電力場的輸電阻塞管理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電力市場的輸電阻塞管理摘要：隨著電力系統(tǒng)改革的進行和用電緊張的緩解，電力市場化將進入新一輪的發(fā)展。本文根據(jù)電力市場交易規(guī)則和阻塞管理原則，運用統(tǒng)計學、數(shù)學規(guī)劃等工具建立了一個電力市場輸電阻塞管理的數(shù)學模型，同時對于給定的題設(shè)條件，對模型進行了求解和討論。首先，運用逐步回歸的方法擬合了各線路潮流值關(guān)于機組出力的實驗數(shù)據(jù)，得出了6個線路潮流值的經(jīng)驗回歸公式。其次，主要解決本文的兩個核心問題：阻塞費用的計算；阻塞時如何調(diào)整出力以滿足最大的安全和負荷需求。為了便于數(shù)學上處理和計

2、算，我們采用的阻塞費用計算公式是最簡單的線性形式，然后以最小為目標函數(shù)建立一個規(guī)劃模型，然后分別根據(jù)問題3問題5的條件，分別計算求解。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在負荷需求為982.4MW時，基本上可以通過阻塞管理可以較安全地滿足需求，出力分配為，但是負荷需求為1052.8MW時是無論如何都不可能滿足的，所以必須拉閘限電。此時是可以看成一個雙目標規(guī)劃，即要安全性盡量高，出力和又要盡可能大。求解時，采用列舉不同安全裕度的形式，得到一個相對較優(yōu)的解：，一條經(jīng)驗性的規(guī)律是：線路潮流上限是模型的最主要的約束，是電力運營的瓶頸。本文通過一定的合理的簡化和假設(shè)，建立了一個較為簡單的優(yōu)化（規(guī)劃）模型，并借助Matlab程序提

3、供了簡單的求解方法，最后給出了建議和評價。關(guān)鍵詞：線形回歸 數(shù)學規(guī)劃 阻塞費用 一 問題重述 電 網(wǎng) 公 司下一時段的負荷需求預(yù)報分 配 預(yù) 案電力市場交易規(guī)則計算各線路潮流值，判斷是否阻塞清算，完成一個時段交易在保證線路安全下再分配各機組出力判斷能否滿足負荷需求發(fā) 電 廠 商判斷能否滿足負荷需求限 電 否能否 是是否 上圖給出了本問題的一個處理流程：電網(wǎng)公司根據(jù)各機組當前出力情況以及下一時段的負荷需求預(yù)報，發(fā)電廠商則根據(jù)市場交易原則，得出下一時段的各機組的出力分配預(yù)案，網(wǎng)方以此計算出各線路的有功潮流，判斷是否會出現(xiàn)輸電阻塞的情況。如果不出現(xiàn)，接受各機組的出力分配預(yù)案；否則，根據(jù)阻塞管理原則進

4、行調(diào)整。根據(jù)阻塞管理原則，當改變出力方案時，就會出現(xiàn)序內(nèi)容量不能出力的部分以及報價高于清算價的序外容量的部分，使得發(fā)電方產(chǎn)生損失，因此網(wǎng)方應(yīng)該給予一定的補償，這部分就是阻塞費用。現(xiàn)在考慮的電網(wǎng)有6條主要線路，廠方有8臺發(fā)電機組，當前各機組的出力方案，各線路上的有功潮流以及圍繞當前方案的一些實驗數(shù)據(jù)給定。要求：設(shè)計一種簡明、合理的阻塞費用計算規(guī)則，可以均衡的考慮序內(nèi)容量不能出力的部分以及報價高于清算價的部分，并能盡可能的減少阻塞費用。以此為基礎(chǔ)，加上有功潮流的近似式，當線路發(fā)生阻塞的時候，相應(yīng)的對出力方案作出一些調(diào)整，消除輸電阻塞。 二 基本假設(shè)以及相關(guān)符號說明1出力連續(xù)性假設(shè)各機組的出力是連續(xù)

