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本文利用单目标和多目标优化模型,利用多元线性回归分析,给出了各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式;通过引入阻塞费用补偿价格因子,给出了阻塞费用计算公式;按照安全性、经济性目标,建立了输电阻塞管理问题的规划数学模型;对利用MATLAB优化工具箱求解的结果进行了分析与检验,验证了所建模型及所提算清的正确性和有效性根据题目中给出的电网结构及下一时段的负荷需求设计了一个安全、经济的各机组出力分配预案。<br>按照电力市场规则和输电阻塞管理原则,建立了求下一时段各机组的出力分配预案模型、计算各机组当前出力下各线路上对应的有功潮流模型,同时公平地考虑了序内容量与序外容量部分的经济补偿—— 输电阻塞费用并建立了此费用的计算模型,针对这三个模型分另Ij用数学软件Matlab6.5、Lingo8.O编写了计算程序.<br> 我们根据题目中给出的0—32组实验数据,运用Matlab软件进行了线性拟合,得出了各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。同时,利用0方案进行验证,得到了较好的效果。然后综合考察在输电阻塞发生时,对序内容量不能出力的部分和报价高于清算价的序外容量出力部分利益,根据经济常识,都以各自报价的100%进行赔偿。<br> 根据题目提供的下一时段的负荷需求,用表上作业法的方式,按照电力市场规则给出下一时段的预报方案,接着,利用1题中拟合函数计算各线路上的有功潮流,判断发生输电阻塞,并且阻塞无法完全消除,只能尽量减小,并利用程序重新调整预案,使阻塞率尽量小,阻塞费用也尽可能减少。<br>最后,对模型的优缺点进行分析,提出了模型进一步改进的方向。<br>
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电力市场的输电阻塞管理
何胜远 袁文静 胡柳莺 (打印到第 10 页就好了)
摘 要
我国电力工业在长期探索市场经济体制改革的基础上,2003 年实现了厂网分开,在全国
逐步引入竞争机制,实行竞价上网。
本文利用单目标和多目标优化模型,利用多元线性回归分析,给出了各线路上有功潮
流关于各发电机组出力的近似表达式;通过引入阻塞费用补偿价格因子,给出了阻塞费用
计算公式;按照安全性、经济性目标,建立了输电阻塞管理问题的规划数学模型;对利用
MATLAB优化工具箱求解的结果进行了分析与检验,验证了所建模型及所提算清的正确性
和有效性根据题目中给出的电网结构及下一时段的负荷需求设计了一个安全、经济的各机
组出力分配预案。
按照电力市场规则和输电阻塞管理原则,建立了求下一时段各机组的出力分配预案模
型、计算各机组当前出力下各线路上对应的有功潮流模型,同时公平地考虑了序内容量与
序外容量部分的经济补偿—— 输电阻塞费用并建立了此费用的计算模型,针对这三个模型
分另 Ij 用数学软件 Matlab6.5、Lingo8.O 编写了计算程序.
我们根据题目中给出的 0—32 组实验数据,运用 Matlab 软件进行了线性拟合,得出了
各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。同时,利用 0 方案进行验证,得到
了较好的效果。然后综合考察在输电阻塞发生时,对序内容量不能出力的部分和报价高于
清算价的序外容量出力部分利益,根据经济常识,都以各自报价的 100%进行赔偿。
根据题目提供的下一时段的负荷需求,用表上作业法的方式,按照电力市场规则给出下
一时段的预报方案,接着,利用 1 题中拟合函数计算各线路上的有功潮流,判断发生输电
阻塞,并且阻塞无法完全消除,只能尽量减小,并利用程序重新调整预案,使阻塞率尽量
小,阻塞费用也尽可能减少。
最后,对模型的优缺点进行分析,提出了模型进一步改进的方向。
关键词:输电阻塞费用;有功潮流;阻塞管理;序内容量;序外容量;数据挖掘;多元线性回
归;目标规划
问题提出:
根据题目知,现有 8 台电机组和 6 条主要线路的电网,它要求解决以下问题:
1.根据表 1 和表 2 中的方案,给出各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值,
同时围绕方案,给出一些实验数据,要求找出各条线路上有功潮流关于各发电机组出力的
近似表达式。
2.当发生输电阻塞时,要求设计一种简明.合理的阻塞费用计算规则。阻塞费用包括赔
偿在输电阻塞发生时序内容量不能出力部分和补偿报价高于清算价的序外容量出力的部分。
3.已知下一时段预报负荷需求是 982.4MW,根据电力市场交易规则,设计下一时段各
机组的出力分配预案。
4.根据给出潮流限值,利用问题 1 中的结论,判断是否会出现输电阻塞现象。若出现输
电阻塞现象,则根据安全且经济的输电阻塞管理原则重新设计分配预案,并给出相应的阻
塞费用。
5.若下一时段预报的负荷需求是 1052.8MW,重新设计分配预案。
本文根据以上问题进行数学建模与求解分析。
模型假设
问题本身尚有一些不确定的因素,比如各机组序内容量不出力部分的赔率,序外容量
出力部分计价,电网公司线路改造,机组发电时可能出现故障等.为使问题简化,作如下
假设:
1)各机组序内容量的赔率一致;
2)序外容量出力部分按高于清算价的报价计价;
3)不考虑电网公司线路改造及可能出现的故障;
4)机组通过竞价取得发电权的时段内不发生故障
5)每时段内负荷是相对稳定的.
