新型電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）

1T/JESXXX—XXXX新型電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬技術(shù)規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了新型電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬的原則及方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于有新型電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬需求的調(diào)度機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位，以及相應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)、檢測及運(yùn)行，為電力系統(tǒng)規(guī)劃研究階段開展時序生產(chǎn)模擬提供技術(shù)規(guī)范依據(jù)。2規(guī)范性引用文件以下文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T30149電網(wǎng)通用模型描述規(guī)范GB/T31464電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則GB/T33590.1-2017智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第1部分：總體架構(gòu)GB/T33590.2-2017智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第2部分：術(shù)語GB/T33602-2017電力系統(tǒng)通用服務(wù)協(xié)議DL/T1170電力調(diào)度工作流程描述規(guī)范GB38755電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則GB/T38969電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則DL/T5003電力系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計規(guī)程DL/T516電力調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)程N(yùn)B/T11194-2023新能源基地送電配置新型儲能規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則DL/T2674-2023新能源高占比電力系統(tǒng)規(guī)劃階段電網(wǎng)方式選取技術(shù)規(guī)范國家發(fā)展和改革委員會令（第14號）電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬productioncostminimizationsimulation根據(jù)電源的出力特征、電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、負(fù)荷分布特性等邊界條件，以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，以安全運(yùn)行為約束，模擬電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的運(yùn)行過程。3.2混合整數(shù)線性規(guī)劃mixed-integerlinearprogramming目標(biāo)函數(shù)和約束條件均為線性，部分決策變量限制為整數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題。具體來說，其約束條件支持等式約束及不等式約束；變量類型包括0-1變量、整型變量、實數(shù)型變量。2T/JESXXX—XXXX3.3啟停成本startupandshutdowncosts指機(jī)組從關(guān)閉狀態(tài)啟動或從運(yùn)行狀態(tài)停機(jī)時，所產(chǎn)生的額外成本。啟停過程通常需要考慮機(jī)組的燃料消耗、啟動時間、初始負(fù)荷條件等因素。3.4棄風(fēng)/棄光成本wind/photovoltaiccurtailmentvost)指在某些時段，風(fēng)電或光伏發(fā)電由于系統(tǒng)負(fù)荷過低或電網(wǎng)調(diào)度限制等原因未能被完全消納的情況下，造成的經(jīng)濟(jì)損失。3.5機(jī)組爬坡率ramp-upandramp-downrates)指發(fā)電機(jī)組在單位時間內(nèi)功率輸出的最大變化速率，分為向上爬坡率（增加功率）和向下爬坡率（減少功率）。3.6電力電量平衡約束powerbalanceconstraint指在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)的總發(fā)電量必須等于系統(tǒng)的總負(fù)荷需求加上其他可能的系統(tǒng)損耗。3.7潮流約束powerflowconstraint用于描述電力在電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)和線路之間的流動規(guī)律。