開題報告第一次修改

畢業(yè)設計（論文）開題報告論文題目集中電力市場統(tǒng)一出清價計算的仿真軟件包設計論文題目集中電力市場統(tǒng)一出清價計算的仿真軟件包設計一、選題背景和意義：電力工業(yè)應該保持持續(xù)、快速、健康的發(fā)展，以足夠的電力來保證國民經(jīng)濟和社會持續(xù)、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。電力的發(fā)展促進電力市場的形成，特別是電網(wǎng)的建設與發(fā)展，將為電力市場的建設提供物質基礎；也只有發(fā)展了電力市場、完善市場機制，才能進一步促進電力工業(yè)的健康、快速、高效的發(fā)展。一個合理電力市場應該是：全面實行廠網(wǎng)分開，上網(wǎng)電價由市場競爭來調節(jié)；在發(fā)電方面，實行市場經(jīng)濟，讓用戶有權選擇發(fā)電廠；在輸電方面，有權保持獨家經(jīng)營，形成適合我國發(fā)電現(xiàn)狀的若干區(qū)域電力市場；政府對電力市場的監(jiān)管主要是針對具有壟斷經(jīng)營性質的電網(wǎng)企業(yè)。完善、健全的市場體制和運行機制是電力市場改革的基礎。市場經(jīng)濟中，資源配置由市場引導，價格由供求關系調節(jié)。在電力市場中，電價就成為決定供求平衡的主要手段，并且借助電價形成機制實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。電價形成機制中，競價模式是其核心內容。集中電力市場出清價計算仿真軟件設計目的在于培訓電力市場參與者。立足于電力市場運作的仿真，此軟件模擬電力市場交易過程中電價出清這一過程，為學生及專業(yè)人員熟悉電力交易機制，掌握市場規(guī)律提供有效的工具。本設計的目的是編制一套發(fā)電商和用戶提出競價和投標方案，由系統(tǒng)運行員根據(jù)雙方投標、競價情況，并結合電網(wǎng)的輸送能力出清市場，得到最終市場運行結果的演示系統(tǒng)軟件包,用于教學。二、課題關鍵問題及難點：課題問題是進行電力市場電價出清的軟件編制，關鍵問題有如下幾點：確定合適的報價方案：根據(jù)課題需要選定適當?shù)母們r模式；選擇合理的出清算法；在結合電網(wǎng)結構的前提下，進行阻塞管理。其中，難點有以下幾個方面：競價方式。本課題所要處理的是雙邊電力市場的競價問題，比起一般的單邊市場，難度有所增加；購電側不是由電網(wǎng)統(tǒng)一購電，而是由各個負荷點單獨報價，在處理和操作方面難度又增加了，特別是在考慮分段競價模式下的出清算法會比較困雅。阻塞管理。本課題中，電力市場和電力網(wǎng)絡是聯(lián)系在一起的，電力市場出清的負荷還需要經(jīng)過潮流計算，需要檢驗是否滿足線路的安全約束等，需要多次調整、循環(huán)往復，加深了問題的難度。注：開題報告可單獨裝訂，但在院（系）范圍內，封面和裝訂格式必須統(tǒng)一。三、文獻綜述(或調研報告)：集中電力市場出清價計算仿真軟件設計目的在于培訓電力市場參與者。立足于電力市場運作的仿真，此軟件模擬電力市場交易過程中電價出清這一過程，為學生及專業(yè)人員熟悉電力交易機制，掌握市場規(guī)律提供有效的工具。競價模型目標函數(shù)有三種類型：按電網(wǎng)統(tǒng)一邊際成本結算的購電費用最低：按各發(fā)電機組實際報價結算的購電費用最低：按發(fā)電成本最小，即考慮機組的最優(yōu)組合問題【曰。但一般來說，發(fā)電成本最小的機組最優(yōu)組合一般與購電費用最低相沖突，因為此時電價為電網(wǎng)統(tǒng)一邊際成本,機組組合的目標函數(shù)和市場按統(tǒng)一出清價結算是有矛盾的由此看來，最優(yōu)機組組合可以作為政府宏觀控制的一個工具，分析系統(tǒng)運行是否合理，市場運作是否健康，而不能作為安排市場出清的工具。需要考慮的約束條件：第一類約束-一功率與容量：.電網(wǎng)功率平衡的等式約束條件；.機組功率不等式約束條件：R<』(1=1,2,F(11)R2RmnOLh'D(12).電網(wǎng)負荷備用功率不等式約束條件；.電網(wǎng)負荷旋轉備用功率不等式約束條件；第三類約束-一電網(wǎng)安全.