大用户直购电对系统风电消纳的影响
西安交通大学电气工程学院、国家电网公司西北分部的研究人员李言、王秀丽、张文韬、杨廷天、任景，在2017年第23期《电工技术学报》上撰文指出，大用户直购电政策的推行，会进一步压缩电力系统的调度空间，而当系统中接入大规模不可调控的风电机组时，系统的优化调度将面临更加严峻的挑战。
为了分析大用户直购电对系统风电消纳能力的影响，建立了含大用户直购电的电力系统风电消纳模型。该模型在传统机组组合模型的基础上，引入了风电出力约束和可削减的直购电电量合同约束，并对目标函数进行了相应的调整。
使用ARIMA模型对风速时间序列进行建模和预测，为机组组合模型提供原始数据。将10机系统扩展为40机系统，并引入1 600MW的风电机组，分析了不同直购电电价、直购机组以及直购电规模下直购电合同对系统消纳风电能力的影响。
作为打开售电侧市场的重要环节，直购电政策的开展和实施意义非凡。大用户直购电的推行将打破电网企业单一买方的格局，为建立多买多卖的市场格局奠定基础。国外的经验表明[1]，随着直购电运行经验的积累，“大用户”的门槛会不断降低，直至所有的用户都可以直接购电。
实施大用户直购电要求输配电价的独立，有助于建立合理的价格形成机制[2]。直购电政策的推行也促进了市场风险的分摊以及电源侧和负荷侧的自我平衡[3]。因此，大用户直购电是我国售电侧改革的排头兵，搞好直购电能发掘电力市场的潜力，使电力资源得到优化配置。
然而，实施大用户直购电也存在一系列的问题，如电网建设滞后，电价体系不规范，市场机制不健全，发电侧、用电侧和电网三方利益的协调等[4]。此外，直购合同的签订，会压缩电力系统的调度空间，特别是在大规模的风电接入以后，由于风机出力的随机波动和不可调控[5]，使得系统的调峰问题更加突出[6]。
文献[7]指出，在包含大规模风电场的高渗透吞吐型电网中，风电场输出功率的波动是系统电能质量的主要影响因素。由此，急需建立含有大用户直购电和大规模风电机组的电力系统机组组合模型，进而分析大用户直购电对系统风电消纳能力的影响。
关于大用户直购电交易的模型和定价机制，国内外已有相关的探讨。文献[8]从直购电的竞价算法出发，给出了3种大用户直购电的交易方式，并提出了求解直购电模型的快速解法。文献[9]提出了两种大用户直购电交易模式，针对交叉补贴问题提供了思路。
文献[10]基于发电企业的让利和用电企业索利价格排序，给出了一种新的集中撮合交易方式，促进了市场的公平竞争。文献[11]的调度模型中考虑了电力系统运行的可靠性，从而减少风电波动带来的不利影响。文献[12]结合实时电价，分析了不同场景下需求响应对系统消纳大规模风电的作用。
文献[13]通过引入风电可信度指标，建立了考虑风电随机性的机组组合模型。文献[14]针对风电爬坡事件，建立了考虑爬坡事件约束的精确线性化的机组组合模型。文献[15]从系统发电成本的角度研究大用户直购电对经济调度的影响。文献[16]考虑了风速相关性，建立了电力系统动态经济调度模型。
上述文献对直购电的交易方式和交叉补贴等方面进行了探讨，但都没有关于直购电政策对于系统风电消纳能力影响方面的分析。本文在传统机组组合模型中引入风电出力约束和可削减的直购合同约束，在目标函数中加入了弃风惩罚项和直购电合同削减惩罚项，建立了含大用户直购电的电力系统风电消纳模型。针对风速时间序列的非平稳性，采用ARIMA模型预测风速时间序列。
采用分时电价，运用CPLEX软件对模型进行求解，得到了系统中各机组各个时段的出力安排情况，弃风量和直购电量安排结果，分析了不同直购电价、直购机组以及直购电量下直购电合同对系统风电消纳能力的影响。结合扩展后的标准算例对模型的准确性进行了验证。
图8 系统的机组组合方式
结论
随着我国电力市场化改革的推进，大用户直购电政策对电力系统安全经济运行的影响受到电力研究者的关注也不断增加。本文在传统电力系统优化调度模型的基础上，引入了风电出力约束和可削减的直购电合同约束，并对目标函数进行相应的调整，建立了含大用户直购电的电力系统风电消纳模型。
通过CPLEX软件进行求解，求得了不同直购电价、直购机组以及直购电规模下系统各机组的出力情况、直购电量的安排情况以及直购电对系统消纳风电能力的影响。算例结果表明：
1）在直购电合同约束选用电量约束时，发电企业总在直购电实时报价和上网电价的差价最大时使用直购电量。因此，选用合理的直购电价曲线能够使系统的开机方式趋于合理，从而消纳更多风电。
2）由于火电机组的调峰能力差，在系统中机组主要为火电机组时，直购电为系统带来的调峰效益尤为重要。当直购电规模较小时，大机组签订直购电合同可以在负荷最低的时刻挤压和推迟小机组的出力，降低系统的最小总开机，增大系统的调峰容量，提高系统消纳风电的能力。
3）在直购电规模较大时，直购电合同约束挤压了风电的消纳空间。为了尽可能地消纳风电出力，就要削减一部分直购电合同电量。此外，在总直购电量一定时，签订直购合同机组的类数越多，每台机组的直购负荷率越低，消纳风电的能力越强。