在潮流分析中，功率流的分布由節(jié)點(diǎn)的凈電力注入、線路的電氣參數(shù)和電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共同決定。3.8傳輸約束transmissionconstraint規(guī)定了電力在電網(wǎng)中各輸電線路上的功率傳輸限制。這些約束通常包括輸電線路的最大承載能力和最小承載能力，以防止線路過載并確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.9備用約束reservecapacitycConstraint用于保證電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能夠提供足夠的備用容量，應(yīng)對突發(fā)負(fù)荷增長或發(fā)電機(jī)組失效等情況。備用容量分為向上備用和向下備用，分別用于應(yīng)對負(fù)荷增加和發(fā)電機(jī)組故障，確保系統(tǒng)的可靠性和安全性。3.10最小啟停時間minimumon/offduration指發(fā)電機(jī)組從停機(jī)狀態(tài)啟動或從啟動狀態(tài)停機(jī)所需的最短時間。該約束確保機(jī)組在啟停過程中不會過于頻繁地操作，從而避免由于快速啟停帶來的設(shè)備損耗和不必要的成本。頻率安全約束frequencysecurityconstraint指電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中對頻率變化率的限制，通常以系統(tǒng)頻率的最大變化速率（RoCoF）為依據(jù)。該約束用于確保電力系統(tǒng)在遭遇突發(fā)事件（如機(jī)組故障）時，能夠快速調(diào)整頻率，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。4.數(shù)據(jù)輸入及處理4.1數(shù)據(jù)采集3T/JESXXX—XXXX時序生產(chǎn)模擬的輸入數(shù)據(jù)通常包括：當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷/新能源出力數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行特性參數(shù)等。為確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，數(shù)據(jù)的采集和處理應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并保證數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。4.1.1負(fù)荷數(shù)據(jù)要求負(fù)荷數(shù)據(jù)為當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可采用小時級或15分鐘級的時間分辨率。負(fù)荷數(shù)據(jù)宜通過終端或調(diào)度自動化系統(tǒng)自動采集，采集數(shù)據(jù)應(yīng)滿足GB/T33604-2017的要求，并可通過手動方式補(bǔ)充錄入。應(yīng)包括所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的用電需求數(shù)據(jù)，以及可能影響負(fù)荷的其他重要因素（如節(jié)假日、季節(jié)性變化用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)通過新型電力負(fù)荷管理、調(diào)度自動化等系統(tǒng)采集，可根據(jù)實際情況采用直采、擬合等方式獲取，應(yīng)包括來自電力用戶的、對用戶用電負(fù)荷有較大影響的用戶生成計劃數(shù)據(jù)。4.1.2新能源出力數(shù)據(jù)要求新能源出力數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋風(fēng)電、光伏、以及其他新能源發(fā)電（如生物質(zhì)能等）的出力信息。風(fēng)電出力數(shù)據(jù)原則上根據(jù)當(dāng)?shù)販y風(fēng)塔代表年風(fēng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，光伏出力數(shù)據(jù)原則上根據(jù)當(dāng)?shù)販y光站代表年太陽能總輻射量進(jìn)行測算。若無上述實測數(shù)據(jù)，可參考近區(qū)具有代表性的場站標(biāo)桿機(jī)組實際運(yùn)行數(shù)據(jù)或利用相關(guān)氣象、衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。新能源的出力強(qiáng)烈依賴于天氣因素，風(fēng)速、光照強(qiáng)度、氣溫等氣象數(shù)據(jù)應(yīng)作為輔助數(shù)據(jù)輸入。4.1.3電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及參數(shù)要求節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)包括電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識、類型、并網(wǎng)容量等信息，同時應(yīng)詳細(xì)描述節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系。