支路潮流功率不等式約束條件：.節(jié)點電壓不等式約束條件；競價模式2.1分時競價模式當前普遍采用的分時競價機制，各國都在實踐以分時競價為基礎的電力市場。這種競價方式下，交易中心逐時段地對負荷進行拍賣，市場規(guī)則要求為：.發(fā)電商對次口每1h(或0.5h)負荷提交一條競價曲線，全天共提交24(或48)條競價曲線;.交易中心對每1h(或0.5h)負荷出清,確定統(tǒng)一的出清電價，并按此出清價進行結算：這種分時競價的市場規(guī)則給電力市場的運營帶來兩方面的弊端。首先，火電廠的運行有強烈的連續(xù)性要求，火電機組的啟停不僅非常復雜，而旦消耗大量資源。按時段報價增加了火電機組運行狀態(tài)的隨機性，無論對發(fā)電廠商還是對整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟、安全運行都無好處。其次,從公平競爭原則出發(fā)，商品應享受“同質同價”的待遇，峰谷電價應有差別己被公認，然而所有在峰荷時段供電的發(fā)電廠商的電能質量顯然并非都是一樣的㈤。2.2分段競價模式分段競價機制把預測的負荷曲線按連續(xù)生產(chǎn)(或消費)的時間分為段，相應的持續(xù)時間為h(l),h(2),-,h(l),-,h(L)。各負荷分段的邊際生產(chǎn)成本Pmg是負荷水平和持續(xù)時間的函數(shù)，根據(jù)電力生產(chǎn)和消費的特點，不同分段的電能有不同的生產(chǎn)成本,也具有不同的使用價值。分段競價對電能市場進行逐段出清，當h⑴>h(2)>->h(l)>->h(L)時，相應各段的電價Pb(hQ))應有如卜關系：Pb(h(l))嗅Pb(h(2))W???Wpb(h(L))C-】)式中：Pb(h(l))為第1負荷分段的出清電價(MCP)o分段競價符合電力生產(chǎn)和消費的實際情況。在分段競價電力市場中，由于所有競爭對手生產(chǎn)的是同樣質量的電能,因此不存在對各發(fā)電廠不公平或搭配銷侈的問題。所有負荷分段出清后，作為市場信號的實時電價等于該時刻對應的最高負荷分段的分段出清電價”皿,”)競價算法3.1排隊法排隊法也稱優(yōu)先級法，既可以用于解決機組經(jīng)濟組合或機組開停問題，又可以用于解決經(jīng)濟功率分配問題，同時還可以用做動態(tài)規(guī)劃機組經(jīng)濟組合的初始狀態(tài)。排隊法可以用于各種周期包括年、月、日的計劃、校正和控制以及實時調度之中?！?。排隊法的使用條件是報價必須是分段水平線（階梯形）o3.2等報價法等報價法（或稱等微增率法）是發(fā)電競價的基本算法。只要報價曲線不包含下降段,用該算法計算速度快、收斂可靠。計算的方法有：線性方程法、牛頓內插法、牛頓外插法、合成曲線（等值）法和夾板二分法等⑴。3.3動態(tài)規(guī)劃法兩動態(tài)規(guī)劃法可以用來解決發(fā)電競價中的機組組合與功率分配問題。在機組組合模型中可以考慮時段間啟動費用和啟停約束，在功率分配模型中可以處理報價曲線的下降特性。用該方法解決機組組合問題的困難是狀態(tài)量過多，技術關鍵是在不丟失最優(yōu)解的前提下盡量減少狀態(tài)數(shù)。目前,在解決機組組合和競價中處理下降報價特性方面，動態(tài)規(guī)劃法仍是最好的方法％3.4網(wǎng)絡流規(guī)劃法網(wǎng)絡流規(guī)劃法計算原理符合市場操作過程，容易解決競價中關于時間耦合的約束和網(wǎng)結安全的約束，是目前最有前途的發(fā)電競價算法⑼。其特點是：1）.競價過程非常簡單、直觀，計算過程與“賺錢”的過程相一致，易于理解與應用；2）.可以用于一口前計劃和一小時前計劃，更適合做實時調整和電力拍賣；3）.可以解決各種約束問題,特別是與時間相關的約束和與網(wǎng)絡相關的約束。4）.線性規(guī)劃法在競價模型的目標函數(shù)及約束條件（不考慮網(wǎng)損時）是線性模型的情況下，可■以方便地引入線性規(guī)劃作為競價算法胸。線性規(guī)劃競價算法的主要優(yōu)點是:快速、可靠;能有效地處理網(wǎng)絡安全約束;可以直接解決與時間有關的約束;能無障礙地使用報價的卜?降特性。其缺點是:處理網(wǎng)損比較麻煩;逐次線性化會造成計算精度的損失。