最大输电容量；
[0040] 2)分析跨区电力交易中的经济指标，将清洁能源消纳纳入电力交易的经济性效益 中，建立大区电网消纳区外电力综合经济性指标式。具体包括以下步骤：
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