上海电网实时购电辅助决策系统初探.pdf

上 海 电力 2 0 0 8 年第 2 期 上海电网实时购电辅助决策系统初探 王 治 华 ( 1 上海 市电力公 司 调度通信 中心 ， 上海 ，刘 敦 楠 2 0 0 1 2 2 ； 2 清华大学电机 系 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 实时平衡购电是电网调度中满足系统负荷需求 、 保障电 网安全稳定的重要手段 。在购电时 ， 需要合理 估算购 电需求 ， 深入分析购电成本 。分析 了上海 电网实时平衡购 电的现状 ， 提出了基于华东 电网 C P S考 核标 准的机会损失模 型； 结合当前 的报价方 式， 提出了以平均购电总成本最小为 目标的综合决策模型 ； 并介绍 了该 决 策系统 的功能 和使用方法 。 关键词 ： 实时平 衡 ； 购 电； C P S 考 核 中 图 分 类 号 ： TM7 2 7 2 文献 标 识 码 ： B 1 引言 实时平 衡购 电是 电 网调度 中满足 系统负 荷需 求 、 保 障 电网安 全 稳 定 的重 要 手 段 。调度 人 员 购 电时 ， 需 要合 理估 算 购电需求 ， 深入 分析 购 电成本 与各类 影 响因素 的关 系 ， 确 定购 电来源 ， 定制 购 电 曲线， 以达到既保 障电网安全 又实现经济效益的 综合 目标。 2实时平衡购 电现状分析 对 于上海 电网来说 ， 实 时平衡 购 电 ， 是 为满 足 负荷实 时平衡 而进 行 的 ， 应参 照负 荷预测 、 发 电计 划 、 受 电计划 、 本地 机组 出力情 况而制 定 。 在 购 电决 策 时 ， 应考 虑 以下几方 面 的因素 ： ( 1 )不 购 电 面 临 的 机 会 损 失 机会 损失 的主 要 是 指 不 满 足 C P S考 核 所 面 临的罚 款 电价 。 当 电网周 波 低 于 5 O Hz ， 而 上 海 的实 际 受 电超 过 计 划 受 电 时 ， 超 额 部 分 将 根 据 C P S考核 标准定 价 。 该 价格 往 往 高 出平 均 上 网 电价 几 倍 甚 至几 十 、 上百倍 。 ( 2 )购 电所 付 出的 实际成本 购 电所 付出 的 实 际成 本 一般 是 指 购 电价 格 ， 能 够作 为实时平 衡 电源 的 ， 主要 有 以下几种 因素 ： 上海 本 地 的燃 油 、 燃 气 、 燃煤 机 组 ， 浙江 、 安 徽 、 江 苏 、 福建 的来 电 。 无论是本地 电源还是向区外购电， 它们 的经 济 意义 是 一样 的 ， 燃 油 、 燃气 、 燃 煤 机组 的定价 和 各省 的报 价构成 了上 海 的购 电成 本 。 ( 3 )非 经济 因素 一 1 74一 非 经济 因素 通常 主要是 指调度 中心 的社会 责 任 ， 保 障 电 网 的安 全 、 稳定 运 行 ， 始 终是 第 一考 虑 因素 。因此 ， 在实 际操 作 中， 只 要 能 够买 到 电 ， 无 论 是从 本地 还是 省 外 ， 都 是优 先 考 虑 购 买 以 满 足 C P S考核指标 ， 往往并不考虑少买 电并承担处罚 的情况 。 综 合上述 三 方 面 因素 ， 在 建 立 实 时平 衡 购 电 模 型和 辅助决 策 系统 时 ， 只考 虑经 济 因素 ， 即通过 比较不 购 电的机 会 损失 和购 电成 本 ， 给 出 经 济上 最优 的购 电量 方案 ， 供调 度人 员参 考 。 3 购 电不足 的机会损 失模型 上 海 电网隶属 于华 东 电 网 ， 华 东 电 网为 评 估 AG C控制 的效果 ， 采用了基于北美电力可靠性委 员 会 ( NE R C) 曾提 出 的 A1 A2控 制 性 能 的评 价 准则 以及 1 9 9 6年版 的 C P S准则 ， 作 为华 东 对 区 域 内省 市 的 AGC考 核依据 。 对 于上海 电 网 ， 购 电不足 的机 会损失 ， 是指 因 缺 电导致 C P S不达 标 的可能 性 ， 以及 由此带 来 的 罚款 费用 。 3 I机 会损 失模型 在 购 电不 足 时的机会 损失 成本 ( C o s t o f P o s s i b l e L o s s ) ， 是 依据 C P S考核 规则来 计算 的 。 P L f l E c P s1 ( Q) +f 2 E C P S2( Q) ( 1 ) 式 中 ： 机会 损失 P L值可 表示 为 C P S1 ( Q) 罚款 厂 1 和 C P S 2 ( Q) 罚款 f 2之 和 。 