阻塞管理阻塞管理是系統(tǒng)運行部門的一個很重要的問題，直接關系到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。在電力市場競價軟件中也需要模擬這一過程，從而使仿真更具實際意義。另外，在競價中考慮阻塞則可以進一步觀察電力網(wǎng)結構對競價環(huán)節(jié)的影響，這也是十分意義的皿。當發(fā)生輸電阻塞時，首先應動用調節(jié)潮流的設備，如調節(jié)變壓器分接頭，或控制FACTS元件，特別是串聯(lián)設備，這是在實際操作中所需要做的。在上述措施仍未完全消除阻塞時，則只有調整發(fā)電機出力和消減負荷，在電力市場競價中，也主要是通過這種方式在出清算法中設置約束條件進行處理，從而滿足相關的要求即1。目前，消除阻塞的算法主要有基于靈敏度分析的調整類算法和基于最優(yōu)潮流計算的優(yōu)化規(guī)劃類算法。靈敏度類算法一般是首先找到過載最嚴重的支路，并按發(fā)電機對此支路的靈敏度大小修正發(fā)電機的功率，直到?jīng)]有支路過載達到消除阻塞的目的，靈敏度類方法計算量少，無收斂性問題。優(yōu)化類算法把支路約束作為一個不等式約束加入到最優(yōu)潮流中，直接按最優(yōu)化方法求解，由于是非線性優(yōu)化問題，算法計算復雜，有收斂性問題C14J5]o4.1基于最優(yōu)潮流的阻塞管理方法阻塞管理的一個基本思路是在競價市場之外建立一個實時平衡交易市場，使電廠和用戶參與市場競爭，協(xié)助調度部門修訂調度計劃，解決傳輸阻塞問題。借助于最優(yōu)潮流這個方法,可以根據(jù)市場報價調整實時平衡市場的電廠出力。根據(jù)市場參與者提出的增減出力報價，設目標函數(shù)是為調整費用最小。4.2基于靈敏度分析的阻塞管理方法靈敏度分析方法可以簡明地給出支路潮流與節(jié)點注入功率的關系，以確定在何處、消減多少發(fā)電出力或負荷從而以最小的代價消除阻塞口刀。在只考慮調整節(jié)點有功功率的情況下，阻塞管理的目標函數(shù)有以下兩種類型：1、發(fā)電機的出力及負荷的調整容量總和最少；2、發(fā)電機的出力及負荷的調整費用總和最少。阻塞管理應滿足的約束條件包括：節(jié)點發(fā)電機的出力限額、節(jié)點負荷限額、節(jié)點電壓限額。在系統(tǒng)穩(wěn)定運行方式下，線路潮流可以表示為：Lk=￡』SkiR（1=1,2,3,,??n）（4.1）式中Pi為節(jié)點1凈注入功率，Ski為線路K的潮流相對節(jié)點1諸如功率的靈敏度系數(shù)。若線路某線路K出現(xiàn)阻塞,首先根據(jù)靈敏度系數(shù)找出對削減該支路過負荷最靈敏的節(jié)點,并確定應調整注入功率數(shù)量。調整可■以在發(fā)電機節(jié)點之間進行，也可以在發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點之間進行。參考文獻［1］王錫凡，耿建分段競價與分時競價的比較［J］.電力系統(tǒng)自動化,2003［2］耿建，王錫凡,陳皓勇，張顯分段競價電力市場的模擬、分析和比較［N］西安交通大學報,2003［3］王錫凡分段競價的電力市場N］中國電機工程學報，2001,21（12）:1-6［4］肖鳴,李林川，孫偉，毛波.分段競價電力市場的出清算法實現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動化,2003［5］于爾鏗，周京陽，吳玉生發(fā)電報價曲線研究［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［6］于爾鏗，周京陽,吳玉生.發(fā)電競價算法（一）一一排隊法［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［7］于爾鏗，周京陽,吳玉生.發(fā)電競價算法（二）一一等報價法［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［8］于爾鏗，周京陽,吳玉生.