線路數(shù)據(jù)應(yīng)包括輸電線路的電氣特性參數(shù)（如電阻、電抗、最大容量等）、兩端連接節(jié)點(diǎn)信息、線路長度、是否有備用線路等。4.1.4機(jī)組運(yùn)行特性參數(shù)要求基本數(shù)據(jù)應(yīng)包括機(jī)組接入節(jié)點(diǎn)、機(jī)組類型（如燃煤、燃?xì)?、核電、風(fēng)電、水電等）、機(jī)組發(fā)電成本系數(shù)、機(jī)組容量、所屬電廠、機(jī)組啟動方式等基本信息。運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)應(yīng)包括最大發(fā)電能力、最小出力能力、最大向上/下爬坡率、最小啟停時間、機(jī)組調(diào)節(jié)能力等。4.1.5其他要求負(fù)荷數(shù)據(jù)、新能源出力數(shù)據(jù)應(yīng)與時序生產(chǎn)模擬的范圍、時間尺度相匹配。4.2數(shù)據(jù)處理對空數(shù)據(jù)點(diǎn)、零數(shù)據(jù)點(diǎn)、連續(xù)恒定值、異常階躍值等數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識，通過數(shù)據(jù)插值、回歸模型、數(shù)據(jù)推斷等方法填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，以確保后續(xù)處理和分析不受影響。補(bǔ)充后的數(shù)據(jù)應(yīng)符合數(shù)據(jù)源的分布特征。經(jīng)過修正的數(shù)據(jù)應(yīng)以特殊標(biāo)志以做區(qū)分。所有數(shù)據(jù)應(yīng)具備較高的采集精度，特別是負(fù)荷數(shù)據(jù)、風(fēng)電和光伏出力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，精度要求通常在小時級、15分鐘級或分鐘級，確保模擬過程中數(shù)據(jù)的細(xì)粒度。此外，所有數(shù)據(jù)應(yīng)按照相同的時間步長進(jìn)行同步處理，避免因時間不對齊導(dǎo)致計算誤差。采集的原始數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的校驗，確保其準(zhǔn)確無誤?？梢圆捎脭?shù)據(jù)校驗規(guī)則，如負(fù)荷功率數(shù)據(jù)不應(yīng)超過機(jī)組能力范圍，風(fēng)電和光伏的出力數(shù)據(jù)應(yīng)在物理和設(shè)備能力范圍內(nèi)。4T/JESXXX—XXXX所有輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲與處理，確保不同來源的數(shù)據(jù)能夠相互兼容。例如，負(fù)荷數(shù)據(jù)、機(jī)組數(shù)據(jù)、新能源出力數(shù)據(jù)等應(yīng)采用統(tǒng)一的時間戳格式、單位標(biāo)準(zhǔn)等，避免由于格式不一致導(dǎo)致數(shù)據(jù)不易對接或錯誤。5電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬方法生產(chǎn)模擬方法在電力系統(tǒng)中被廣泛運(yùn)用于電量平衡分析、發(fā)電調(diào)度過程模擬以及系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)評估，為電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行方式的安排提供了重要的決策依據(jù)。5.1隨機(jī)生產(chǎn)模擬常見的生產(chǎn)模擬方法可主要分為類。第一類是基于持續(xù)負(fù)荷曲線的隨機(jī)生產(chǎn)模擬。這一方法通過簡化電力系統(tǒng)的時序運(yùn)行特性，安排各類機(jī)組在持續(xù)負(fù)荷曲線上的運(yùn)行狀態(tài)和啟停順序，進(jìn)而計算出系統(tǒng)及各類機(jī)組在中長期尺度下的運(yùn)行指標(biāo)。此方法計算速度較快，適用于電力電量平衡的快速分析。然而，隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，該方法在反映系統(tǒng)時序特性方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以更好地模擬實際調(diào)度過程。5.2時序生產(chǎn)模擬第二類是時序生產(chǎn)模擬技術(shù)。該方法基于負(fù)荷及新能源的時序曲線，在較高的時間分辨率下進(jìn)行長時段的電力電量平衡模擬，能夠較為真實地模擬電力系統(tǒng)的調(diào)度過程，展現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的具體細(xì)節(jié)。通過引入更加細(xì)致的系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行約束，進(jìn)行中長期時段的時序平衡分析，結(jié)果更為貼近實際操作。