6)假设 0-32 组给出的实验数据是准确的。
7)下一时段的负荷预报与实际情况的差值不太大,能够由 AGC 来承担。
8) 发电、输电、配电和用电都在瞬间完成,不考虑时间问题。
9) 不考虑承担 AGC(自动发电控制)辅助服务的机组费用。
符号说明
负荷需求 单位:
第 机组在预案中的出力
第 机组的当前出力
第 机组的爬坡速率
第 线路的潮流限值
第 线路的相对安全宽裕度
第 线路的有功潮流
第 机组第 段的段价
第 机组第 段的段容量
在一确定方案下按电力市场付费原则网方付给发电商的购电费用;
为预案清算价
调整前后第 第 段容量的变化值
机组数
机组段数
线路数
电网公司给发电厂通过竞价取得发电权的发电容量不能出力部分的赔率
每一个交易时段的时间长(分钟)
问题分析
本问题是优化模型。电力交易的双方是网商与发电商。首先电网公司根据市场交易调
度中心给出下一时段的负荷预报;市场交易调度中心再根据各机组出力、爬坡速率、段价
情况给出出力分配预案。但由于电网的限制,电网会有可能发生电力阻塞的情况,这时就
必须对出力分配预案进行调整,根据输电阻塞管理原则,制定出各机组的出力分配方案。
一、出力分配预案的给出:
1.决定预案的因素:负荷预报,段价情况,当前机组出力、爬坡速率。
2.分析预案的目标:
当前机组出力是机组状态的一个初值 ,由爬坡速率 与每一个时段的间决定下个
时间段的机组可能达到的出力范围 。
题目表 3 中一台机组的第 段容量表示发电机的能力达到第 段时比第 段多提供的
电量。
由题目提供的电力市场交易规则,可知最后被选入的第 台机组的 段的段容量对应
的段价,将作为清算价。网商所有购买的电量均以此清算价作为单价,计算费用,得到总
费用;而非各段的电量以各段对应的段价为其单价,计算总费用。
所以预案的目标是,在满足预报的负荷需求量的情况下,总费用最小,因为需求量不
变,应转化为清算价最小。
3.预案的给出方法 :
根据下一时段各机组出力达到的范围,得到可行区域,在此区域内根据段价情况,始
终选取当前最小的段价所对应得段容量或其部分,直到段容量的总和大于等于负荷预报。
但是对预案的讨论,仅考虑的是价格因素,不一定合符实际的电网的要求,所以预案
要调整。
二、输电阻塞管理:
为了更好的说明输电阻塞管理,首先假设:
1.电网的能力
:
电网中任何一条线路上的潮流值均不能超过相对安全裕度
2.电网的安全度:电网中各线路上的潮流值超过其自身潮流限值的百分比的最大值
考虑到电网的实际负载能力,就有可能要调整预案。影响调整的因素是:电网的实际
负载能力,调整预案引起的网商与发电商的经济利益冲突。
调整必须按照一些原则,很显然电网中任何一条线路上的潮流值任何情况下均不可超过相
对安全裕度,否则电网可能崩溃。在电网不会崩溃的情况下,电作为一种日常生活的必备
能源,应该尽量满足用户,在满足了用户需要的情况下,应该尽量提高电力的安全性与稳
定性,在所有的上述条件满足的情况下,阻塞费用应该最小。这些原则必须是满足前一个
之后,再满足后一个。于是得到了如下一组输电阻塞管理的优先级原则:
1.电网的能力
2.满足用户
3.电网的安全度
4.购电费用
5.阻塞费用
以上 5 点满足优先级从高到低。
三、综上所述,得出输电管理的一般流程如下:
1. 首先得出预案;
2. 再对预案判断;
3. 不发生输电阻塞,采用预案;
4. 发生输电阻塞,对于能够消除输电阻塞的情况,给出安全无阻塞模型,进行调节;
5. 发生输电阻塞,对于不能消除输电阻塞的情况,在每条线路都在安全裕度输电时,
给出安全裕度模型,进行调节;
6. 无论怎样调整至少有一条线路超过了安全裕度时,给出拉闸限电模型。
四、题目中各因素的关系:
1.从问题一、表一和表二可以看出每条线路上的有功潮流与各机组的出力值存在着
一定关系,现用 体现这一关系。