發(fā)電競價算法（三）一一動態(tài)規(guī)劃法［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［9］于爾鏗，周京陽，吳玉生發(fā)電競價算法（四）一一網(wǎng)結流規(guī)劃法［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［10］于爾鏗，周京陽，吳玉生發(fā)電競價算法五）一一線性規(guī)劃法［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［11］王錫凡，方萬良,杜正春.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析［M］.北京：科學出版社，2003［12］耿建,王錫凡，陳皓勇,張顯.分段競價電力市場的模擬、分析和比較［N］西安交通大學學報,2003［13］于爾鏗，周京陽，張學松電力市場競價模型與原理［J］.電力系統(tǒng)自動化,2001［14］李林川，黃海浪,李俊元，王靖然基于統(tǒng)一邊際價格結算的用線性規(guī)劃法消除阻塞的算［N］.電工技術學報,2006［15］李林川，顧麗梅，趙森林.考慮消除阻塞的分段競價電力市場出清算法［J］電力自動化設備,2007［16］王玉榮，魏萍，王磊，李慶昌，萬秋蘭.電力市場仿真培訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［C］中國高等學校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十二屆學術年會，2006［17］王秀麗，甘志，雷兵，王錫凡.輸電阻塞管理的靈敏度分析模型及算法［J］電力系統(tǒng)自動化,2002［18］薛禹勝，彭慧敏，QHWU電力市場與電力系統(tǒng)交互動態(tài)仿真設計［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006［19］吳志宏，王瑞艷，鄒全平.基于MATLAB的電力市場交易仿真培訓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［N］沈陽電力高等?？茖W校學報,2004［20］王錫凡，王秀麗，陳皓勇.電力市場基礎［M］.西安交通大學出版社，2003［21］張志涌等一精通MATLAB6.5版［M］.北京：北京航空航天大學出版社,2003［22］郭建剛.雙邊分段競價電力市場研究［J］現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技￡011［33］胡福年，湯玉東，鄒云.考慮雙邊價格聯(lián)動的峰谷分時電價機理研究［N］.中國電機工程學報,2007［24］肖宇，董艱.應用Matlab計算電力系統(tǒng)的最優(yōu)潮流［J］機械工程與自動化,2006［25］LouiseWilkinson,JosephWuisenWhatWeCanLeamfi*omaStatisticalAnalysisofElectncityPricesinNewSoutliWales［J］,TheElectricityJournal,2002.460-69四、方案(設計方案、或研究方案、研制方案)論證:本設計的流程圖如下：了解集中電力市場的構造，明確問題環(huán)節(jié)確定市場各參與者報價方式確定電力市場競價模式選擇出清價計算的算法研究阻塞管理方法擬合課題要求軟件設計，編程實現(xiàn)方案集中電力市場統(tǒng)一出清價計算軟件包設計主要由發(fā)電商/購電商報價環(huán)節(jié)、競價出清環(huán)節(jié)、潮流計算和阻塞消除環(huán)節(jié)構成。報價方式確定對于報價環(huán)節(jié)，依照一定的經(jīng)濟學原理，采取比較普遍的做法，即報價曲線選用單調的分段水平線。這樣所形成的階梯電價比較符合實際情況，處理起來也較為簡單。競價模式確定方案為同時設計分時競價模式和分段競價模式，這樣仿真得到的結果可以相互對照，從而加深實驗者對電力市場行為的理解。兩類競價模式中，目標函數(shù)類型為按電網(wǎng)統(tǒng)一邊際成本結算的購電費用最低。需要考慮的約束條件：第一類約束-一功率與容量.電網(wǎng)功率平衡的等式約束條件：.機組功率不等式約束條件：^<^(1=1,2,-,!)