C PS 1与 C P S 2都 是 购 电 量 Q 的 函数 ， 随 着 购电量 的增多 ， 系统调节能力增强， 调度人员更容 易保证 系 统 的平 衡 ， 以达 到 C PS考 核 标 准 。因 此 ， 相 应 的引起 C P S罚 款 的可 能 性 越 小 ， 机 会 损 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 上 海 电力 失成 本 P L越低 。 机会 损失 成本 P L 随着 购 电量 Q 的增 加 而递 减 ， 如 图 1所示 。 ,P L Q 图 1 机会 损 失成 本 与购 电量 的关 系 ( 1 )C P S 1考核 罚款 的计 算方 法 C P S 1 考 核 也 称 1 0 mi n C PS考 核 ， 计 算 方 法 如下 ： C PS1一 ACE F (K 1 1 ) ( 2 ) ACE AP + K AF ( 3 ) 式中 F 实际频率与正常频率差值 Hz ； P 口子 超 用 功 率 MW ； K 控制区频率响应 系数 ； e 1 1 mi n频率 平均 偏 差的均 方根 值 。AC E与 F都应是 1 0 mi n内的平均值 。 厂 1与 C PS 1的 关 系 为 ： C PS 1 2 0 0 时 ， 厂 1 0 ； 1 0 0 C PS 1 L 。 时 ， f l 一 ( AC EL1 。 ) ( 2 - C P S 1 ) 0 5统 销 电价 ， C PS 1罚款 电 价倍数 一 ( L 。 带外 加 收 费 用 +L 。 带 内加 收 费 用 ) 口子 超 用 。其 中 ， L。 。 为上 海 AC E的规定 范围 ( 2 )C PS 2考 核罚 款 的计算 方 法 C PS 2考核 也称 3 0分 钟 C PS考核 ， C PS 2罚 款 电价 倍数 ： 考 虑 C PS 2罚 款后 的 口子超 用 电量 的额外 价格 倍数 ， 但不 考虑 C PS 2罚 款返 还 。 ( 3 )罚款返 还 的考 虑 罚 款返 还 制 度 只 适 用 于 C PS 1 ， 是 指 华 东 电 网于每 年年 底将 本 年 全 部 C PS 1 罚 款 收 入 ， 按 照 各 省 的 比例 返还 给省 电力公 司 。 因此 C PS 1的实 际罚款要 低 于罚款 。式 ( 1 ) 应修 正为 ： P L f l( C PS1 ) G 1 + f 2 ( C PS2 ) ( 4 ) a 为 C P S 1罚 款 的返 还 系数 。返 还 系 数 一 般 取 0 1 之 间 的数字 ， 它表 示 C PS 1的全 部罚 款 额 中 ， 省 市 电力公 司实 际承 担 的 比例 。 3 2购 电成 本模 型 购 电所 付 出 的实 际 成本 是 指 购 电价 格 ， 能 够 作 为实 时平 衡 电 源 的主 要 有 以 下几 种 ： 上 海 本 地 的燃油 、 燃气 、 燃 煤机 组 ， 浙江 、 安徽 、 江苏 、 福 建 的 来 电 。无论 是本 地 电源 还 是 向 区外 购 电 ， 经 济 意 义 是一 样 的 ， 燃 油 、 燃 气 、 燃 煤 机组 的定 价 和各 省 的报价 构成 了上 海市 电力 公 司的购 电成本 。 电力公 司面 临 的供 应 曲线 ， 是 各 售 电方 的提 供 的 电力和 报价 的叠 加 。 对 于一个 给 定 的 电价 P， 能够 购 买 的 最 大 电 量 为报 价 小 于 等 于 P 的 供 应 者 的 供 应 量 之 和 。 由此 ， 根 据各 个 供 应 者 的 报 价 和 最 大供 应 量 ( P ， ， q 。 ) ， 可 以建 立 起 实 时 购 电 的供 应 曲线 。如 图 2 中 ， 供 应 曲线 呈 阶梯 上 升 形 状 ， 某 一 价格 水 平 P 所对 应 的供应 量 范 围为 如 图 2中 AB线段 所示 。 A 点和 B点所对 应 的供应 量 分别为 ： QA一 q ， P P川 ( 5 ) Q 一 q ， P P， ( 6 ) 根据 供应 曲 线 ， 可 以 找 出 电力 公 司 不 同 购 电 量所 对应 的边 际 电价 MP， 也 就是 购 电成本 P C。 J p 一I Q 图 2购 电 成 本 随 购 电 量 变化 图 3 3购 电方式 约束 购 电方式 对购 电决 策 有 很 大 的影 响 ， 是 购 电 模 型 中最 重要 的 约束条 件 。 