5、的，受到機組爬坡速度的限制，不存在出力的突變。戶負荷的需求假設(shè)對每時段的的負荷預(yù)報僅僅是該時段平均負荷的預(yù)報，在每個考察時段內(nèi)實際負荷會在預(yù)報負荷的周圍波動，但總體上不影響用戶的用電，也不存在安全問題。戶需求的滿足假設(shè)滿足用戶的負荷需求只是在該時段的開始時刻達到預(yù)報負荷即可，而在該時段內(nèi)出力會不斷變化，以達到下一時段的用戶負荷預(yù)報需求。清算價格的假設(shè)假設(shè)方案改變后，機組的同一時段內(nèi)的清算價固定，不發(fā)生變化5其他假設(shè)為了更好地考慮阻塞費用，考慮發(fā)電商(廠方)和電網(wǎng)公司(網(wǎng)方)兩個實體，網(wǎng)方從該廠方購買電能，但該發(fā)電商可能有多個買家(電網(wǎng)公司)。 符號說明： 第臺機組的當前出力值（即方案0） 第臺

6、機組的下一時段的出力方案 第臺機組的出力值差額 第臺機組的爬坡速率 第條線路的有功潮流值 第條線路的限值。 第條線路的限值的裕度 表示下一階段的負荷預(yù)報 三 具體建模過程由于給定了圍繞當前各機組的出力以及各線路上的有功潮流，我們利用這32組數(shù)據(jù)，采取線性回歸的的方法，對數(shù)據(jù)進行擬合。以各線路上的有功潮流為被解釋變量，用各機組的出力情況作為解釋變量，先用SPSS統(tǒng)計軟件作多元函數(shù)的一次線性擬合，即 得到各線路上有功潮流關(guān)于各發(fā)電機組出力的函數(shù)關(guān)系式，通過對該擬合作F檢驗，以及對擬合優(yōu)度的比較，發(fā)現(xiàn)在0.05以及0.01的置信度上，擬合都是高度顯著。由于采用的是逐步回歸（Stepwise）方法，隨

7、著擬合的進行，在每一次取舍之后，擬合優(yōu)度都是逐步增大的，因此可以認為該結(jié)果還是比較準確的反映了對實際數(shù)據(jù)的擬合情況。從另一方面考慮，由于各機組是獨立發(fā)電，互不影響，而每條線路的有功潮流均機會均等的與8臺機組的出力情況有關(guān)，因此，該回歸模型中應(yīng)該不存在交互效應(yīng)，至于較高次數(shù)的回歸，我們認為也沒有太大的實際意義，因為從上述回歸來看擬合已經(jīng)是高度顯著，在將次數(shù)提高結(jié)果也不會有太大的的改進，況且從數(shù)據(jù)的變化來看，14方案第一機組的出力變化，而其他機組出力不變，對應(yīng)于14方案的各線路的有功潮流第五條線路的負荷幾乎不變，而其他線路均有不同程度的變化，得到的關(guān)系式中也是如此，第五線路的潮流值與第一機組的出力

8、無關(guān)，其他關(guān)系式也滿足；而從實際情況來考慮，用一次多元函數(shù)來模擬也是比較合理，符合一定的實際情況，因此我們用一次多元函數(shù)來解釋各線路上的有功潮流與各機組的出力情況的關(guān)系，以上擬合得經(jīng)驗回歸函數(shù)如下：，即： 由上述函數(shù)關(guān)系表達式可以看出，各線路上的有功潮流值基本在一個固定值的上下波動，由于各機組出力的權(quán)數(shù)很小，均小于1，所以該波動值一般不會很大，在考慮每條線路是否會發(fā)生阻塞時，可以先用（110，131，108，77，133，120）即函數(shù)表達式的常數(shù)項，與各線路的潮流限值相比較，便可以對各線路的阻塞情況有個大概的了解，以便以后的方案調(diào)整可以簡化一點，其中如果潮流值為負值僅僅表示方向的不同而已，不

9、涉及正負的關(guān)系。在上述關(guān)系式中，我們僅選了圍繞0方案的32組數(shù)據(jù)作回歸，把0方案的數(shù)據(jù)當作當前的運轉(zhuǎn)情況，在以后的計算中會進一步用到該組數(shù)據(jù)。這里我們給出一種最簡單的阻塞費用的計算規(guī)則： 這里表示清算價格表示對第臺機組的補償。當時，表示有序外容量，廠方以低于對應(yīng)報價的清算價出力，廠方損失，故網(wǎng)方應(yīng)對廠方補償。當時，表示有序內(nèi)容量，廠方喪失了向其他網(wǎng)方輸出電能贏利的機會(即“機會成本”)，因而網(wǎng)方同樣要對廠方補償。由于改變出力方案后，各機組的出力或升高或降低，即有正有負，所以這里我們?nèi)×私^對值，表明改變預(yù)案責任在于網(wǎng)方，所以無論如何都是網(wǎng)方賠償。這里取，是因為它比較簡單直觀，易于計算。這樣，我們