(21)耳2耳心(1=1,2,…與(2.2).電網(wǎng)負荷備用功率不等式約束條件；.電網(wǎng)負荷旋轉備用功率不等式約束條件；第三類約束-一電網(wǎng)安全.支路潮流功率不等式約束條件：.節(jié)點電壓不等式約束條件；競價算法選擇排隊法也稱優(yōu)先級法，既可以用于解決機組經(jīng)濟組合或機組開停問題，又可■以用于解決經(jīng)濟功率分配問題，同時還可以用做動態(tài)規(guī)劃機組經(jīng)濟組合的初始狀態(tài)。排隊法可以用于各種周期包括年、月、口的計劃、校正和控制以及實時調度之中。排隊法的使用條件是報價必須是分段水平線(階梯形)。根據(jù)報價曲線的特點采用排隊法。排隊法具有直觀、簡潔的特點。阻塞管理方式選擇阻塞管理中要涉及到潮流計算。潮流計算采用Matlab計算系統(tǒng)的潮流，這樣會相對方便一些。阻塞消除有兩個途徑，一個是基于最優(yōu)潮流，一個是基于靈敏度分析。最優(yōu)潮流法會帶來較大的計算量，并且有收斂性的問題：而靈敏度分析法計算簡單，無收斂性問題,能夠高效地消除阻塞。因此，本方案采用基于靈敏度分析的阻塞管理方法。靈敏度分析方法可以簡明地給出支路潮流與節(jié)點注入功率的關系，以確定在何處、削減多少發(fā)電出力或負荷從而以最小的代價消除阻塞。阻塞管理應滿足的約束條件包括：節(jié)點發(fā)電機的出力限額、節(jié)點負荷限額、節(jié)點電壓限額。在系統(tǒng)穩(wěn)定運行方式下，線路潮流可以表示為：Lk=￡』SkiR(1=1,2,3,-n)(4.1)式中Pi為節(jié)點1凈注入功率，Skx為線路K的潮流相對節(jié)點1諸如功率的靈敏度系數(shù)。若線路某線路K出現(xiàn)阻塞，首先根據(jù)靈敏度系數(shù)找出對削減該支路過負荷最靈敏的節(jié)點，并確定應調整注入功率數(shù)量。調整可以在發(fā)電機節(jié)點之間進行，也可以在發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點之間進行。靈敏度的計算采用P-Q分解法的B'矩陣和直流潮流的計算公式?；谥绷鞒绷髂Ｐ偷姆从嘲l(fā)電機出力與線路潮流之間的關系的攻勢如下：deadebSki=^=d.電=(X^-Xbi)/xk(42)式中：0表示線路K的始末端的電壓相角；X表示直流潮流阻抗矩陣中對應位置的阻抗值。根據(jù)靈敏度數(shù)值全為正、全為負和有正有負3種情況，分別對發(fā)電機功率進行調整，調整時各發(fā)電機的出力以及調整量應滿足：I^n-F?<AP<1=1,2,……，G(43)式中小R碩和分別為發(fā)電機的當前功率、功率增量、最小和最大功率。課題要求可以靈活設置實驗參數(shù)。對于參數(shù)設置，方案采取這樣的規(guī)劃：采用IEEE30節(jié)點系統(tǒng)，系統(tǒng)中每條線路的容量限制可以自由設置，便于觀察阻塞的影響；同時對于報價參數(shù),也可以加以設置，這樣利于觀察極端情況諸如競價失敗等。結果圖形化顯示和動態(tài)模擬。方案將發(fā)電商和購電商兩方的報價轉化為報價曲線，并且自動形成報價排隊圖：同時在出清的過程中通過圖形即時顯示結果，動態(tài)地展示出清過程；阻塞管理中，潮流也在電網(wǎng)結構圖中加以標示，并標出過載線路，反饋回出清環(huán)節(jié),動態(tài)顯示經(jīng)過修正的報價曲線直到得到最終結果?？傊傮w的要求是要讓整個實驗過程清晰可見，能夠滿足教學這一要求。軟件設計1)問題分析與定義。細化軟件各項功能，并設計系統(tǒng)框圖，分析軟件輸入輸出信息和需要的技術。2）軟件總體設計。依據(jù)軟件功能要求，對問題描述中涉及的操作對象定義相應的數(shù)據(jù)類型，并按照以數(shù)據(jù)結構為中心的原則劃分模塊，定義主程序模塊和各抽象數(shù)據(jù)類型。邏輯設計的結果應寫出每個抽象數(shù)據(jù)類型的定義（包括數(shù)據(jù)結構的描述和每個基本操作的功能說明），各個主要模塊的算法，并畫出模塊之間的調用關系圖。3）軟件詳細設計。定義相應的存儲結構并寫出各函數(shù)的偽碼算法。在這個過程中，要綜合考慮系統(tǒng)功能，使得系統(tǒng)結構清晰，合理，簡單和易于調試,抽象