当前上海 电网的购 电方 式是“ 一段 一价一量 ” 。 调度员通 过电话询 问每个供应者 能提供 的 电量 、 时 段 和价格 。每一 次购 电 ， 都是 以单 一 的价格 ， 从某 时段到某 时段 ， 购得呈水平 状 的出力 曲线 。 3 4购 电决策 在实 际 中 ， 实 时平衡 购 电不是 以“ 点 ” 为单 位 ， 而是 以“ 段 ” 为 单位 的 。因此 ， 购 电决策 ， 应计 算一 段 时 间 内的平 均机 会 损失 AP L与 平 均 购 电成 本 AC。购 电决 策模 型 的 目标 函数 为 ： rai n ATC APL + AC ( 7 ) 一 1 75 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第2 期 式 中AP L = P L ( i ) 为平均机会损失 ； Sl i ert AC =j f C( q ) d q为平 均购电成本 。 其 中 ， 平 均机 会损 失 AP L随 购 电量 q单 调递 减 ， 平 均 购 电成 本 AC 随购 电量 q单 调 递 增 。如 果 AP L AC， 表 明不购 电 的损 失大 于 购 电成 本 ， 此 时应 当购 电； 反 之 ， 则 不 购 电 。因此 ， 模 型 具 有 唯一解 q*， 使得 AP L( q *) 一AC( q*) ， 如 图 2 、 图 3所 示 。 g 图 3 购电平均总成本 与最优解 当购 电量 q q *时 ， 平 均 购 电成 本 等 于平 均 机会 损 失 ， 平 均总 成本 最小 。 4实时平衡购 电辅助决策 系统 辅 助决策 系统 包括 以下 四大 功能 ： 4 1预 测购 电需 求 通过 比较 预 测 负 荷 和本 地 机 组 最 大 出力 曲 线 ， 可 以得 到 实时 购 电前 的负 荷缺 口曲线 ； 由此 可 以计 算 实 时购 电前 的 AC E指 标 、 C PS 1 0罚 款 成 本 和 C PS 3 0罚 款成 本 曲线 。 4 2模 拟购 电 提供 灵活 全面 的模 拟购 电功能 ， 包括 ( 1 )任 意选择 决 策 时段 根据 实时 购 电 的需 要 ， 任 意选 择 决 策 的 起 始 时段 ， 进行 全 局或部 分最 优决 策 。 ( 2 )计 算 比较 成 本指标 选定 决策 时段后 ， 输 入不 同的模 拟购 电量 ， 系 统可 以计算 出 AC E、 C PS I O和 C PS 3 0费 用 的 变 化 ， 并 以图形 方 式 显示 出各 指 标 的变 动 情 况 。调 度 通 过 调 整 输 入 的 “ 购 电 量 ” ， 并 观 测 AC E、 C P S I O和 C PS 3 0三 条 曲线 的动 态 变 化 ， 可 以方 便 、 直观地 找 到合理 的购 电量 。 4 3 最优 购 电量 决策 ( 1 )最优 购 电量提 示 系统利 用 购 电成 本模 型 中介绍 的最优 购 电决 策模 型 ， 自动计 算各种 给参 数下 的最优 购 电量 ， 并 一 】 7 6一 提 示 给调度 员 。 ( 2 )利 用调度 员经验 ， 灵 活修 改各 种参数 AC E、 C PS 1 0和 C PS 3 0指 标 的 计 算 涉 及 电 力 、 频率、 购电报价、 返还系数、 备用比例等各类参 数 。实时 购 电所 面 临 的情 况 是 动态 变 化 的 ， 很 多 时候需 要利 用 调度员 的经 验对 临时 出现 的情况 作 出反 应 。 因此 ， 在设计 最优 购 电模型 时 ， 将 所有 的影 响 因素都 作 为 输 入 变 量 处 理 。对 其 中 的 大 多数 参 数 ， 模 型给 出 了默 认 值 ， 这些 默 认 值根 据 规 则 、 统 计 分 析或 以往 经验确 定 ； 同时 ， 所 有 的参数 都是 可 以修 改的 。调 度员 根 据 需要 修 改 部 分 参 数后 ， 会 即时传递 给决 策模 型 ， 并重新 计算新 的最优 购 电量 。 4 4购 电方案 组合 实际购 电时 ， 有 多种购 电来 源 可以选 择 ， 而每 一 种来 源 的在一 定报 价下 能提供 的最 大 电力是 有 限的 ， 能提供 电力 的时段也 是一 定 的 ， 因此 常会 出 现 这样 的情 况 ： 经 模 型计算 后 ， 某 一段 时间 内的最 优 购 电量很 大 ， 单 一 的购 电来源 无法满 足 ， 必须 向 多个供 应者 购买 才能满