2.由于机组的爬坡速率影响着机组下一时段实际出力值的增加或减少,而初始出力
值作为下一时段实际出力值变化的起步值,同样影响下一时段的实际出力值。用
体现爬坡速率、初始出力值对下一时段实际出力值的影响关系。
3.对于市场交易-调度中心给出的负荷预报,要使得网方能够提供所需的负荷预报,
网方必须要对发电商收购电量,并且在一般情况下要使得各机组的出力值之和等于负荷预
报,用 体现这关系,并且能够得到 。当发生拉闸限电时,各机组出
力值之和小于负荷预报。
4.为求出网方付与发电商的购电量费用 ,必须首先得出清算价 ,然后与实际交
易负荷 乘积得到购电费用,即 。而同时清算价受各机组的出力值、段容量、
段价、负荷预报的影响。
5.在发生输电阻塞时,总费用应该为网方付与发电商的购电量费用与阻塞费用之和。
五、题目中关键词的解释:
1.有工潮流的负值:根据体重的叙述,有工潮流存在着一定的向,所以在对其进行运
算是应该取其绝对值。
2. 清算价:在计算网方付与发电商的购电量费用时,清算价作为所有所购电量的成交
价格。
3.内容量:在预案中被选中机组的段容量或部分容量。
4.外容量:在预案中没有被选中的段容量或者余下部分容量。
5.阻塞费用:对不能出力的序内容容量作出的信用赔偿和对序外容量购买的清算低于
其期望的清算价而作出的赔偿的费用之和。
6.预报负荷:是对发电机组预报,而不是对线路上有功潮流值的预报。
7.拉闸限点:当采用输电阻塞管理时,不能使任意线路上的有功潮流值超过线路的百
分比在相对安全裕度内,此时,发电机组的出力受到限制,其和不等于预报负荷。
8.表 4 中的段价负值:各个机组在第一段的段价均为负值,说明发电商在付费维护机
器运转。当清算价在此段出现时,网放不必付给发电商费用,但发电商也不会倒付费给网
方费用。此时发电商的费用来自维持机器运转的费用。
模型建立与求解
模型一:
观察问题中给定的表一、表二数据,发现表中给出的数据有一定的规律,每四组数据
只改变一个变量的值,而相应的因变量也随自变量的变化趋势改变。猜测问题中的关系式
是线性。
设 为第 条线路上的有功潮流, 为第 台机组的出力值,那么第 条线路上的有
功潮流与各机组的出力值之间的线性回归关系如下:
(1)
其中 是待估计的回归系数, 为随机误差。表 1 中的 0—32 个方案一
共 33 组数据代入(1)式,为了用矩阵表示上式,令
于是建立问题一的线性回归模型如下:
(2)
利用 的统计工具箱进行回归系数矩阵 计算(程序见附录):
线性模型对上述多元线性回归模型,进行检验统计量的:
统计量 线路 1 线路 2 线路 3 线路 4 线路 5 线路 6
0.0384 0.0318 0.03626 0.03235 0.0335 0.03755
R^2 0.99939 0.9996 0.99982 0.99988 0.9995 0.99981
F 5897.1 8275.2 24499 24424 7605.3 22941
P 0 0 0 0 0 0
因 R^2 均在 0.999 以上,F 值远远超过 F 检验的临界值,P 远小于 ,因而这个模型的
解是可靠的。
模型二:(下一时段各机组的最优出力分配预案模型)
根据电力市场规则在已知当前时段各机组出力的情况下,给出下一个时段各机组的最
优出力分配预案,一般是根据下一时段的负荷需求,由各机组竞价投标、投标时分段上报
各段价格、各段容量及爬坡速率,再按电力市场交易原则。从中选择出使清算价格最低的
出力分配预案.通过分析电力市场交易原则,可建立如下模型:
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heanyu
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