本標(biāo)準(zhǔn)主要介紹時序生產(chǎn)模擬的模型、求解及運(yùn)行指標(biāo)。6時序生產(chǎn)模擬建模6.1時序生產(chǎn)模擬目標(biāo)函數(shù)電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬模型一般以整個系統(tǒng)的總運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，形式如下：式中：Fg(Pg,t)——發(fā)電機(jī)組g在時刻t的發(fā)電功率Pg產(chǎn)生的成本函數(shù)，可以包含發(fā)電成本、啟停成本Fw(Pw,t)、Fs(Ps,t)——風(fēng)電、太陽能在時刻t的發(fā)電功率Pw、Ps的成本函數(shù)，通常與棄風(fēng)或棄光成本相關(guān)；T——時間集合，通常是調(diào)度周期內(nèi)的所有小時或更短時間間隔的集合；G、W、S——發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電場、光伏電廠集合。6.2時序生產(chǎn)模擬約束條件6.2.1系統(tǒng)級約束5系統(tǒng)級約束主要包括電力電量平衡約束、潮流約束、傳輸約束、備用約束等。a）電力電量平衡約束式中：Dt——時刻t的負(fù)荷需求；Pw,t——時刻t其他負(fù)荷或者儲能。b）潮流約束式中：Pl,t——傳輸線l上在時刻t的功率流；SF——潮流遷移因子；Pj——節(jié)點(diǎn)b在t時刻的凈電力注入；B——節(jié)點(diǎn)集合。c）傳輸約束P,tmax式中：Pin、Pax——傳輸線l的最小、最大功率容量。d）備用約束式中：μg,t——表征發(fā)電機(jī)組開啟和關(guān)停狀態(tài)的0/1變量；Pin、Pax——發(fā)電機(jī)組g的最小、最大出力；Rp、Rown——系統(tǒng)t時刻向上、向下旋轉(zhuǎn)備用容量需求。6.2.2機(jī)組級約束機(jī)組級約束主要包括出力約束、爬坡約束、最小啟停時間約束等。a）出力約束b）爬坡約束T/JESXXX—XXXX6T/JESXXX—XXXXP-Pg,tg,t-g,t+g,t-g,t+1≤μg,t-μg,t+1g+gc）最小啟停時間約束ffoffkoffoff（10）式中：Tn、Tff——發(fā)電機(jī)組g的最小開啟和關(guān)斷時間。6.2.3其他特殊約束除上述系統(tǒng)級和機(jī)組級的約束外，在某些特定場景下，還要結(jié)合實際需求，考慮諸如頻率安全等約束。式中：Hg——發(fā)電機(jī)組g的慣性常數(shù)；RoCoFlim——設(shè)定的頻率變化率限值。7時序生產(chǎn)模擬結(jié)果求解與運(yùn)行指標(biāo)7.1時序生產(chǎn)模擬結(jié)果求解所建立的時序生產(chǎn)模擬模型是包含海量整數(shù)變量、復(fù)雜耦合約束（機(jī)組數(shù)量多、時間跨度長、運(yùn)行約束精細(xì)考慮）的大規(guī)?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃問題，求解非常耗時。通過定制的加速方法（如松弛、聚類、分解等）以及結(jié)合人工智能技術(shù)，可以顯著提高求解效率。此外，直接采用現(xiàn)有的生產(chǎn)模擬軟件，也可以節(jié)省開發(fā)時間并加速求解過程。7.2時序生產(chǎn)模擬運(yùn)行指標(biāo)通過時序生產(chǎn)模擬可以得到時序電力電量平衡情況、線路傳輸功率、碳排放與燃料消耗量等?；谶@電成本）、環(huán)境性（總碳排放）等，為相關(guān)應(yīng)用與研究提供量化分析支持。。7T/JESXXX—XXXX時序生產(chǎn)模擬模型求解方法A.1時序生產(chǎn)模擬模型加速求解方法時序生產(chǎn)模擬模型屬于大規(guī)?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃問題，求解非常耗時，常見加速求解方法見表A.1。表A.1時序生產(chǎn)模擬模型加速求解方法序號類別方法1基于松弛的方法整數(shù)松弛線性松弛拉格朗日松弛錐松弛對偶松弛2基于聚類的方法時間段聚類機(jī)組聚類負(fù)荷/新能源聚類3基于分解的方法滾動求解時序分解Benders分解列生成法Lagrange分解動態(tài)規(guī)劃分解4人工智能技術(shù)輔助求解整數(shù)變量預(yù)測變量選擇預(yù)測節(jié)點(diǎn)選擇預(yù)測切平面預(yù)測8T/JESXXX—XXXX典型時序生產(chǎn)模擬工具B.1典型時序生產(chǎn)模擬工具隨著可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)，運(yùn)行模擬的模型與方法研究成果層出不窮，對應(yīng)的軟件工具也迎來顯著進(jìn)展與更新，部分電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬軟件見表B.1。表B.1部分電力系統(tǒng)時序生產(chǎn)模擬軟件序號軟件時間分辨率求解算法1GridView小時級（最高可達(dá)分鐘級）線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃2Antares小時級線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃3LPSP_ProS全年逐月典型日逐小時加速變步