10、得到如下的規(guī)劃模型： 根據(jù)市場交易原則，這一階段要得出各機組的預(yù)分配方案。由市場交易規(guī)則可知市場交易中心根據(jù)機組當前報價、當前出力以及出力改變速率，按段價從低到高選取各機組的段容量或其部分，直到其和等于等于預(yù)報負荷。我們將各機組的段價由低到高進行排序便可以得到相應(yīng)的段容量的入選部分，直到段容量之和等于預(yù)報負荷具體的算法為：設(shè)為第i機組第j段的段容量，第i機組第j段的段價,; 將按照由低到高排序，對應(yīng)的每個有自己的段容量，將段容量累加直到等于負荷需求為止，此時負荷P=（其中可能取某容量的一部分，m,n為入選的段個數(shù)）；（）清算價為最后一個入選的的；P=982.4時，由以上的排序可以得到各機組各階

11、段的容量值，所以對各機組第一到第六段容量入選部分累加就可以得到各機組的出力分配預(yù)案，結(jié)果如下： 表（一） 機組/段123456717005000300150230020815607931100400300018045551010101001005755150151501256950102001501407501551510009587002002003.4113.4 此時的段價為g=302元/MWh 由于有機組爬坡速度的限制，在一個交易時段內(nèi)要考慮在當前的出力情況下 機組能否攀升到預(yù)案所分配給各機組的出力，因此我們要作以下的判斷： （*） 將各機組當前的出力及各機組的爬坡速率代入上述判斷式中可

12、以得到： 可以看出第四機組的出力超出了其所能承受的最大值，因此還要對方案進行改進。我們將第四機組中超出的部分去掉，差額再按照市場交易規(guī)則，對剩下的段容量再重復以上的過程，因此可以得到重新分配后的出力情況，如下： 表（二）機組/段123456717005000300150230020815607931100400300018045551010109.5099.557551501515012569501020015014075015515103.409587002002003.9113.9 以上結(jié)果即是分配預(yù)案。此時的清算價為303元/MWh根據(jù)第一部分中得到的線路潮流值關(guān)于各機組出力的關(guān)系式以及

13、第三部分中的預(yù)分配方案，可以得到各線路的潮流值，具體如下： 表（三）173.35141.01-150.96120.912136.82168.51 由以上數(shù)值與線路潮流限值以及起安全裕度相比較可以看出，雖然6條線路都在安全裕度以內(nèi)，但第1、5、6條線路已經(jīng)超過限值，已經(jīng)產(chǎn)生了線路阻塞，所以要對原方案進行調(diào)整，調(diào)整的目標是對原預(yù)案作出適當?shù)恼{(diào)整使各線路的潮流值盡量不要超過限值，即不產(chǎn)生阻塞，并使網(wǎng)方賠償?shù)淖枞M用最小，還應(yīng)滿足原負荷需求。我們只需以阻塞費用為目標函數(shù)作最優(yōu)化的規(guī)劃，由第二部分的的阻塞函數(shù)可以得到以下規(guī)劃：由于含又絕對值難以分析處理，我們將目標函數(shù)替換成，這里我們認為的最優(yōu)解同時也是

14、的最優(yōu)解。利用Matlab程序fn1.m(見附錄),求解得： 表（四）1535822878.948124.915569.567114.99這就是調(diào)整后的各機組出力。此時，各機組的出力滿足條件限制，雖然第一條線路的潮流值超出了限值，但還在安全裕度的范圍內(nèi)，所以應(yīng)該可以看作是可行解，其阻塞費用為當P=1052.8時，由表（一）可以得到，各機組各容量段的入選部分，具體結(jié)果如下： 表（五） 機組/段1234567817005000300015023002081560079311004003002002004555101010100010057551501515010135695010200151001

15、507501551510103.80108.88700200200200130 現(xiàn)在我們來看各機組能否達到該預(yù)案所規(guī)定的各機組的出力。 由（*）中的出力范圍可以看出第4、8機組的出力值超過了其最大值，因 此也要對其作些改進，如同上一部分的方法將4、8取到最大值，不足的部分 由剩下的容量段按照相同的方法補足。調(diào)整后的出力方案為： 表（六） 機組/段123456781700500030001502300208156208131100400300200.3200345551010109.50099.557551501515010135695010200151001507501551510105101

16、20870020020070117此時的清算價為第三機組的第八段的段價為356元/MWh.將以上出力值代入第一部分的方程便可以得出各線路的潮流值結(jié)果如下表： 表（七）178.53140.85-153.41128.68135.91171.43 可見第1、5、6線路均超過潮流限值，并且都沒有超過限值的安全裕度，我們?nèi)匀灰獙ζ溥M行改進。同樣采取第四部分中的改進方法，我們以最小阻塞費用為目標進行規(guī)劃，但此時我們得到的出力方案超出了各機組的爬坡能力，因此我們又改變了潮流值的限制，即達到安全裕度，很遺憾還是沒有可行解。此時我們認為是由于負荷過大致使電網(wǎng)不能承受，無論如何也不能使潮流處于安全裕度以內(nèi)，因此為

17、保證安全，只能拉閘限電。我們可以考慮將上述規(guī)劃模型作一下調(diào)整，以各機組的出力和最大為優(yōu)化目標，在線路的裕度范圍內(nèi)可以求出出力最大值，這樣就可以得到需要限電的部分，具體如下：由Matlab程序fn2.m(見附錄),求解得出力最大值為1040.6，各機組的出力情況如下表所示： 表（八） 1538822899.598155102.1117此時各線路的潮流都在安全裕度內(nèi)。由此可見即使達到最大出力也還是不能滿足該負荷，只能拉閘限電，二者的差額1052.8-1040.6=12.2MW就是需要限電的最小值。我們現(xiàn)在給出在不同的安全裕度下，分別對阻塞費用做最優(yōu)化規(guī)劃時得到的機組的總出力情況，如下表所示：表（九

18、）0.020.030.040.050.060.070.080.09941.61958.32972.071045.71999.191012.671026.151039.632在需要限電的情形下，綜合考慮安全與最大出力兩個因素，理想的方案是超出安全裕度最小，出力最大，這兩方面通常是起相反作用的，所以我們做了幾組安全裕度及相應(yīng)的出力總和的數(shù)據(jù)，可以看出在安全裕度小于0.05時出力遞增，在0.05處突然增加然后減小，可以將裕度0.05作為較好的限制，即各線路潮流以0.05為裕度，進而可以得到安全系數(shù)較高，而出力有很大的分配方案（在這兩年出現(xiàn)電荒的現(xiàn)實下，這個解具有一定的現(xiàn)實意義）。此時的出力方案為表（

19、十）1538822899.598100.1102.1117四 模型討論與建議本文討論的阻塞費用函數(shù)比較簡單，方便處理，因此也難免會出現(xiàn)紕漏，可能與實際吻合的不太好。至于公平性，則取決于觀測者的角度和立場。所以該函數(shù)的構(gòu)造是本問題比較關(guān)鍵的一環(huán)，而且不同的函數(shù)形式會帶來不同出力方案。通過整個建模過程特別是最后一問的解答。我們發(fā)現(xiàn)：線路潮流上限是模型的最主要的約束條件，是電力運營的瓶頸；而爬坡速度則是另一個主因素。建議相關(guān)部門朝提升電網(wǎng)線路潮流值和機組的爬坡速度的方向努力。參考書目：1 王沫然 ，MATLAB6.0與科學計算，北京：電子工業(yè)出版社，2001。附件：Matlab腳本程序fn1.mh=

20、eye(8);v=150;79;180;99.5;125;140;95;113.9;f=-2*v;vlb=87;58;132;60.5;98;95;69;63;vub=153;88;228;99.5;152;155;102.1;117;a=ones(1,8);b=0.0831 0.04884 0.05317 0.12002 -0.02515 0.12241 0.12112 0;-0.05455 0.12787 0 0.03328 0.08686 -0.11243 -0.01894 0.09874;-0.07012 0.06037 -0.15706 -0.01011 0.12384 0 0 -0

21、.20211;-0.03446 -0.10241 0.20516 -0.02083 -0.01183 0.00595 0.14492 0.07655;0 0.243 -0.06465 -0.04118 -0.06537 0.07014 -0.00403 -0.00908;0.23768 -0.06044 -0.07797 0.09293 0.04676 0 0.16615 0;a=a;b;b=982.4 185-110.01638 150-131.21889 -160+108.39221 172-77.48168 132-133.12485 162-120.79304;x,l=qp(h,f,a,b,vlb,vub,zeros(8,1),1);sum=0;for i=1:8 sum=sum+303*abs(x(i)-v(i);end;Matlab腳本程序fn2.m